海洋锋信息产品制作方法研究

根据海洋要素梯度统计结果、区域环境特征、实际业务需求及海洋锋影响等,研究了海洋锋诊断阈值和分级,定义了海洋锋各个特征信息,制作了西北太平洋海洋锋二维、三维特征信息产品和声传播损失信息产品。

基于U-Net的海洋锋智能检测模型

海洋锋作为海洋中两种不同性质的水体之间的边界,对渔业和海洋环境保护等许多领域有重要影响,如何快速准确实现海洋锋的自动检测和识别对于海洋监测和预报具有重要的科学意义。将深度学习图像分割网络与提取锋面特征的方法相结合,利用基于U-Net架构的实例分割模型,分别建立海洋锋区和锋面中心线的智能检测模型,同时在编解码过程中采用残差学习单元对模型特征提取网络进行改进。研究结果表明,锋面智能检测模型能够准确提取先前锋面检测算法所识别的锋区和锋面中心线特征,Dice系数分别达到了0.92和0.97,达到了很好的检测效果。同时,利用不同锋面阈值得到的样本数据对模型进行训练,比较结果表明,降低样本集阈值之后模型精度有了显著的提升。

副极地海洋锋区海温异常影响厄尔尼诺的机制研究

基于1979—2021年的ERA5再分析资料,研究了副极地海洋锋区(Subarctic Frontal Zone,SAFZ)海温(Sea Surface Temperature,SST)异常相关的冬季海气相互作用过程及其影响次年冬季厄尔尼诺(El Ni o)的机制。研究表明,冬季SAFZ的特征海气异常表现为大尺度的SST暖异常与偶极型的大气环流异常。在SAFZ海气相互作用过程中,海洋首先通过直接的非绝热加热影响低层大气斜压性,随后通过间接的瞬变涡旋反馈使相当正压的位势高度异常在整个冬季内维持。其中,南部的气旋式环流异常通过减弱副热带的平均信风激发太平洋经向模态(Pacific Meridional Mode,PMM)与风—蒸发—SST(Wind-Evaporation-SST,WES)反馈,从而使中纬度SST暖异常南传至热带太平洋中部,随后导致El Ni o发生。然而,并非所有的SAFZ暖异常事件都能激发次年冬季的El Ni o,中纬度海气耦合异常的初始配置及同期热带太平洋的表现情况将对中纬度信号南传至热带的过程产生较大的影响。

台湾海峡南部的海洋锋

通过近期水文观测 ,结合卫星遥感和历史水文资料 ,对台湾海峡南部海域的海洋锋现象进行了整体分析。结果表明 ,由于多种水系在此交汇 ,台湾海峡南部冬、夏季均有明显锋面发育。受季风气候影响 ,锋面发育有显著的季节差异。夏季影响本海区的水系主要有韩江冲淡水、上升流、南海水、和黑潮水等。它们的交汇形成了韩江冲淡水羽状锋、台湾浅滩上升流锋、黑潮锋、以及陆架 /陆坡锋等复杂的三维锋面结构。韩江冲淡水和上升流对夏季海峡南部浅海锋面的形成起着十分重要作用。冬季影响本海区的水系主要为浙闽沿岸水和南海水 ,两种水系的交汇形成贯穿海峡南部的变型的沿岸锋。以中线为界海峡西侧受沿岸水支配 ,东侧澎湖水道一带为南来暖水盘踞 ,锋带与等深线走向一致 ,呈三段结构。隆冬季节东北风强盛时锋面可南移到陆架坡折 ,形成陆架 /陆坡锋。

一次层积云发展过程对黑潮延伸体海洋锋强迫的响应研究——观测与机制分析

由于缺乏海上现场观测,对天气尺度扰动下,海表面温度锋(海洋锋)对海洋大气边界层(MABL)垂直结构和MABL内海洋性低云(marine stratus)的影响研究较少。2014年4月12日,中国海洋大学东方红2号科学考察船在黑潮延伸体海区的海洋锋附近捕捉到一次层积云的迅速发展。在比较稳定的天气形势下,由暖水侧向北穿越海洋锋时,云底和云顶高度升高,云区范围迅速扩大。本文利用多种大气—海洋联合观测数据,结合卫星观测和再分析资料,对此次层积云迅速发展的机理进行了综合分析。结果表明,在海上低压后部西北风控制下,在海洋锋的暖水侧(下风方)形成热通量大值中心和低压槽,有助于高空西风动量下传,进而又使得海气界面热通量增加,这种正反馈效应为MABL内混合层厚度加大和云底/顶高度在海洋锋的下风方升高提供有利背景条件。4月12日09:00~12:00(协调世界时),来自日本本州岛陆地的低空暖平流到达该热通量中心上空,暖平流与热通量中心的共同作用,导致该时段近海面暖中心强度异常增加,MABL中静力不稳定层加深和低压槽发展,综合作用的结果使得混合层厚度明显加深,云底高度升高,云区迅速发展。本研究有助于理解在复杂大气背景扰动下MABL对海洋强迫的响应机理。

基于小波分析的海洋锋形态特征提取

遥感影像中海洋锋具有弱边缘(Weak Edge)信息特性,其空间尺度在不同的空间位置存在较大的差异。针对传统边缘算子只能提取某一尺度的海洋锋信息,而损失其他尺度信息不足,本文利用小波多尺度分析特性,探讨了海洋锋信息在各尺度间的分布的继承性,提出最佳尺度确定的算法框架,设计出最佳尺度确定算法的流程,进一步进行海洋锋各尺度信息的提取。最后以海面温度锋-墨西哥湾流为实例进行形态特征提取,并与典型的边缘提取算子效果在信息量、抗干扰性、定位精度、连续性和对比度上进行对比分析。试验结果表明了该算法在提取多尺度的海洋锋信息上的可行性和实用性。

一种基于Canny和数学形态学的海洋锋检测方法

MODIS遥感影像中海洋锋呈现明显的弱边缘信息特征。为有效获得海洋锋信息,首先应用调整后的Canny边缘检测算法,获取海洋锋初步检测结果,然后基于数学形态学二值重构及击中击不中算法,对检测出来的海洋锋进行再处理,确保了海洋锋的连续性及定位准确性。试验结果表明了该算法在海洋锋检测上的有效性与实用性。

基于形态学的海洋锋形态特征提取

根据形态学梯度理论:不同尺寸的结构元素适合不同空间尺度的特征提取,结构元素尺寸的过大或者过小都会达不到最佳的特征边缘提取效果,从结构元素的尺寸δ与海洋锋横断面宽度γ和海流流幅的空间尺度λ的理论关系图推导中,提出δ,γ和λ的最佳定量关系:δ=γ/2,且δ<=λ/2,旨在对海洋锋形态特征进行提取。最后,以黑潮和墨西哥湾流为实验数据,进行海洋锋形态特征的自动提取,实验结果表明该定量关系的正确性和有效性。

海洋锋区的三维声线轨迹分析

鉴于射线模型明确的物理意义及海洋锋特殊的海洋环境现象,文章运用三维射线模型研究了声波在海洋锋区的传播规律,并通过仿真试验,讨论了台湾黑潮锋区的三维声线轨迹的特点及其对声呐探测带来的影响。研究的结果表明,声波在通过海洋锋区时,一般都将产生较大的垂直深度误差和水平方位误差,特别是在台湾以东的黑潮锋区,影响比较明显。

关于黄、东海海洋锋的研究

本文介绍了黄、东海海洋锋的研究情况。从中可看到黄、东海海洋锋的主要海洋学特征,及其随地点和时间的变化。文中最后提出了在海洋锋研究中需进一步探讨的问题。

春秋季黄海海洋锋对中华哲水蚤分布的影响

依据黄海春、秋季两个航次的海上调查,分析了海洋锋区的中华哲水蚤及其基础饵料叶绿素a浓度的垂直分布。分析结果显示:中华哲水蚤丰度在海洋锋区比其临近两侧的混合区与层化区高,强混合的锋区有利于中华哲水蚤的聚集;基础饵料叶绿素a浓度最高值通常偏离锋区,认为海洋锋区特有的物理海洋学特征对中华哲水蚤在锋区的聚集及叶绿素a浓度偏离锋区有重要影响。

一次层积云发展过程对黑潮延伸体海洋锋强迫的响应研究——数值模拟和试验

2014年4月12日,中国海洋大学东方红2号调查船在黑潮延伸体海区由暖水侧向北穿越海洋锋时,捕捉到了一次层积云云底和云顶高度升高的过程。本文利用船测数据结合WRF模式进行数值模拟和试验,对此次层积云迅速发展的机理进行了综合分析。结果显示,在黑潮延伸体区域,西北风控制下,海洋锋和来自日本本州岛陆地的低空暖平流共同作用使得层积云发展。通过数值试验发现,海洋锋作为背景场,为该区域提供了200W·m^(-2)的潜热通量并导致气压下降,从而在暖水侧产生了0.05m·s^(-1)的上升运动。同时,来自日本本州岛陆地的暖平流作为日尺度扰动,在09-12UTC到达潜热通量中心,导致该时段该区域2~3℃的增温和0.5hPa的降压。但两者并非单纯线性叠加,而是在海洋锋提供背景条件的前提下,暖平流产生触发作用,通过局地海气相互作用,使得该时段该区域垂直运动异常增强,进而造成云的异常发展。本研究有助于理解在复杂大气背景扰动扰动下MABL对海洋强迫的响应机理,同时对于理解海洋对边界层的影响又反馈到海洋的过程有一定帮助。

春季黑潮延伸体海洋锋区经向位移与东亚大气环流的关系

采用高分辨率的海表温度资料定义了春季黑潮延伸体北侧海洋锋区的南北位置,并采用EOF分析、相关分析、合成分析、带通滤波等方法,探讨了其南北向位置变动与高空急流、风暴轴以及后期东亚降水之间的关系。结果表明,春季黑潮延伸体北侧海洋锋区位置的南北变动存在明显的年际、年代际变化,其与6月东亚高空急流、太平洋区域风暴轴的南北位置具有很好的对应关系。当春季黑潮延伸体海洋锋区偏北时,6月东亚高空急流、太平洋区域风暴轴偏北,反之亦然。进一步的研究还表明,春季黑潮延伸体海洋锋区经向位置的变动可通过影响东亚大气环流对6月东亚地区的降水产生影响,黑潮延伸体海洋锋区偏北(南)年,6月雨带有显著的北(南)移。

黄海西部春季海洋锋及其与渔业的关系

海洋锋是一种海洋学特征。作者根据1960—1981年的资料,用温、盐指标依聚类方法分析研究了该海区的环流结构和水团的混合带,最后定出了海洋锋的位置。本文还描述了春季黄海中的海洋锋的分布及特征,及其与鹰爪虾、鲅鱼、鲐鱼洄游规律和渔场的关系。

东中国海黑潮海洋锋的季节变化特征及其成因

利用高分辨率海洋和大气再分析资料研究了东中国海黑潮海洋锋的季节变化特征及其成因。研究表明,东海黑潮海洋锋存在明显的季节变化,从冬季到次年春季逐渐增强,并在春季达到最强,初夏以后强度逐渐减弱,9—10月达到全年最弱。通过诊断混合层热流量方程发现,东海黑潮区一年四季均表现为暖的温度平流,有利于海洋锋的形成和维持,该暖平流也存在季节变化并在春季达到最大,对海洋锋在春季达到最强起了重要作用。海气界面净热通量在秋冬季对海洋锋的形成有促进作用,有利于海洋锋增强,而在春夏季则起抑制作用,促进海洋锋消亡。温度垂直输送全年对海洋锋起一定程度的抑制作用。总之,在海温水平平流和海表净热通量的共同作用下导致海洋锋春季达到最强,而夏秋季海表净热通量和温度垂直输送作用的共同作用致使海洋锋减弱并最后消失。因此,海洋的动力和热力共同作用导致了东海黑潮海洋锋的季节变化,其中海温水平平流和海表净热通量对海洋锋的季节变化起主要作用,而温度垂直输送项对海洋锋的发展起抑制作用,但影响相对较小。

东海海洋锋的波动及演变特征

本文利用近十年来获得的ＮＯＡＡ卫星红外影像，较为系统地分析了东海海洋锋（黑潮锋、对马暖流锋和浙江沿岸锋）的波动谱特征以及形态的演变。同时还利用浮标测流结果分析了锋面波动中的流态。分析结果表明：东海黑潮锋通常存在４～５个折叠波形，其波长平均约２００ｋｍ，波动随黑潮流向东北方向传播，速度约１６ｃｍ／ｓ。浙江沿岸锋的波动多呈锯齿形，其波长较短，波数多。在浙江沿岸锋波动发展过程中，其波长从开始的２０～４０ｋｍ发展成３０～６０ｋｍ，它们约以１８ｃｍ／ｓ的速度向东北方向传播。东海海洋锋波动演变形态复杂，其中黑潮锋的波动可能演变成锋面涡旋、暖丝和暖环。

利用星载SAR图像检测海洋锋的方法

海洋锋区剪切流、辐聚流与海洋表面波之间存在相互作用 ,将这种相互作用处理为对海浪谱的扰动 ,来分析其对海浪谱密度和谱梯度的影响 ;根据两尺度模型 ,分析了海面小尺度波 (厘米级 )和大尺度波 (海浪 )与雷达后向散射系数的关系 ,从而说明了海洋锋的 SAR成像原理。在海面 SAR图像中 ,海洋锋的尺度比海浪的尺度大 2～ 3个数量级 ,可以通过二维空间谱分析 ,将海浪信息的主要部分滤除 ,再利用数字图像处理技术提取海洋锋的特征信息 ,由此形成了一套用海面

基于特征的海洋锋线过程时空数据模型分析与应用

客观世界存在时空场,大部分地理实体或现象在时空域具有动态变化特性,其空间、时间和属性是过程的统一体,传统的GIS时空数据模型在描述、表达、组织与分析这类数据时面临许多挑战。然而,基于特征的数据模型和以过程为对象的时空数据组织在动态数据的描述与表达的方面具有独特的优势。本文探讨了基于特征的线过程时空数据模型组织的六元组框架体系,实现空间、时间和属性的一体化存储和地理实体的动态分析。在分析线时空过程特性的基础上,归纳总结出3大类12个类别的线过程,进一步提出了基于特征的线过程时空数据模型(Feature-based Line Process Spatio-temporal Data Model)的概念;利用文件层次分块结构对时空线过程数据进行了组织与存储。最后以海洋锋为实例,探讨了该模型在时空数据组织、时空查询、时空过程提取和时空过程可视化等方面的应用。结果表明,该模型能够很好地应用于具有时空过程特性的线数据中,也为时空数据模型的总体设计提供借鉴。

阿尔沃兰海海洋锋时空气候变化特征

阿尔沃兰海海洋锋研究有较高的学术价值和军事应用价值,然而目前对于阿尔沃兰海海洋锋国内外缺乏相关研究。本文通过WOA13季节、月平均数据对阿尔沃兰海海洋锋锋轴线分布变化特征,锋轴线强度分布变化特征等方面进行了研究。认为阿尔沃兰海温度锋可分为0—30 m与30—200 m两层分别讨论,其中0—30 m成南北分布而30—200 m内锋轴线则成东西方向,两部分锋轴线分布特征及强度变化特征均有不同。阿尔沃兰海盐度锋四季存在且0—200 m内锋轴线均成南北方向分布,其锋轴线上强度随深度成先增加后减小的特点,最大强度对应的深度在100 m处。

我国周边海域典型海洋锋特征建模研究

基于海洋锋空间位置、水平分布结构和垂直扩展特征等时空特征参数,结合海洋锋空间结构几何模型,建立了区域海洋锋温盐三维结构快速重构特征模型,对黄海西部沿岸锋和东海黑潮中段锋锋区温度场进行了仿真计算,并与实测数据进行了比较分析,实验结果表明:仿真结果与实测数据符合较好,实验结果验证了特征模型的有效性和可推广性。海洋锋区声速具有明显的水平梯度变化,对声纳的水下探测和反探测产生显著影响,因此,需要建立实时估计获取锋区水下温、盐结构的方法。海洋锋特征模型能够快速有效地重构海洋锋区温度场,为实时获取海洋锋水下结构特征提供了方法。