努力将海洋环境预报中心建设成为国家一流的业务中心

国家海洋环境预报中心经过40年的发展,为我国海洋经济发展、国防建设、海洋管理和防灾减灾等提供了卓有成效的海洋环境预报服务和技术支持。本文主要阐述了在未来几年中将从预报业务系统能力建设、预报业务支撑系统能力建设、强化区域海洋预报系统能力建设等方面开展工作和研究,将预报中心建设成为国家一流的业务中心,并力争在10年内挤身世界先进行列。

基于海洋环境影响风险分析的海上搜救风险评估研究及典型海域示范应用

针对我国海上遇险事故快速增长的严峻态势,筛选出风、浪、能见度、海流4个影响海上搜救行动安全的主要影响要素,基于层次分析理论建立了海上搜救风险评估等级划分标准和海上搜救风险评估方法。根据我国海上专业救助船舶、飞机的性能参数计算其在复杂气象条件下实施海上搜救行动时所能应对的最大风险阈值,选取我国4处典型海域,使用统计学方法分别计算了海上搜救环境风险值。

基于NEMO的全球海洋环境预报模式在超算集群的计算性能优化

通过业务流程设计、数据获取、计算环境搭建,在国家超级计算广州中心"天河二号"超级计算机系统上成功建立了基于NEMO的全球海洋环境预报模式。详细测试了CPU、内存和网络等性能,实验结果表明:基于NEMO的全球海洋环境预报模式在"天河二号"上取得了优越的计算性能,合理地利用了计算资源,并具有良好的可拓展性,能够达到业务化运行的时效。

WavewatchⅢ模拟和统计方法在最大波高预报方面的评测分析

为了研究WavewatchⅢ(WWⅢ)海浪模型对最大波高的模拟能力及其与传统统计关系方法的差异,通过对两次台风浪过程的后报模拟和半年的业务化预报,分析了WWⅢ数值模拟的准确度及其与统计关系方法的精度差异。研究结果表明:WWⅢ数值模拟的最大波高(Hmax)的精度略低于有效波高(Hs),但也达到了24 h预报相对误差(H_(max)≥1 m)低于18%、相关系数高于0.94的水平,模拟精度可靠,可以用于业务化预报;与两种统计关系方法(H_(max)和H_(s)分别为1.42和1.52)计算的最大波高相比,数值模拟的精度总体与其相当,但在H_(max)和H_(s)比值大于1.65这种易出现危险的海况下,数值模拟具有更高的准确性,更适合应用于海浪预警报服务。

基于机器学习的海洋环境预报订正方法研究

结合中尺度数值模式WRF预报数据和ERA5再分析资料,利用机器学习方法对WRF预报场的风场、温度、气压进行预报订正。采用ERA5作为真值,与原始WRF预报相比,利用随机森林模型可以将预报结果整体均方根误差降低44%以上,利用深度神经网络模型可以将预报结果整体均方根误差降低34%以上。通过随机森林模型实验得到不同输入特征对预报要素的影响程度,分析了关键的预报订正因子。

东海大桥邻近海域沉积动力环境变化

【目的】东海大桥是杭州湾和长江口水沙交换的重要通道,其对邻近海域悬沙分布和输运有重要影响。【方法】基于2011—2020年共26天每天8张连续潮时的高质量GOCI影像,反演获得东海大桥及邻近水域表层悬浮泥沙浓度,并结合理想数值模型和表层沉积物观测资料,研究了东海大桥对邻近海域沉积动力环境不同时间尺度的影响。【结果】在潮周期时间尺度上,东海大桥两侧悬浮泥沙浓度呈现明显的梯度分布,并随涨落潮表现为背流面悬沙浓度高于迎流面,这与背流面水位降低促进垂直运动和桥墩后方涡流加强扰动有关,其中在涨落潮中间时刻,大桥两侧悬浮泥沙浓度差异最大,涨憩时刻两侧差异最小。各季节涨落潮过程中大桥东西两侧悬沙浓度的差异变化不大,但浓度差值有所不同。从多年变化来看,东海大桥建成后两侧悬沙浓度差异的年际变化不大,邻近海域表层沉积物有变细趋势,可能与大桥阻流导致流速减弱有关。【结论】潮周期内悬沙浓度在大桥背流面高于迎流面的差异分布,不随季节和年际变化,该研究对完善不同时间尺度跨海大桥对海洋沉积动力环境影响的研究具有重要意义。

海洋环境预报电视节目制作与回顾

作为海洋环境预报公益服务的窗口自开播至今,经历了20年的风风雨雨,海洋电视节目的内容从单一性的项目到海浪、海温、海冰、风暴潮、海水浴场综合性预报,电视视频信号从复合、分量信号到数字信号,通过光缆采用基带的方式传送视频信号到中央电视台。

球面质心泰森多边形网格海浪预报的向量化检验方法

提出一种适于并行计算设备的向量化检验方法。采用特征半径近似判别法选取搜索域内观测点平均值作为实测值,基于广播、索引等向量化方法及海浪平稳性条件实现模式和观测资料时间和空间的匹配,并将待检区域等分为若干块分别计算以免内存溢出。本算法可在中央处理器(CPU)和图形处理器(GPU)上运行,也适用于其它类型的模式网格。为评估算法实际效果,以有限体积海浪模式产生的球面质心泰森多边形网格预报产品和卫星沿轨道遥感产品分别作为待检和参考数据,结果表明CPU和GPU的计算结果一致;GPU的计算效率较CPU提高30倍;区块大小对效率提升有一定影响,需根据实际算例调试优化。

海洋热浪背景下海气湍流热通量资料的评估——以2019年东北太平洋“Blob 2.0”事件为例

2019年夏季,东北太平洋地区经历了一次名为“Blob 2.0”的海洋热浪事件,对海洋生态系统造成了严重影响。利用美国国家数据浮标中心的浮标观测资料、全球客观分析通量产品OAFlux,以及大气再分析数据集ERA5、NCEP2和MERRA-2,综合分析了“Blob 2.0”事件期间海气湍流热通量的特征,并研究了其物理因素。浮标观测显示,在“Blob 2.0”事件期间,潜热通量呈现正增长趋势,而感热通量呈现负增长趋势,这一现象可归因于海气比湿度差呈正增长,而风速和海气温差呈负增长。评估结果表明:4种通量数据产品都低估了潜热通量的增长,ERA5的增长率与浮标最为接近。对于感热通量,MERRA-2和NCEP2产品的增长趋势与浮标观测相同,其中MERRA-2的增长率更接近;而OAFlux和ERA5产品的增长趋势与观测相反。

“海洋1号”卫星在海冰监测和预报中的应用

“海洋1号A”卫星是我国发射的第一颗海洋卫星．2002～2003年冬季，该卫星首次应用于我国渤海海冰监测和预报．建立了从卫星1B级数据开始的海冰反演系统，提供海冰遥感图像和海冰密集度、冰厚与冰外缘线数值产品，作为渤海海冰监测和海冰数值预报初始场的重要信息来源，以及海冰预报质量检验的参考依据之一．介绍所发展的“海洋1号A”卫星海冰反演系统的流程、算法和反演参数，海冰反演结果，及其在渤海海冰监测和预报中的应用．

海洋环境预测中的关键科学问题

国家海洋环境预报中心经过40年的发展,海洋环境预报事业初具规模。本文主要分别从海洋环境预报多个预报要素出发,结合当前的国内外发展趋势,介绍各种海洋环境预报所面临的关键科学技术问题和挑战。

渤海三维海洋温度和海流数值预报

“十·五”期间,我国开展了三维海洋温度和海流数值预报的业务化研究工作。经过3年的努力,渤海三维海洋温度和海流数值预报系统研制完成,并于2003年10月,开始试预报。本文对该预报系统以及运行情况进行了介绍,并分析了所存在的问题和发展方向。

基于潜标测量的海洋环境噪声谱特性分析

利用海洋环境噪声测量潜标系统对南海典型海域开展了为期3个月的海洋环境噪声测量，16通道海洋环境噪声测量系统每小时测量两分钟噪声信号。数据处理结果表明，800～5000Hz范围内，噪声谱与风速相关性最好，且风速越大相关性越好，噪声谱与风速的相关性好于与浪高的相关性。风关噪声谱级在海水中部基本不随接收深度发生变化，但由于测量水听器阵长度未能覆盖整个水深，因此未给出海面和海底处谱级变化规律。在400Hz以上的高频段整个风速范围内噪声谱级都随风速发生变化，且噪声谱级与对数风速具有很好的线性关系。

经略21世纪海上丝路之海洋环境特征:风候统计分析

21世纪海上丝绸之路,以我国泉州为起点,主要涉及海域为南海—北印度洋,惠及沿线多国。深入研究该海域的海洋环境特征,有利于为海上丝绸之路建设提供科学依据、辅助决策。文章利用来自欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)、1979—2014年、逐6h的海表风场资料、阵风资料,系统性、精细化地统计,分析了该海域的风候(风场气候态)特征,主要包括海表风场的季节特征、(强)风向频率、大风和阵风频率、阵风系数、海表风速的长期变化趋势等。期望可以为航海、海洋工程、防灾减灾等提供科学依据,为海上丝绸之路建设尽绵薄之力。

经略21世纪海上丝路之海洋环境特征:波候统计分析

文章利用来自ECMWF的ERA-interim海浪再分析资料,统计分析了21世纪海上丝路涉及海域的波候特征,结果表明：1 2月,南海的有效波高（SWH——significant wave height）在1.4m以上,明显大于北印度洋。南海的波向以NE向为主导;北印度洋以偏S、偏E向为主。5月,北印度洋以偏S向浪为主;南海中部为SE向,北部为偏E向。北印度洋的SWH在1.2m以上,明显大于南海。8月,南海—北印度洋以SW向的浪为主。阿拉伯海的SWH在2.2m以上,孟加拉湾为1.4~2.8m;南海的SWH相对最弱。11月,南海的波向以NE向为主,北印度洋以偏S、偏E向为主。南海的SWH明显大于北印度洋。2 2月,南海以偏NE向的浪出现频率最高,需要引起重视的有NE、NNE、ENE向的强浪。北印度洋主要以偏S向的浪为主,强浪出现频率很低。8月,南海—北印度洋以偏S、SW向的浪为主;需要注意的是SSW、SW、WSW向的强浪。3 2月、11月,北印度洋的大浪频率在10%以内,南海明显高于北印度洋。5月,南海—北印度洋在10%以内。8月,阿拉伯海的大浪频率在40%以上,孟加拉湾次之,南海的频率低于北印度洋。4 1979-2014年期间,南海大部分海域的SWH显著性递增,趋势在每年0.4cm/s以上。孟加拉湾、印度半岛西部海域没有显著的变化趋势。阿拉伯海西部、印度洋15°S-0°显著递增,趋势为每年0.1~0.4cm/s。仅部分零星海域表现出显著性递减。

温州洞头中心渔港精细化浪潮耦合数值预报系统研究

浙江温州沿海是我国台风风暴潮灾害的重灾区之一。本文基于目前国际上广泛应用的浪潮耦合模型(ADCIRC+SWAN),在洞头中心渔港附近建立了高分辨率的天文潮、风暴潮和近岸浪耦合数值预报系统。该系统综合考虑了天文潮、风暴潮和海浪的实时相互作用,系统对温州及洞头渔港区域的水平分辨率在100 m左右。通过近年来对温州洞头地区影响严重的台风风暴潮(含近岸浪)过程的后报模拟可以看到,该系统均能够较好的模拟天文潮的演进,准确的反映台风过程期间风暴潮、海浪的传播过程,精细化浪潮耦合预报系统采用了Matlab+GUI方式实现了计算结果的人机交互展示。

国外海洋预报动态

1NOAA为海员提供观测海表面和潮流的新方法——利用海岸高频雷达实现安全导航 NOAA的国家海洋服务网站将利用高频（HF）雷达，为海员提供近实时沿海表层流观测和潮流预测的服务，这能够提高海员和商业船队的航行安全。

国外海洋预报动态

2014年3月11—14日，日本气象厅（JMA）与世界气象组织（WMO）合作，在东京的日本气象厅总部召开了有效应对东南亚热带气旋警报研讨会。

基于Open API WebGIS的海洋渔业环境保障服务产品发布系统研究

针对传统的预报图、短信无法满足渔民动态获取海洋预警报服务的需求,基于Open API设计了海洋渔业环境保障服务产品Web GIS发布系统。系统整体框架采用数据层、服务层、表现层、用户层的四层B/S结构,利用高德开放地图API和Java Script开发语言实现了渔场海浪预报、渔场海面风预报和台风警报面向公众的发布功能。由于网络带宽的限制,系统通过一种计算坐标偏移量并映射为ASCII码的矢量数据压缩方法,较好地实现了渔场预报数据的Web传输。以某渔场海浪预报产品XML格式中间交换文件为例,数据压缩率达到38.5%。

国外海洋预报动态

1 NOAA宣布重金投资新一代超级计算机 2015年1月5日,NOAA宣布未来一个阶段将全力提高超级计算机的性能,提供更及时、准确、可靠和详细的天气预报。预计到2015年10月,NOAA的两台业务化超级计算机的运算能力都将达到2.5千万亿次/秒,是目前运算性能的十倍。NOAA主管凯瑟琳沙利文博士认为,NOAA是美国的环境情报机构,NOAA为各个地区提供信息、数据和服务以应对严重的天气、水和气候事件。超级计算机的升级有助于将数据转化为可操作的信息，并进一步提供及时、准确和可靠的预报。