国家海洋环境预报中心的业务客观分析系统——第一部分:系统结构及其功能

前 言 自1989年1月起,主要依据Cressman方法的一个客观分析系统,在国家海洋环境预报中心投入了业务运行。分析区域包括了整个北半球,极射投影。分析网格包括51×51个格点,格距381公里。提取观测资料时网格要向外扩充四圈半。分析时使用的观测资料有:地面观测、船舶站报告、海洋天气船报告、飞机报告、卫星测风、探空记录和气球测风。(尽管有些资料,如飞机报和卫星测风至今尚未收到)分析层次包括地面层和六个标准等压面层:850hPa、700hPa、500hPa、300hPa、200hPa和100hPa。 该系统能提供的分析产品表示在表1中:

国家海洋环境预报中心的业务客观分析系统——第三部分 系统的运行评价

国家海洋环境预报中心(MEFC)的客观分析系统,自1989年1月投入业务运行,已连续两年,成功地为大气、海浪、海温、海冰及风暴潮等大气海洋数值预报模式提供了有效的初始气象场,由于客观分析产品已成为各专项预报模式的基础。因此,保证客观分析系统结构的合理性、功能的完备性、结果的精确性以及运行状态的稳定性就成为特别需要强调与重视的问题。本文准备对该系统产品的精确性做一些基本的统计检验,并希望能够通过这些统计分析,为该系统的进一步完善提供有价值的参考资料。 本文是基于1989年4月至1990年3月连续12个月的客观分析结果进行的。另外,利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)500hPa高度场的客观分析结果,我们对两套分析方案的分析误差做了比较。

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。

国家海洋环境预报中心的业务客观分析系统——第二部分:旬平均海表面温度客观分析系统

本文详细介绍了一种基于Cressman逐步订正原理的旬平均海表面温度客观分析方法。此分析系统于1989年5月在国家海洋环境预报中心投入业务使用。文中还评价了其分析质量。

创新与突破 近四十年来极地海洋环境预报保障工作掠影

自1984年以来,国家海洋环境预报中心(以下简称预报中心)在相关部门的组织部署下,连续参与了我国历次极地考察任务,在极地气象、海洋、海冰的观测和预报保障方面取得了丰硕成果,为我国极地考察事业提供了有力的支撑。

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。

海洋环境分析预报在海洋工程中的应用

介绍了海洋环境要素分析预报的应用.特别对港口设计、海洋工程、海洋环境论证,海岸工程等项目提供可靠的海浪资料.

海洋环境数值预报资料、产品的处理传输系统

本文根据海洋环境数值预报的特点，建立了资料、产品的处理系统以及远程数据传输通信系统，针对不同用户提出了几种数据传输方案，该系统建立在现有的成熟软件操作基础上，具有使用方便、成本低、便于推广的特点。近几年投入海冰数值预报业务使用，取得了较好的效果。

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。

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。

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。

海洋环境预报计算机网络系统

在海洋环境预报中,如何利用现有计算机资源是个很重要的问题,计算机联网是解决这个问题的最佳途径。本文介绍海洋环境预报计算机网络系统的拓扑结构和网络软件的特点;阐述了网络中各部件的工作原理,对CDC提供的CDCNET软件、国际标准组织/开放系统互连的参考模式和TCR/IP协议进行比较说明,并且分析和评估了局域网中两种微机子网络的拓扑结构。

“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．

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。

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。

2014年初雪龙船在南极被海冰围困期间海洋气象环境分析

2014年初雪龙船为救援俄罗斯"绍卡利斯基院士"号船,在南极联邦湾被海冰围困,及时掌握雪龙船周边的冰情变化,以及给出准确的天气形势判断和预报,是此次雪龙船顺利脱困的关键。通过对雪龙船被困期间的海冰、气象和海洋环境状况综合分析发现,造成雪龙船被困的主要因素,一是由于雪龙船被困区域靠近大陆架,冰山较多,多年冰和当年冰夹杂在一起,海冰类型较为复杂;二是由于受连续多个气旋影响,在雪龙船受困海域,偏东大风持续时间长,风力大,导致海冰自东向西堆积,致使雪龙船被困。