EC模式和GFS模式对黄渤海10m风速预报性能对比分析

采用黄渤海10个海上浮标和5个近岸海洋站的风速观测资料作为实况,对2021年欧洲中期天气预报中心(EC)和美国国家环境预报中心全球预报系统(GFS)的10m风速预报产品进行检验评估和对比分析。结果表明:EC模式的整体预报效果优于GFS模式,其中EC模式24~72 h的均方根误差比GFS模式减小了6.8%~8.0%,EC模式的预报偏差中位数为0.19~0.25 m/s,而GFS模式同类中位数为0.33~0.41m/s,两种预报产品风速的预报结果整体略偏大,但EC模式的偏离程度更小。随着预报时效的增长,预报误差逐渐增大。在不同风速条件下,EC模式预报对5级及以下风的预报效果优于GFS模式预报,但后者对6级及以上风的预报效果更好。空间方面,两种模式对小长山站的预报效果最差,对黄海中部MF03007站的预报效果最好,GFS模式在渤海的预报效果优于EC模式,其他海区则EC模式的预报效果更好;在时间方面,EC模式风速产品在4—8月的预报效果优于GFS模式,其他月份则GFS模式的预报效果更好。在强天气过程方面,随着预报时效的增长,GFS模式的气旋预报出现误差急剧增大的现象。GFS模式对冷空气以及冷空气和气旋配合过程的预报效果好于EC模式,EC模式对渤海气旋的预报效果好于GFS模式,而对江淮气旋预报来说,不同过程下两种模式各有优劣。

基于WW3的南海北部有效波高时空变化及其极值重现期估算方法分析

本文基于第3代海浪模式WAVEWATCHⅢ(WW3)模拟的1996–2015年海浪后报数据,分析了南海北部有效波高及其极值的时空变化特征,并采用Pearson-Ⅲ和Gumbel两种极值分布方法对该区极值波高重现期进行了估算。结果表明,南海北部有效波高的季节变化和空间分布与季风风场基本一致,呈现秋冬高春夏低,并自吕宋海峡西侧向西南降低的特征,与ERA5再分析数据结果高度相似。有效波高极值(简称极值波高)的时空分布特征受时间分辨率强烈影响,采用极值数据的分辨率越高(如逐小时),所展现的台风型波浪特征越显著。扣除季节变化信号后的有效波高和年极值波高均体现出较强的线性增高趋势,近20年升高的比例分别为7.7%和31.6%,值得警惕和关注。该区多年一遇极值波高存在若干个大值区,且与台风的路径、强度有直接联系,表明台风是引发该区域极端大浪的最主要机制。对比Pearson-Ⅲ和Gumbel极值分布估算结果发现:若极值波高较低,频率随极值波高升高缓慢降低,此时两种极值分布的估算都比较准确,差异极小,可忽略不计;但当研究时间范围内,某年极值波高远超其他年份时,Pearson-Ⅲ极值分布估算结果明显高于Gumbel极值分布估算结果,且更接近实际极值波高,即Pearson-Ⅲ极值分布在此情况下表现更好。本研究表明对于特定海区,在出现超强台风引发极值波高远超出其他年份时,不同计算方法对极值波高的估算差异较大,会显著影响重现期的评估。此外,南海北部年极值波高的强烈增高趋势,也可能给计算未来极值波高重现期和海上工程防护带来不可忽视的影响。

不同海浪数值预报产品在渤海和黄海的预报水平评估

选取欧洲中尺度天气预报中心、美国国家环境预报中心和自然资源部北海预报减灾中心2021年的海浪数值预报产品与渤海和黄海10个海洋观测浮标和5个海洋站观测的有效波高数据进行对比,评估3种产品对海浪有效波高的预报水平。结果表明:从整体来看,3种数值预报产品对24h2m以上有效波高的预报相对误差均不超过19%,欧洲中尺度天气预报中心的误差最低,但三者对于大浪过程的预报值整体偏低。通过分析不同月份、不同海域以及不同天气过程下有效波高的预报误差发现,3种产品在渤海和黄海中部的有效波高预报误差大于黄海北部,近岸的有效波高预报误差高于外海,欧洲中尺度天气预报中心对冷空气期间海浪预报效果较好,自然资源部北海预报减灾中心对温带气旋期间海浪的预报效果更好。

日照市海雾天气的特征分析与预报

文章利用地面及探空气象观测资料、海洋站观测资料、ERA再分析资料,统计了日照市1988—2019年每年4—7月的海雾过程。分析了产生海雾的天气形势及形成机理,提出了影响日照地区海雾天气生成的主要气象要素及其配合效用。结果表明:春夏季节,日照地区处于入海变性高压西部、太平洋副热带高压脊西部或低压前部等几类天气形势控制下时,最易产生平流海雾过程;天气形势控制下的风向与风速、露点温度、气温、海温、层结稳定等水文气象要素在海雾形成过程起到重要作用。在此基础上,利用Fisher二级判别分析方法建立海雾预报的判别方程。通过预报检验发现,文章提供的海雾统计学预报方法具有良好的预报能力,预报准确率在88%~94%之间。可用来进行短期日照市海雾特征预报,为日照的工农业、渔业生产以及海上和陆地交通运输等提供服务。

青岛近岸海域小型水母群落结构特征及其与环境因子关系

以2020年8—9月在青岛近岸海域进行的调查数据为基础,对该海域海水水质进行评价,分析该海域小型水母的群落结构特征及其与环境因子的关系.结果表明,所调查海域的水质质量较好,共发现小型水母10种,其中浅水Ⅰ型网10种,浅水Ⅱ型网7种;浅水Ⅰ型、Ⅱ型网获得的小型水母平均丰度分别为26.5,23.0 ind·m^(-3);该次调查小型水母的优势种为半球美螅水母(Clytia hemisphaerica)、五角水母(Muggiaea atlantica)、双生水母(Diphyes chamissonis)、薮枝螅水母(Obelia spp.)和球型侧腕水母(Pleurobrachia globosa).浮游动物个体密度、底层叶绿素a、表层悬浮物和无机氮是影响该海域小型水母种类数和个体密度的主要环境因子.

胶州湾大沽河口邻近海域夏、秋季大型浮游动物群落结构特征

为了解胶州湾大沽河口附近海域的大型浮游动物生态状况,以2021年6月(夏季)和2022年9月(秋季)在胶州湾大沽河口邻近海域进行的大型浮游动物调查数据为基础,对该区域大型浮游动物群落结构进行分析,结果如下:该调查海域2021年夏季和2022年秋季总共发现大型浮游动物成体20种,浮游幼虫11类,其中,2021年夏季调查发现成体16种、浮游幼虫11类,2022年秋季发现成体10种、浮游幼虫5类;夏、秋两季调查大型浮游动物平均个体密度分别为184.6、221.3 ind/m^(3);平均生物量(湿重)为8220.1、860.0 mg/m^(3);平均多样性指数为2.76、2.64;2021年夏季调查优势种为卡玛拉水母(Malagazzia carolinae)、黑球真唇水母(Eucheilota menoni)、日本真瘤水母(Proboscidactyla flavicirrata)、太平洋纺锤水蚤(Acartia pacifica)、长尾类幼虫(Macrura larva)、多毛类幼虫(Polychaeta larva)、磁蟹溞状幼虫(Porcellana Zoea larva)、短尾类溞状幼虫(Brachyura Zoea larva),2022年秋季调查优势种为卡玛拉水母(Malagazzia carolinae)、黑球真唇水母(Eucheilota menoni)、日本真瘤水母(Proboscidactyla flavicirrata)、球型侧腕水母(Pleurobrachia globosa)、薮枝螅水母(Obelia spp.)、强壮滨箭虫(Aidanosagitta crassa)、磁蟹溞状幼虫(Porcellana Zoea larva)、腹足类幼体(Gastropoda larva);聚类分析表明大沽河口大型浮游动物可划分为2个组.本研究可为大沽河口邻近海域大型浮游动物的演变等研究提供一定的参考.

基于长短时记忆神经网络的辽东湾海冰延伸期预报方法研究

通过合成分析和回归分析,研究了影响辽东湾海冰变化的局地和大尺度环流因子,并基于一种深度学习方法——长短时记忆神经网络(LSTM),建立了辽东湾海冰延伸期预报模型。结果表明,LSTM模型能较好地预报出未来15 d辽东湾海冰的总体发展趋势、浮冰外缘线离岸距离的振荡变化及峰值发生时间等关键特征,1~15 d预报的平均绝对误差为4.1~5.7 n mile①,均方根误差为5.4~7.5 n mile。LSTM模型的预报时效可达到15 d,较目前海冰数值预报(5~7 d)的时效延长一倍,且运算速度极快,能够节省大量的计算资源和时间成本。该模型的建立为利用深度学习方法开展海洋和气象预报提供了一种新思路。

基于多模型平差接力的长时序风暴增水预测方法

利用神经网络模型预测未来风暴增水时,预测精度会随预测时序的延伸不断降低。基于长短期记忆(Long Short-Term Memory)神经网络模型,以风速、风向、气压和前时序的风暴增水数据作为模型输入,利用多个模型接力预测风暴增水时间序列,减小误差随模型的迭代累积,建立基于多模型平差接力的长时序风暴增水预测方法。对比不同地点和不同台风下的风暴增水预测分析结果,模型在渤黄海北部区域每月的均方根误差为4~7 cm,在黄海中部区域可控制在10 cm以内,能够较准确预测未来24 h的风暴增水。

日照近岸海域水体营养盐时空分布特征

【目的】研究日照近岸海域水体营养盐时空分布特征。【方法】根据2018年2、5、8、10月在日照近岸海域开展的海洋环境调查数据,分析该海域营养盐质量浓度的时空分布情况,并对海水的富营养化状况进行评价。【结果与结论】无机氮(DIN)和活性磷酸盐(PO4-P)质量浓度在秋、冬季均高于春、夏季,活性硅酸盐(SiO_(3)-Si)质量浓度季节变化不明显。水平区域分布上,4个季节DIN和PO4-P质量浓度分布均呈调查海域西南部高于东北部,高值区域均位于海州湾北部海域;SiO_(3)-Si质量浓度总体上呈近岸调查海域高、外海低的分布特征。相关性分析表明,4个季节盐度与营养盐质量浓度呈负相关性;叶绿素a与营养盐质量浓度均呈正相关性;冬季化学需氧量(COD)与营养盐质量浓度呈负相关性,其余季节呈正相关性。四季调查各站位DIN和PO_(4)-P质量浓度均符合《海水水质标准》(GB3097—1997)二类标准。夏季调查中有1个站位出现富营养化现象,其余季节调查无富营养化现象。营养盐结构分析表明,日照近岸海域营养盐结构为相对磷限制状态。

胶州湾口大型底栖动物群落结构及底栖生境健康状况

【目的】运用不同生物指数分析胶州湾口海域底栖生态环境变化情况,以期为胶州湾环境保护政策制定及后续生态修复提供参考。【方法】于2016―2019年各年9月在青岛胶州湾口薛家岛海域设置12个站位进行大型底栖动物调查,分析该海域大型底栖动物栖息密度、生物量及群落结构特征,并运用Shannon-Wiener多样性指数H′、海洋生物指数AMBI和多变量海洋生物指数M-AMBI评价该海域底栖生境健康状况的时空变化。【结果】2016―2019年共鉴定大型底栖动物84种,其中多毛类(39种)、甲壳类(23种)和软体动物(15种)是该海域的主要组成类群,平均栖息密度和生物量分别为130 m^(-2)和7.22 g/m^(2)。多毛类寡鳃齿吻沙蚕(Micronephthys oligobranchia)、拟特须虫(Paralacydonia paradoxa)、软背鳞虫(Lepidonotus helotypus),节肢动物绒毛细足蟹(Raphidopus ciliatus)、隆线强蟹(Eucrate crenata)和头索动物青岛文昌鱼(Branchiostoma japonicum)为该海域的优势种。底栖生境健康状况评价结果显示,除2016年胶州湾口底栖生境受轻度干扰外,其余年份底栖生境质量介于一般至优良之间。【结论】2016―2019年胶州湾口海域生境质量有所好转。

一次黄海爆发性气旋的观测分析和数值模拟研究

本文利用再分析资料和WRFV3.9模式(Weather Research and Forecasting Model)对2020年7月22-24日发生在黄海海域的一次爆发性气旋进行了研究,并对其演变过程和发展机制进行了详细分析。该气旋22日12 UTC在山东南部生成,入海后开始爆发性发展,最大加深率达到1.2 Bergeron,23日在黄海中部气压降至最低990 hPa左右,24日在韩国登陆。高空强辐散、低层的暖舌结构、水汽输送和下垫面热通量的变化增强了大气斜压性,使其迅速发展。使用WRF模式对气旋进行模拟,涡度的诊断分析表明,大气低层强斜压性主要通过涡度方程的散度项对气旋的发展起作用,对流项在涡度发展旺盛的时刻也有一定影响。海温的敏感性试验表明,海温变化对气旋移动路径和中心气压影响明显。

乳山湾邻近海域春、秋季浮游动物的群落结构

为了解乳山湾邻近海域浮游动物群落结构现状,分别于2020年3月(春季)和11月(秋季)在乳山湾邻近海域进行了2个航次的浮游动物调查,以此调查数据为基础,对该海域浮游动物的群落结构特征进行分析.结果表明:①调查海域两季共发现浮游动物成体22种,浮游幼虫6类,其中,春季成体13种,浮游幼虫4类,秋季成体17种,浮游幼虫6类;②春、秋两季调查的浮游动物平均丰度分别为110.1个/m^(3)和137.9个/m^(3),平均生物量(湿重)分别为206.7 mg/m^(3)和91.3 mg/m^(3),平均多样性指数分别为3.09和2.06,平均丰富度指数分别为1.97和1.59,平均均匀度指数分别为0.80和0.57;③春季调查优势种为中华哲水蚤(Calanus sinicus)、太平洋真宽水蚤(Eurytemora pacifica)、强壮滨箭虫(Sagitta crassa)、小拟哲水蚤(Paracalanus parvus)、双毛纺锤水蚤(Acartia bifilosa)、腹针胸刺水蚤(Centropages abdominali)、强额拟哲水蚤(Paracalanus crassirostris)、拟长腹剑水蚤(Oithona similis)、近缘大眼剑水蚤(Corycaeus affinis)和桡足类无节幼虫(Copepodite Nauplius larva),秋季调查优势种为小拟哲水蚤、拟长腹剑水蚤、强壮滨箭虫、异体住囊虫(Oikopleura dioica)、双壳类幼虫(Bivalves larva);④聚类分析结果表明,调查海域浮游动物可划分为2个群落.

基于HY-1C/D卫星数据的2021年黄海海域大型藻类时空分布特征分析

基于HY-1C/D(CZI)卫星遥感影像数据,利用归一化植被指数阈值判别方法提取大型藻类(浒苔绿潮)的分布和覆盖信息;结合实地考察,分析大型藻类的藻类构成与光谱信息特征;获取大型藻类灾害暴发时间、空间分布、密集度、漂移路径并对其分析。结果表明:2021年黄海海域大型藻类灾害最早发生于5月上旬,5月中旬-6月上旬进入发展期,6月中旬-7月上旬进入暴发期,7月中旬—8月下旬进入消亡期。从大型藻类的持续时间、时空分布、密集度变化等指标看,2021年黄海大型藻类分布面积和覆盖面积较大,发生时间较长,结束时间较晚。

渤海海冰精细化分区及特征分析

渤海海域每年冬季都有海冰出现,严重的海冰灾害不仅影响沿岸人民群众的生活安全,同时会对海上结构物和生产活动构成不同程度的威胁,制约海洋经济发展。目前普遍使用的(中国海海冰条件及应用)《Q/Hsn 3000—2002》规定中的分区划分较粗,对海上平台等工程项目的指导性和分区的精细化程度有待提升。本文建立在1951—2022年后报数据补全的基础上,本文在渤海海域建立了新的海冰精细化分区,并分析了海冰精细化分区的海冰空间分布特征、物理参数及不同重现期冰厚分布,研究结果可为渤海地区海洋工程建设、环境保护及冬季海冰应对工作提供重要参考。

环境规制何以影响海洋产业效率?--基于科技创新与FDI的联合调节效应

利用DEA-BCC模型对2001至2016年中国11个沿海省份海洋产业效率进行测度,构建面板模型分析环境规制与海洋产业效率的关系,探讨科技创新与FDI对二者关系的调节作用,并进一步考察科技创新和FDI联合调节效应的影响。研究结果表明,环境规制会降低海洋产业效率;科技创新和FDI对环境规制与海洋产业效率的负向关系产生影响,且二者的调节作用可以互相补充。在科技创新水平较低时,FDI仍可缓解环境规制对海洋产业效率的负向影响,为环境保护与经济增长协调发展提供可能。各沿海省份应通过加强提高科技创新与成果转化能力并不断吸引优质FDI,缓解环境规制的约束,以达到环境保护与海洋产业效率的双赢,实现海洋经济高质量发展。

高频地波雷达天线方向图校准方法研究

高频地波雷达是一种大范围获取海流场的有效手段,已经获得大量应用。为了保障观测数据质量,需要重视设备运行维护环节,其中就包括天线方向图校准。本文首先分析了单频信标天线方向图校准方法相比其他几种校准方法的优点;然后完善了单频信标校准系统,设计了信号频率可调的单频信标,研究并实现了SeaSonde雷达的方向图校准方法;接下来,将新校准系统用于南姜站SeaSonde雷达的天线方向图测量,实测方向图与CODAR应答器测量结果基本一致,通过ADCP与雷达径向流场的比测试验进一步证明校准方法有效;最后总结了使用单频信标校准方法的注意事项。

黄海浒苔绿潮防灾减灾现状与早期防控展望

截至2019年,浒苔绿潮连续12年大规模暴发,对近海生态系统、沿岸环境与社会经济造成严重影响,已经成为黄海最严重的生态环境问题。本文总结了黄海浒苔绿潮防灾减灾现状与成效,分析了存在的问题,然后基于对该绿潮起源与成因的认识,将其早期分为3个关键过程,即浒苔微观繁殖体在养殖设施上的着生与生长过程,定生浒苔脱离附着基形成漂浮浒苔过程,浅滩漂浮浒苔进入深水区形成大面积绿潮过程。最后分别从加强新材料与技术研发防控绿藻着生、强化养殖设施回收管理严控定生绿藻落滩、浅滩汇聚通道拦截打捞等3种途径提出了早期防控措施建议,以期为黄海浒苔绿潮的源头防控提供科学依据。

南水北调中线水源区浮游植物群落结构及其生物多样性

为探究南水北调中线水源区丹江口水库浮游植物群落结构变化及其生物多样性,于2014—2015年对丹江口水库进行为期1年的调查和分析。发现浮游植物共8门76属101种,其中,绿藻门、蓝藻门及硅藻门占总种数90.10%,绿藻门种类数最多(45种),其次是蓝藻门(26种)和硅藻门(20种)。浮游植物群落结构随季节变化有所不同:夏秋季节生物量明显高于冬春季节;优势种在冬季以颗粒直链藻、颗粒直链藻极狭变种、铜绿微囊藻和小环藻为主,春季以球衣藻、薄甲藻属及小环藻为主,夏季以简单颤藻、单胞衣藻原变种和球衣藻为主,秋季以类颤藻鱼腥藻、简单颤藻、球衣藻和小环藻为主。应用Shannon-Wiener多样性指数H′、Pielou均匀度指数J′、Margalef丰富度指数D_(m)评价水质结果表明:丹江口水库夏秋季水体营养化程度更高。典型对应分析表明:水温、透明度、总氮、总磷等是影响浮游植物群落结构的主要环境因子,夏秋季受温度影响蓝藻、绿藻数量逐渐增多,一定程度上增加了受水区生态变化风险。本研究可为南水北调中线水源区丹江口水库生态环境变化及生物迁移风险提供数据支持。

基于射线理论的海脊俘获波机制

虽然众多现场实测资料和数值模拟均表明海脊可以俘获海啸波并引导其传播至远场地区,带来严重的灾害,但少有研究阐述其产生机理。本文基于射线理论,推导了指数型海脊上波浪传播轨迹的理论解,并提出了震源位于海脊顶部的海啸被海脊完全俘获的条件。基于该俘获条件进一步给出了海脊对海啸俘获效率的表达式,用以评估海啸中被海脊俘获影响至远场的能量占海啸总能量的比例。

黄海海洋对台风“灿鸿”外围过程响应的观测研究

2015年9月台风“灿鸿”经过黄海海域的QF111浮标,该浮标观测到黄海海洋的温度和流速响应。受台风影响,黄海海表温度有明显的下降,降温幅度在2~4°C,且在台风路径右侧形成了海表面温度低于20°C的低温斑块。流速的响应主要表现为台风过境期间流速增强,达1.2~1.5 m/s,呈现出全水深强化的特征。风一直对海洋有能量输入,且在台风过境期间风输入海洋的能量最大,旋转功率谱的分析结果表明台风输入海洋的能量向海洋内部传播。黄海海域由台风激发出的近惯性振荡衰减较快,近惯性振荡e折时间尺度约为2 d。