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联合卫星雷达高度计和辐射计数据的海面高风速反演方法评估
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作者 张有广 林静 《海洋学报》 北大核心 2025年第4期65-75,共11页
基于2002-2020年的Jason系列卫星数据,利用一种高风速计算方法得到431次飓风的风速信息。在此基础上,利用基于再分析的美国飓风中心(The National Hurricane Center, NHC)大西洋和东北太平洋飓风最佳路径数据集进行比对分析,对高风速计... 基于2002-2020年的Jason系列卫星数据,利用一种高风速计算方法得到431次飓风的风速信息。在此基础上,利用基于再分析的美国飓风中心(The National Hurricane Center, NHC)大西洋和东北太平洋飓风最佳路径数据集进行比对分析,对高风速计算方法进行了综合评估。文中计算和评估结果显示,8.03~66.93 m/s飓风风速RMSE优于4 m/s;卫星观测风速和NHC飓风最佳路径数据相关系数在0.9以上。这表明文中方法是可靠的,具备热带气旋高风速观测能力。同时,文中结果显示,飓风观测期间几乎都伴随着不同程度的降雨,当风速大于50 m/s时,卫星观测点均处于中到暴雨的环境下。文中研究证明了利用卫星雷达高度计和校正辐射计这对主被动微波遥感器联合获取极端海洋环境下风速信息的可行性,这为提升台风或飓风风速观测能力提供了一种有潜力的技术手段。另外,统计结果显示飓风期间风速和气压也具备很好的线性相关性,利用这种关系可以基于卫星获取的高风速信息来快速计算得到热带气旋中心气压,这将形成卫星对热带气旋风速和中心气压的同步获取能力。 展开更多
关键词 Jason系列卫星 主被动微波遥感 海面高风速 雷达高度计 校正辐射计
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基于双频降雨雷达数据的海面阵风计算方法研究
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作者 池淏 张有广 林静 《海洋学报》 北大核心 2025年第8期92-100,共9页
海面阵风对海洋资源利用、海洋研究以及海上运输与工程安全具有重要意义。但目前观测手段有限,海面阵风数据缺失严重。林静等基于HY-2B雷达高度计C、Ku波段后向散射系数的差值对海面风速进行修正,计算得到星下点的阵风风速,但观测范围... 海面阵风对海洋资源利用、海洋研究以及海上运输与工程安全具有重要意义。但目前观测手段有限,海面阵风数据缺失严重。林静等基于HY-2B雷达高度计C、Ku波段后向散射系数的差值对海面风速进行修正,计算得到星下点的阵风风速,但观测范围较小。本文在此基础上,选用观测原理与雷达高度计相似的全球降雨观测计划(GPM)搭载的双频降雨雷达(DPR),利用其Ku、Ka波段后向散射系数的差值,并以ERA5海面风速作为观测值,对海面风速进行修正计算,得到阵风风速,以扩展观测范围并提高观测效率。结果表明:计算得到的阵风风速与ERA5阵风风速对比,相关系数(R)为0.96,均方根误差(RMSE)为1.79 m/s,平均偏差(Bias)为0.73 m/s,标准差(Std)为1.64 m/s;与同时期的NDBC浮标数据对比,R为0.91,RMSE为1.50 m/s,Bias为−0.15 m/s,Std为1.50 m/s,说明降雨雷达反演的阵风可靠性较好。进一步使用NDBC浮标海面风速代替ERA5海面风速后,R提高至0.95,RMSE降低至1.10 m/s,Bias为−0.07 m/s,Std为1.50 m/s,反演结果得到提高,说明精确的海面风速对阵风计算结果有较好的影响。 展开更多
关键词 双频降雨雷达 海面阵风 反演算法 后向散射系数
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基于国家海洋综合试验场(珠海)的海洋环境“空天地海网”一体化观测关键技术
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作者 王成荣 孙华烨 +2 位作者 余世维 肖雷 李博安 《海洋开发与管理》 2025年第4期88-96,共9页
海洋环境背景场是建设海洋综合试验场的基础和前提,厘清观测海洋环境要素分布对建设海洋试验场具有重要意义。文章利用现场观测、遥感反演算法、数据重构算法、三维水动力-生态模型数值模拟等多种监测手段组成低成本、高效率、高精度的... 海洋环境背景场是建设海洋综合试验场的基础和前提,厘清观测海洋环境要素分布对建设海洋试验场具有重要意义。文章利用现场观测、遥感反演算法、数据重构算法、三维水动力-生态模型数值模拟等多种监测手段组成低成本、高效率、高精度的海洋环境“空天地海网”一体化、可视化背景场监测系统,并将这些多源监测手段产生的数据进行数据融合、保障数据质量,生成标准化、多源、立体、多环境因子的立体化环境数据集。“空天地海网”一体化观测关键技术的构建和应用将有效促进海洋科技成果转化和产业化,支撑和服务海洋战略性新兴产业发展,为高质量建设海洋强国作出贡献。 展开更多
关键词 海洋试验场 海洋环境监测 遥感反演 三维耦合模型 多源数据融合
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CFOSAT SWIM波谱仪中法产品差异性分析 被引量:1
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作者 徐莹 李秀仲 +3 位作者 顾经纬 孙从容 郭茂华 曹雯炯 《海洋气象学报》 2024年第4期30-37,共8页
中法海洋卫星(China-France Oceanography SATellite,CFOSAT)搭载了世界上第一颗专门探测二维海浪谱的雷达,即SWIM(Surface Waves Investigation and Monitoring)波谱仪。该雷达能通过旋转6个不同波束的方式扫描海面从而得到二维海浪谱... 中法海洋卫星(China-France Oceanography SATellite,CFOSAT)搭载了世界上第一颗专门探测二维海浪谱的雷达,即SWIM(Surface Waves Investigation and Monitoring)波谱仪。该雷达能通过旋转6个不同波束的方式扫描海面从而得到二维海浪谱信息,并通过控制天线旋转速度来控制沿轨向二维谱的分辨率。中法双方都会发布相同软件处理的波谱仪2级产品,但由于中法双方接收站位置不同、地面数据处理时输入的气象辅助数据源不完全一致,因此双方发布的2级产品有一定差异,这给波谱仪产品的应用带来不确定性。为了明晰不同数据下载源得到的相同版本波谱仪产品之间的差异,选取2024年3月中法相关单位发布的最新版本2级数据,采用5.0 s、3.0 s、1.0 s和0.1 s的时间匹配窗口,获取中法数据不同匹配时间下二维海浪谱3个波浪参数的一致性对比结果。结果表明:有效波高比较稳定,在半个地理单元的空间差别下仍然保持几乎不变的精度;随着匹配时间增大,主波波长和主波波向的差别越来越大,匹配时间为5.0 s时,二者分别达到约21.5 m和46.5°的差异,匹配时间为0.1 s时,其差异很小,表明中法不同地面处理系统输入的气象辅助数据源差异而引起的产品差别可以忽略。 展开更多
关键词 中法海洋卫星(CFOSAT) SWIM波谱仪 有效波高 主波波长 主波波向 微波遥感
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构建准实时海面风场的一种智能算法
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作者 刘晓燕 宋晓姜 +2 位作者 郭安博宇 郝赛 彭炜 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期51-65,共15页
本文基于深度学习U-Net网络构建了CMA-GFS数值模式风场订正模型,并以此订正模型订正后的风场为背景场(CMA-GFS_Unet),以HY-2B/2C/2D以及MetOp-B 4颗卫星的散射计海面风资料为观测资料,采用插补法快速完成准实时海面风场的构建。此智能... 本文基于深度学习U-Net网络构建了CMA-GFS数值模式风场订正模型,并以此订正模型订正后的风场为背景场(CMA-GFS_Unet),以HY-2B/2C/2D以及MetOp-B 4颗卫星的散射计海面风资料为观测资料,采用插补法快速完成准实时海面风场的构建。此智能算法可实现滞后3 h准实时生成空间分辨率为0.25°、时间分辨率为6 h的全球海面融合风场(Fusion_QRT)。分别使用CCMP融合风场数据和中国近海浮标10 m风矢量数据对CMA-GFS、CMA-GFS_Unet和Fusion_QRT 3组风场资料进行了评估,结果表明,CMA-GFS_Unet风场质量得到显著提升,Fusion_QRT风场风速质量得到进一步改善,但风向质量略有降低:相较于CCMP,3组风场的风速平均绝对误差(MAE)分别为1.13 m/s、0.89 m/s和0.84 m/s,CMA-GFS_Unet和Fusion_QRT相较于CMA-GFS分别提升了21.3%和25.7%;风向MAE分别为17.5°、15.5°和16°,分别提升了11.3%和8.6%;而相较于浮标,风速MAE分别为1.50 m/s、1.36 m/s和1.28 m/s,分别提升了9.3%和14.7%;风向MAE分别为23.3°、22.7°和24.0°,分别提升了3.0%和-3.9%。 展开更多
关键词 U-Net CCMP CMA-GFS HY-2B/2C/2D MetOp-B 准实时 海面风场
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一种基于静止卫星的海面风矢量估测方法 被引量:4
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作者 张云开 徐娜 +1 位作者 翟晓春 张鹏 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期225-236,共12页
参考大气动力学理论中风随高度、纬度的分布特征,提出一种基于静止卫星低层大气导风利用全连接神经网络估测海面风的新思路,构建基于卫星遥感数据的全连接神经网络海面风矢量估测模型,实现基于大气导风的海面风估测。基于GOES-16先进基... 参考大气动力学理论中风随高度、纬度的分布特征,提出一种基于静止卫星低层大气导风利用全连接神经网络估测海面风的新思路,构建基于卫星遥感数据的全连接神经网络海面风矢量估测模型,实现基于大气导风的海面风估测。基于GOES-16先进基线成像仪可见光通道0.5 km分辨率大气导风开展试验,并与2021年1月1日—12月31日北美近海岸和海上93个美国国家数据浮标中心浮标数据比对,结果表明:全连接神经网络估算得到基于大气导风的海面风风速均方根误差不大于1.5 m·s^(-1),较传统模型降低0.24 m·s^(-1)。将模型应用于飓风场景,通过与2022年3个北大西洋飓风和3个东太平洋飓风共13个时次的再分析数据比对表明:基于大气导风的海面风风速均方根误差不大于1.1 m·s^(-1),相较于传统经验模型降低0.04 m·s^(-1),在低风速区无系统性偏差。 展开更多
关键词 海面风矢量 大气导风 全连接神经网络 低层大气
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基于CCMP的台湾海峡海面风场时空特征变化分析 被引量:1
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作者 温灿 王志雄 +1 位作者 邹巨洪 冯倩 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期65-78,共14页
利用1993-2022年最新版交叉标定多平台风场资料(CCMP V3.1),针对台湾海峡海面风场的年、季、月、日变化特征进行了分析。结果表明:台湾海峡及台湾岛周边海域风场具有明显的空间分布特征,地形效应导致不同海域出现风速极大值区和极小值... 利用1993-2022年最新版交叉标定多平台风场资料(CCMP V3.1),针对台湾海峡海面风场的年、季、月、日变化特征进行了分析。结果表明:台湾海峡及台湾岛周边海域风场具有明显的空间分布特征,地形效应导致不同海域出现风速极大值区和极小值区。其中台湾海峡中部受“狭管效应”的影响,在冬季风速最大,风向基本与海峡走向平行;夏季风速低于海峡外部的风速,无“狭管效应”。此外,海面风场还具有明显的季、月变化特征,冬季盛行东北风,风速为全年最高;夏季盛行西南风,风速最低;春、秋两季风场特征相似,皆盛行东北风;冬季风比夏季风盛行期长,约占全年的四分之三。对风场的年际变化分析时,结果表明夏季风向易发生较大角度的偏转;年平均风速保持基本平缓的线性趋势,在一些年份的异常偏高或偏低与海气相互作用现象厄尔尼诺-南方涛动的发生相关。研究日变化特征时则发现,在夜间20时风速和风向波动最大;风速一天内存在周期性变化;风向日变化夏季偏转最明显。 展开更多
关键词 CCMP 台湾海峡 海面风场 时空特征
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基于双频段雷达高度计数据的海面阵风反演研究 被引量:1
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作者 林静 张有广 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期133-142,共10页
海面阵风是海洋资源开发、海洋防灾减灾和海洋科研等领域所需的重要海洋动力环境信息。但迄今为止,海面阵风观测数据严重缺失,阻碍了阵风预报、应用研究等方面的发展。本文利用双频的HY-2B卫星高度计C、Ku波段的后向散射系数,对现有海... 海面阵风是海洋资源开发、海洋防灾减灾和海洋科研等领域所需的重要海洋动力环境信息。但迄今为止,海面阵风观测数据严重缺失,阻碍了阵风预报、应用研究等方面的发展。本文利用双频的HY-2B卫星高度计C、Ku波段的后向散射系数,对现有海面风速(U_(10))进行修正,建立了阵风风速(U_(g))反演算法。反演结果与美国国家浮标数据中心(NDBC)2018-2022年的浮标数据进行真实性检验,相关系数(R)为0.91,均方根误差(RMSE)为1.82 m/s;国外同类卫星Jason-3基于本方法的反演结果与2018-2022年NDBC站点数据进行检验,RMSE优于常规2 m/s精度要求;反演结果与处于不同纬度的近海远洋站点进行个例验证,RMSE均优于2 m/s。因此,本文在现有的HY-2B卫星高度计海面风速观测数据的基础上,利用不同波段信息实现了海面阵风的观测,具有较高的观测精度。同时,该方法也适用于相同观测体制的国外卫星高度计。 展开更多
关键词 雷达高度计 反演算法 海面阵风 HY-2B卫星 后向散射系数
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一次北极地区低云转化为海雾的观测研究
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作者 焦瀚 沈辉 +3 位作者 衣立 张苏平 王晓宇 刘一林 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期12-21,共10页
2016年8月11日,中国第七次北极科学考察在82.75°N,163.25°W附近观测到一次海雾过程。本文利用船载观测数据和浮冰站通量系统观测数据,结合再分析资料,对海雾的形成机理进行研究。结果表明,冷高压系统在冰面的加强,增强了下沉... 2016年8月11日,中国第七次北极科学考察在82.75°N,163.25°W附近观测到一次海雾过程。本文利用船载观测数据和浮冰站通量系统观测数据,结合再分析资料,对海雾的形成机理进行研究。结果表明,冷高压系统在冰面的加强,增强了下沉运动,使逆温层高度明显降低。伴随低云云底高度下降,冰面能见度下降至不足1 km。在低云下降过程中,冰面气象要素表现为增湿和降温的特征。冷平流和冰面的冷却作用导致气温下降,高低压之间的偏南气流将楚科奇海的水汽输送到密集浮冰区,为海雾提供了充足的水汽。冰面的升华和蒸发作用一方面对底层大气水汽增加有贡献,另一方面使冰面失去潜热导致冰面温度下降。 展开更多
关键词 北极 海雾 低云 观测 机理 平流 高压下沉
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海南岛沿海城镇化对海风锋推进影响的数值模拟
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作者 段懿轩 苗峻峰 冯文 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期66-83,共18页
本文利用中尺度模式WRF-ARW(Weather Research and Forecasting Model-Advanced Research WRF)(Version 4.0)对海南岛不同天气条件下的典型海风锋个例进行了高分辨率数值模拟,通过设计局地城镇化的敏感性试验,重点分析了海南岛沿海城镇... 本文利用中尺度模式WRF-ARW(Weather Research and Forecasting Model-Advanced Research WRF)(Version 4.0)对海南岛不同天气条件下的典型海风锋个例进行了高分辨率数值模拟,通过设计局地城镇化的敏感性试验,重点分析了海南岛沿海城镇化对海风锋推进的影响及其可能机制。研究结果表明:海南岛沿海城镇化造成的海风锋结构差异是热力作用和动力作用共同影响的结果;城镇下垫面的摩擦效应与城市热岛的增强阻碍海风向内陆推进,减弱了海风锋途经地区的降温增湿效应,造成海风锋位置相对滞后;而城镇化所引起的高海陆热力差异增强了海风风速及海风辐合,同时导致海风锋前的垂直上升气流和海风环流厚度也明显增强。海风锋发展不同时期,城镇化对海风锋的推进影响有所不同。海风锋发展初期,海陆热力差异引起的推动作用与摩擦效应的阻碍作用相抵消,导致海风锋的推进无明显影响;海风锋发展强盛阶段,城镇化条件下内陆城市与非城市之间的热力差异有所增强,阻碍了海风锋向内陆推进,导致海风锋内陆渗透距离减小。不同天气条件下城市化对海风锋推进的影响有所不同,相比于晴空天气,多云天气下城市与非城市的热力差异稍强,加强了城市热岛效应对海风推进的阻碍作用,导致海风锋滞后距离稍远。此外,当土地利用类型更换为城镇后,净辐射与陆气间交换能量减少,导致其潜热通量显著减小,感热通量值变大,从而升高了下垫面温度,增强了海风的垂直上升运动,进而造成边界层高度的升高。 展开更多
关键词 海风锋 城镇化 土地覆盖变化 复杂地形 热带海岛
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ResoNet:Robust and Explainable ENSO Forecasts with Hybrid Convolution and Transformer Networks 被引量:3
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作者 Pumeng LYU Tao TANG +4 位作者 Fenghua LING Jing-Jia LUO Niklas BOERS Wanli OUYANG Lei BAI 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2024年第7期1289-1298,共10页
Recent studies have shown that deep learning(DL)models can skillfully forecast El Niño–Southern Oscillation(ENSO)events more than 1.5 years in advance.However,concerns regarding the reliability of predictions ma... Recent studies have shown that deep learning(DL)models can skillfully forecast El Niño–Southern Oscillation(ENSO)events more than 1.5 years in advance.However,concerns regarding the reliability of predictions made by DL methods persist,including potential overfitting issues and lack of interpretability.Here,we propose ResoNet,a DL model that combines CNN(convolutional neural network)and transformer architectures.This hybrid architecture enables our model to adequately capture local sea surface temperature anomalies as well as long-range inter-basin interactions across oceans.We show that ResoNet can robustly predict ENSO at lead times of 19 months,thus outperforming existing approaches in terms of the forecast horizon.According to an explainability method applied to ResoNet predictions of El Niño and La Niña from 1-to 18-month leads,we find that it predicts the Niño-3.4 index based on multiple physically reasonable mechanisms,such as the recharge oscillator concept,seasonal footprint mechanism,and Indian Ocean capacitor effect.Moreover,we demonstrate for the first time that the asymmetry between El Niño and La Niña development can be captured by ResoNet.Our results could help to alleviate skepticism about applying DL models for ENSO prediction and encourage more attempts to discover and predict climate phenomena using AI methods. 展开更多
关键词 deep learning ENSO CNN TRANSFORMER
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Observing the air-sea turbulent heat flux on the trajectory of tropical storm Danas 被引量:1
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作者 Xuehan XIE Xiangzhou SONG +3 位作者 Marilena OLTMANNS Yangang LI Qifeng QIAN Zexun WEI 《Journal of Oceanology and Limnology》 SCIE CAS CSCD 2024年第5期1425-1437,共13页
Tropical cyclones constitute a major risk for coastal communities.To assess their damage potential,accurate predictions of their intensification are needed,which requires a detailed understanding of the evolution of t... Tropical cyclones constitute a major risk for coastal communities.To assess their damage potential,accurate predictions of their intensification are needed,which requires a detailed understanding of the evolution of turbulent heat flux(THF).By combining multiple buoy observations along the south north storm track,we investigated the THF anomalies associated with tropical storm Danas(2019)in the East China Sea(ECS)during its complete life cycle from the intensification stage to the mature stage and finally to its dissipation on land.The storm passage is characterized by strong winds of 10-20 m/s and a sea level pressure below 1000 hPa,resulting in a substantial enhancement of THF.Latent heat(LH)fluxes are most strongly affected by wind speed,with a gradually increasing contribution of humidity along the trajectory.The relative contributions of wind speed and temperature anomalies to sensible heat(SH)depend on the stability of the boundary layer.Under stable conditions,SH variations are driven by wind speed,while under near-neutral conditions,SH variations are driven by temperature.A comparison of the observed THF and associated variables with outputs from the ERA 5 and MERRA 2 reanalysis products reveals that the reanalysis products can reproduce the basic evolution and composition of the observed THF.However,under extreme weather conditions,temperature and humidity variations are poorly captured by ERA 5 and MERRA 2,leading to large LH and SH errors.The differences in the observed and reproduced LH and SH during the passage of Danas amount to 26.1 and 6.6 W/m^(2) for ERA 5,respectively,and to 39.4 and 12.5 W/m^(2) for MERRA 2,respectively.These results demonstrate the need to improve the representation of tropical cyclones in reanalysis products to better predict their intensification process and reduce their damage. 展开更多
关键词 tropical cyclone(TC) air-sea turbulent heat flux(THF) latent heat flux sensible heat flux buoy observation reanalysis product
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A Physics-informed Deep-learning Intensity Prediction Scheme for Tropical Cyclones over the Western North Pacific 被引量:1
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作者 Yitian ZHOU Ruifen ZHAN +4 位作者 Yuqing WANG Peiyan CHEN Zhemin TAN Zhipeng XIE Xiuwen NIE 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2024年第7期1391-1402,共12页
Accurate prediction of tropical cyclone(TC)intensity is challenging due to the complex physical processes involved.Here,we introduce a new TC intensity prediction scheme for the western North Pacific(WNP)based on a ti... Accurate prediction of tropical cyclone(TC)intensity is challenging due to the complex physical processes involved.Here,we introduce a new TC intensity prediction scheme for the western North Pacific(WNP)based on a time-dependent theory of TC intensification,termed the energetically based dynamical system(EBDS)model,together with the use of a long short-term memory(LSTM)neural network.In time-dependent theory,TC intensity change is controlled by both the internal dynamics of the TC system and various environmental factors,expressed as environmental dynamical efficiency.The LSTM neural network is used to predict the environmental dynamical efficiency in the EBDS model trained using besttrack TC data and global reanalysis data during 1982–2017.The transfer learning and ensemble methods are used to retrain the scheme using the environmental factors predicted by the Global Forecast System(GFS)of the National Centers for Environmental Prediction during 2017–21.The predicted environmental dynamical efficiency is finally iterated into the EBDS equations to predict TC intensity.The new scheme is evaluated for TC intensity prediction using both reanalysis data and the GFS prediction data.The intensity prediction by the new scheme shows better skill than the official prediction from the China Meteorological Administration(CMA)and those by other state-of-art statistical and dynamical forecast systems,except for the 72-h forecast.Particularly at the longer lead times of 96 h and 120 h,the new scheme has smaller forecast errors,with a more than 30%improvement over the official forecasts. 展开更多
关键词 tropical cyclones western North Pacific intensity prediction EBDS LSTM
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热带气旋海上观测技术的进展及展望
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作者 张翰 陈大可 +2 位作者 田娣 汤杰 王岩峰 《中国科学基金》 CSSCI CSCD 北大核心 2024年第6期961-968,共8页
热带气旋期间海上现场观测数据严重缺乏,是该领域科学认识和海气环境预测预报能力提高的瓶颈问题。本文简要叙述了热带气旋期间海上锚定、机动、“抛弃式”和遥感观测方式的特点和发展现状,指出结合不同观测方式的海上立体协同组网观测... 热带气旋期间海上现场观测数据严重缺乏,是该领域科学认识和海气环境预测预报能力提高的瓶颈问题。本文简要叙述了热带气旋期间海上锚定、机动、“抛弃式”和遥感观测方式的特点和发展现状,指出结合不同观测方式的海上立体协同组网观测是未来的发展方向,其中机动观测方式有很大的发展和应用空间。除设备和仪器技术的改进外,热带气旋预报、目标观测和最优观测设计、组网通讯和实时组网调节等方面的技术需要进一步发展。平台和数据方面,针对热带气旋观测的平台建设、设备完善、多源数据融合、数据的高效利用和共享等均值得深入规划。以往的观测呈现时间和空间不连续的情况,有必要在热带气旋频发海域开展长期的业务化观测等。 展开更多
关键词 热带气旋 海上观测 仪器设备 技术发展 海气相互作用 组网协同观测
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秦皇岛外海低氧区颗粒物吸收光谱特征 被引量:1
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作者 于廉涛 张桂成 +3 位作者 杨伟 赵亮 李梦婷 宋贵生 《海洋与湖沼》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期107-117,共11页
近年来,渤海夏季低氧现象频发,引起了人们的广泛关注。然而对该海域低氧形成的机制还未得到充分认识。研究基于在秦皇岛外海的现场观测,分析了海水中颗粒物吸收光谱特征及其与不同粒径浮游植物叶绿素a(chl a)组成、环境因子的关系,评估... 近年来,渤海夏季低氧现象频发,引起了人们的广泛关注。然而对该海域低氧形成的机制还未得到充分认识。研究基于在秦皇岛外海的现场观测,分析了海水中颗粒物吸收光谱特征及其与不同粒径浮游植物叶绿素a(chl a)组成、环境因子的关系,评估了夏季底层水体脱氧过程中有机物来源与特征。结果显示,夏季秦皇岛外海微型浮游植物chl a占总量的80%。表层水体中,总颗粒物吸收光谱[ap(λ)]特征由浮游植物色素吸收光谱[aph(λ)]主导,在中、底层水体中则由碎屑颗粒物吸收光谱[ad(λ)]主导。垂向上,ap(440)和ad(440)均表现为表层<中层<底层。结果还表明,浮游植物粒径主导秦皇岛外海chl a的光吸收效率,即a*ph(440)。基于三粒级chl a含量,可利用多元回归预测aph(440)。碎屑颗粒物的吸收光谱同样受浮游植物群落、有机质相对含量等的影响。研究结果表明初级生产产生的微型颗粒有机物是底层水体脱氧的主要底物。 展开更多
关键词 颗粒物 吸收光谱 叶绿素A 秦皇岛外海
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台风“利奇马”(1909)登陆青岛时黄海北部一次海雾过程的观测分析
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作者 王倩 时晓曚 张苏平 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期34-46,共13页
利用多种观测数据、再分析数据和后向追踪模式,分析了2019年9号台风“利奇马”影响黄海北部期间发生的一次海雾过程,结果表明台风影响下的环流形势是此次海雾形成并影响沿海的决定性因素。来自黄海南部的暖湿气团在台风中心右侧较冷的... 利用多种观测数据、再分析数据和后向追踪模式,分析了2019年9号台风“利奇马”影响黄海北部期间发生的一次海雾过程,结果表明台风影响下的环流形势是此次海雾形成并影响沿海的决定性因素。来自黄海南部的暖湿气团在台风中心右侧较冷的海面凝结成雾,台风中心右侧区域的偏南气流不仅使黄海南部的暖湿空气不断向北输送,为海雾的形成和发展提供充足的水汽,而且其从黄海西岸带来的暖气团和台风中心区域的下沉气流在雾区上空形成了显著逆温层,在大气边界层内形成了“上稳下湍”的层结结构,也有利于海雾在岸滨及内陆地区的维持和发展。而台风后部水平风转向和台风中心外围增强的水平风加强了大气边界层底部的垂直风切变,从而导致湍流混合增强和大气边界层稳定度下降,这是引发海雾消散的重要原因。 展开更多
关键词 海雾 台风 大气边界层结构 黄海
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Observation of Low-Level Jets in the Eastern Tropical Indian Ocean Based on Shipborne Coherent Doppler Lidar
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作者 WANG Haiyuan LIU Lin +10 位作者 FAN Mengqi YANG Yang YANG Guang DUAN Yongliang LIU Baochao SU Qinglei ZHANG Binbin WANG Fengjun SHI Xuliang LI Qiuchi ZENG Ai 《Journal of Ocean University of China》 SCIE CAS CSCD 2024年第5期1163-1172,共10页
In contrast to the Pacific and Atlantic Oceans,the Indian Ocean has lacked in-situ observations of wind profiles over open sea areas for decades.In 2021,a shipborne coherent Doppler lidar(CDL)was used to observe in-si... In contrast to the Pacific and Atlantic Oceans,the Indian Ocean has lacked in-situ observations of wind profiles over open sea areas for decades.In 2021,a shipborne coherent Doppler lidar(CDL)was used to observe in-situ wind profiles in the eastern tropical Indian Ocean.This equipment successfully captured low-level jets(LLJs)in the region,and their characteristics were thoroughly analyzed.Results reveal that the observed wind speed of LLJs in the eastern Indian Ocean ranges from 6 m s^(-1) to 10 m s^(-1) during the boreal winter and spring seasons,showing a height range of 0.6 to 1 km and two peak times at 0800 and 2000 UTC.This wind shear is weaker than that in land or offshore areas,ranging from 0 s^(-1) to 0.006 s^(-1).Moreover,the accuracy of the CDL data is compared to that of ERA5 data in the study area.The results indicate that the zonal wind from ERA5 data significantly deviated from the CDL measurement data,and the overall ERA5 data are substantially weaker than the in-situ observations.Notably,ERA5 underestimates northwestward LLJs. 展开更多
关键词 low-level jets coherent Doppler lidar ERA5 RADIOSONDE eastern Indian Ocean
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Application of the Conditional Nonlinear Local Lyapunov Exponent to Second-Kind Predictability
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作者 Ming ZHANG Ruiqiang DING +2 位作者 Quanjia ZHONG Jianping LI Deyu LU 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2024年第9期1769-1786,共18页
In order to quantify the influence of external forcings on the predictability limit using observational data,the author introduced an algorithm of the conditional nonlinear local Lyapunov exponent(CNLLE)method.The eff... In order to quantify the influence of external forcings on the predictability limit using observational data,the author introduced an algorithm of the conditional nonlinear local Lyapunov exponent(CNLLE)method.The effectiveness of this algorithm is validated and compared with the nonlinear local Lyapunov exponent(NLLE)and signal-to-noise ratio methods using a coupled Lorenz model.The results show that the CNLLE method is able to capture the slow error growth constrained by external forcings,therefore,it can quantify the predictability limit induced by the external forcings.On this basis,a preliminary attempt was made to apply this method to measure the influence of ENSO on the predictability limit for both atmospheric and oceanic variable fields.The spatial distribution of the predictability limit induced by ENSO is similar to that arising from the initial conditions calculated by the NLLE method.This similarity supports ENSO as the major predictable signal for weather and climate prediction.In addition,a ratio of predictability limit(RPL)calculated by the CNLLE method to that calculated by the NLLE method was proposed.The RPL larger than 1 indicates that the external forcings can significantly benefit the long-term predictability limit.For instance,ENSO can effectively extend the predictability limit arising from the initial conditions of sea surface temperature over the tropical Indian Ocean by approximately four months,as well as the predictability limit of sea level pressure over the eastern and western Pacific Ocean.Moreover,the impact of ENSO on the geopotential height predictability limit is primarily confined to the troposphere. 展开更多
关键词 conditional nonlinear local Lyapunov exponent second-kind predictability coupled Lorenz model ENSO
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Understanding the Low Predictability of the 2015/16 El Niño Event Based on a Deep Learning Model
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作者 Tingyu WANG Ping HUANG Xianke YANG 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2024年第7期1313-1325,共13页
The 2015/16 El Niño event ranks among the top three of the last 100 years in terms of intensity,but most dynamical models had a relatively low prediction skill for this event before the summer months.Therefore,th... The 2015/16 El Niño event ranks among the top three of the last 100 years in terms of intensity,but most dynamical models had a relatively low prediction skill for this event before the summer months.Therefore,the attribution of this particular event can help us to understand the cause of super El Niño–Southern Oscillation events and how to forecast them skillfully.The present study applies attribute methods based on a deep learning model to study the key factors related to the formation of this event.A deep learning model is trained using historical simulations from 21 CMIP6 models to predict the Niño-3.4 index.The integrated gradient method is then used to identify the key signals in the North Pacific that determine the evolution of the Niño-3.4 index.These crucial signals are then masked in the initial conditions to verify their roles in the prediction.In addition to confirming the key signals inducing the super El Niño event revealed in previous attribution studies,we identify the combined contribution of the tropical North Atlantic and the South Pacific oceans to the evolution and intensity of this event,emphasizing the crucial role of the interactions among them and the North Pacific.This approach is also applied to other El Niño events,revealing several new precursor signals.This study suggests that the deep learning method is useful in attributing the key factors inducing extreme tropical climate events. 展开更多
关键词 ENSO attribution deep learning ENSO prediction extreme El Niño
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台风“查帕卡”(2021)在粤西陆架上产生的近惯性运动研究
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作者 黄震宇 崔永生 +2 位作者 张光 于小龙 龚文平 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期47-64,共18页
近惯性运动是海洋中广泛存在的一种频率接近局地惯性频率的海水运动,热带气旋是产生近惯性运动的主要动力之一。本文基于COAWST(Coupled Ocean-Atmosphere-Wave-Sediment Transport)数值模型系统,构建了一个覆盖南海北部陆架的波浪-海... 近惯性运动是海洋中广泛存在的一种频率接近局地惯性频率的海水运动,热带气旋是产生近惯性运动的主要动力之一。本文基于COAWST(Coupled Ocean-Atmosphere-Wave-Sediment Transport)数值模型系统,构建了一个覆盖南海北部陆架的波浪-海流耦合三维水动力模型,并对模型进行了充分验证。利用该模型模拟了2021年第7号台风“查帕卡”在粤西近海陆架上激发的近惯性运动。结果表明,近惯性动能在水平分布上有两个能量高值中心,一个在台风风速最大的近岸区域,另一个在离岸约130 km处,且第二个能量高值中心持续时间更久。在水深40 m以浅的近岸区域,近惯性运动以正压模态为主,表底层流速的相位相同,能量从表层向底层递减。随着水深逐渐增加,在水深70 m到100 m的区域,近惯性运动呈明显的两层结构,表底层近惯性运动的流速方向相反,垂向上出现两个能量高值中心,呈明显的一阶斜压模态特征。通过动力模态分解,发现部分两层结构明显的区域由一阶斜压模态和二阶斜压模态共同主导。随着水深继续增加,更高模态的近惯性运动在总的近惯性动能中占据越来越大的比重。动量平衡分析表明,在水深较浅、风速较大的近岸区域,整个水层内的动量平衡都是由垂向湍流黏性力和压强梯度力主导。而在水深较深、风速较小的离岸区域,垂向湍流黏性力集中在表层和底层,水体内部的动量平衡主要由压强梯度力、科氏力和局地加速度主导。这些结果说明近岸区域主要是风应力驱动的正压波动,而陆架区域,上混合层内的近惯性运动由风应力驱动,混合层以下的近惯性运动则是由正压的压强梯度力驱动的。 展开更多
关键词 近惯性运动 台风 COAWST模型 粤西近海陆架
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