2022年 第44卷 第11期
2022, 44(11): 1-11.
doi: 10.12284/hyxb2022115
摘要:
通过分析2018–2019年粤西阳江沿岸流海域多站点周年观测水文气象实测资料，发现2019年春季和夏季阳江沿岸流海域存在激流现象。研究结果表明：（1）2019年5月5日凌晨6时，观测站点2 m水深处流速达到164.7 cm/s，9 m水深处流速达到127.6 cm/s。2019年8月1日凌晨4时至5时，阳江沙扒海域2 m水深处流速达到161.8 cm/s，9 m水深处流速达到156.6 cm/s。（2）粤西沿岸流阳江20～30 m水深海域春夏季突发性强流具有典型的激流特征。激流在涨急时刻发生在海洋表层，持续2～4 h。（3）在西南风与东北风转换期间，粤西沿岸海域容易形成海水幅聚带，近岸海域海平面上升，外海海域海平面下降，强劲的自岸向外水平压强梯度力导致近岸海水加强向西运动，从而产生激流。
通过分析2018–2019年粤西阳江沿岸流海域多站点周年观测水文气象实测资料，发现2019年春季和夏季阳江沿岸流海域存在激流现象。研究结果表明：（1）2019年5月5日凌晨6时，观测站点2 m水深处流速达到164.7 cm/s，9 m水深处流速达到127.6 cm/s。2019年8月1日凌晨4时至5时，阳江沙扒海域2 m水深处流速达到161.8 cm/s，9 m水深处流速达到156.6 cm/s。（2）粤西沿岸流阳江20～30 m水深海域春夏季突发性强流具有典型的激流特征。激流在涨急时刻发生在海洋表层，持续2～4 h。（3）在西南风与东北风转换期间，粤西沿岸海域容易形成海水幅聚带，近岸海域海平面上升，外海海域海平面下降，强劲的自岸向外水平压强梯度力导致近岸海水加强向西运动，从而产生激流。
2022, 44(11): 12-30.
doi: 10.12284/hyxb2022133
摘要:
本文利用ERA5再分析数据和我国北极科学考察期间获取的走航气象观测数据，分析了夏季影响船舶通航北极航道的关键近地面气象要素的时空变化特征。结果表明，7–8月的天气条件最适宜船舶在北极航道航行，9月低温、大风和大浪天气显著增多，对船舶航行影响较大，10月的天气更加恶劣，对船舶航行的挑战更大。低温天气主要出现在各航道的中段，大风和大浪天气集中在航道两端的海域。除北极中心区和10月的挪威海和巴伦支海以外，其余时间的海域出现大风和大浪天气的概率以增加趋势为主，但具有较大的年际变化。根据现有北极航道气象观测数据分析发现，东北航道能见度最差，西北航道能见度最好，中央航道居中。
本文利用ERA5再分析数据和我国北极科学考察期间获取的走航气象观测数据，分析了夏季影响船舶通航北极航道的关键近地面气象要素的时空变化特征。结果表明，7–8月的天气条件最适宜船舶在北极航道航行，9月低温、大风和大浪天气显著增多，对船舶航行影响较大，10月的天气更加恶劣，对船舶航行的挑战更大。低温天气主要出现在各航道的中段，大风和大浪天气集中在航道两端的海域。除北极中心区和10月的挪威海和巴伦支海以外，其余时间的海域出现大风和大浪天气的概率以增加趋势为主，但具有较大的年际变化。根据现有北极航道气象观测数据分析发现，东北航道能见度最差，西北航道能见度最好，中央航道居中。
2022, 44(11): 31-41.
doi: 10.12284/hyxb2022117
摘要:
白令海是冬季北极海冰变化最明显的区域之一，该区域海冰的季节和长期变化与局地的气候、水文环境和生态系统密切相关，并会影响我国的天气气候过程。为了识别该区冬季海冰的长期变化，基于Hadley中心数据，采用滑动t检验和线性回归分析方法对白令海1960–2020年海冰范围的变化趋势及其空间差异进行分析，并分析了海冰变化对大气环流等大气强迫的影响。结果表明：白令海冬季海冰范围在1960–2020年显著减小，20世纪70年代和2000年前后白令海海冰范围存在显著的均值突变。其过程中伴随着阿留申低压中心低压加强、核心位置向白令海西部偏移以及对应风场分布的变化，这个过程存在一个近20 a周期的振荡。同时，太平洋年代际震荡的相位变化可以通过改变海平面气压来调节经向风，改变进入白令海的热平流，进而影响白令海冬季海冰范围。因此，阿留申低压系统和北太平洋年代际振荡对冬季白令海海冰的变化起到重要的调节作用。
白令海是冬季北极海冰变化最明显的区域之一，该区域海冰的季节和长期变化与局地的气候、水文环境和生态系统密切相关，并会影响我国的天气气候过程。为了识别该区冬季海冰的长期变化，基于Hadley中心数据，采用滑动t检验和线性回归分析方法对白令海1960–2020年海冰范围的变化趋势及其空间差异进行分析，并分析了海冰变化对大气环流等大气强迫的影响。结果表明：白令海冬季海冰范围在1960–2020年显著减小，20世纪70年代和2000年前后白令海海冰范围存在显著的均值突变。其过程中伴随着阿留申低压中心低压加强、核心位置向白令海西部偏移以及对应风场分布的变化，这个过程存在一个近20 a周期的振荡。同时，太平洋年代际震荡的相位变化可以通过改变海平面气压来调节经向风，改变进入白令海的热平流，进而影响白令海冬季海冰范围。因此，阿留申低压系统和北太平洋年代际振荡对冬季白令海海冰的变化起到重要的调节作用。
2022, 44(11): 42-62.
doi: 10.12284/hyxb2022135
摘要:
本文对中印度洋海盆深海富稀土沉积区两根柱样GC02和GC06开展了沉积物涂片观察，X-射线衍射分析，主量、微量和稀土元素分析，以及单矿物原位微区地球化学分析等，探讨了其地球化学特征、物质来源及稀土元素（REY）的富集机制。结果表明，GC02柱状沉积物类型为钙质黏土和沸石黏土，GC06柱状沉积物类型为钙质黏土、含沸石黏土和沸石黏土。稀土元素主要在含沸石黏土和沸石黏土中富集。北美页岩标准化（NASC）配分模式指示沉积物的REY主要来源于海水，矿物学和地球化学等特征表明该地区沉积物陆源组分可能主要源于澳大利亚的风尘物质。元素相关性和CaO/P2O5比值等指示了深海富稀土沉积中REY的主要赋存矿物为生物磷灰石（鱼牙/骨等），其次为铁锰微结核。本文总结和探讨了深海富稀土沉积的形成机制，完善了深海富稀土沉积形成过程的概念模型。
本文对中印度洋海盆深海富稀土沉积区两根柱样GC02和GC06开展了沉积物涂片观察，X-射线衍射分析，主量、微量和稀土元素分析，以及单矿物原位微区地球化学分析等，探讨了其地球化学特征、物质来源及稀土元素（REY）的富集机制。结果表明，GC02柱状沉积物类型为钙质黏土和沸石黏土，GC06柱状沉积物类型为钙质黏土、含沸石黏土和沸石黏土。稀土元素主要在含沸石黏土和沸石黏土中富集。北美页岩标准化（NASC）配分模式指示沉积物的REY主要来源于海水，矿物学和地球化学等特征表明该地区沉积物陆源组分可能主要源于澳大利亚的风尘物质。元素相关性和CaO/P2O5比值等指示了深海富稀土沉积中REY的主要赋存矿物为生物磷灰石（鱼牙/骨等），其次为铁锰微结核。本文总结和探讨了深海富稀土沉积的形成机制，完善了深海富稀土沉积形成过程的概念模型。
2022, 44(11): 63-76.
doi: 10.12284/hyxb2022121
摘要:
雅浦海沟是西太平洋“沟–弧–盆”体系的重要组成部分。在雅浦海沟北部，雅浦海沟与马里亚纳海沟呈典型的垂直相交。本文对该海域的地貌进行了详细的研究。结果表明，两条海沟连接处附近，海沟的水深、形态、剖面等都发生明显变化，且具有分段性，两侧斜坡上拥有隆起、凹陷、断裂等地貌，这些特征与海沟连接处特殊的俯冲位置具有密切的联系；通过地貌特征和板块扩张速度判断，20 Ma前帕里西维拉海盆扩张中心应位于137°35′34″E附近，雅浦海沟很可能是由帕里西维拉海盆暴露出来的扩张中心转变而成。
雅浦海沟是西太平洋“沟–弧–盆”体系的重要组成部分。在雅浦海沟北部，雅浦海沟与马里亚纳海沟呈典型的垂直相交。本文对该海域的地貌进行了详细的研究。结果表明，两条海沟连接处附近，海沟的水深、形态、剖面等都发生明显变化，且具有分段性，两侧斜坡上拥有隆起、凹陷、断裂等地貌，这些特征与海沟连接处特殊的俯冲位置具有密切的联系；通过地貌特征和板块扩张速度判断，20 Ma前帕里西维拉海盆扩张中心应位于137°35′34″E附近，雅浦海沟很可能是由帕里西维拉海盆暴露出来的扩张中心转变而成。
2022, 44(11): 77-87.
doi: 10.12284/hyxb2022123
摘要:
本文对东海及毗邻海域中239+240Pu比活度、240Pu/239Pu原子比值和239+240Pu累积通量或沉积通量数据进行整理，首次从大气沉降、海水中、生物体中、沉积物捕获器中以及沉积物中的239+240Pu 5个方面阐述了东海及毗邻海域中239+240Pu的地球化学行为。研究结果表明，全球大气沉降和太平洋核试验场输入的239+240Pu是东海海水和沉积物中239+240Pu的两个主要来源；在长江径流、浙闽沿岸流、台湾暖流、黑潮与上升流等水团的混合作用以及清除作用的影响下，东海近岸海水中239+240Pu浓度在时间上呈现被清除而减少的趋势，相应近岸浅水区沉积物中239+240Pu的埋藏深度高于远岸深水海域。在黑潮入侵和上升流的作用下，冲绳海槽区尤其是台湾岛东北部，沉积物中的239+240Pu比活度与沉积通量显著增大。同时，利用东海表层沉积物中239+240Pu比活度和240Pu/239Pu原子比值的相关关系证实了台湾东北部黑潮底层分支流的存在，并指示出台湾暖流与黑潮底层分支流可能交汇的海域位置。
本文对东海及毗邻海域中239+240Pu比活度、240Pu/239Pu原子比值和239+240Pu累积通量或沉积通量数据进行整理，首次从大气沉降、海水中、生物体中、沉积物捕获器中以及沉积物中的239+240Pu 5个方面阐述了东海及毗邻海域中239+240Pu的地球化学行为。研究结果表明，全球大气沉降和太平洋核试验场输入的239+240Pu是东海海水和沉积物中239+240Pu的两个主要来源；在长江径流、浙闽沿岸流、台湾暖流、黑潮与上升流等水团的混合作用以及清除作用的影响下，东海近岸海水中239+240Pu浓度在时间上呈现被清除而减少的趋势，相应近岸浅水区沉积物中239+240Pu的埋藏深度高于远岸深水海域。在黑潮入侵和上升流的作用下，冲绳海槽区尤其是台湾岛东北部，沉积物中的239+240Pu比活度与沉积通量显著增大。同时，利用东海表层沉积物中239+240Pu比活度和240Pu/239Pu原子比值的相关关系证实了台湾东北部黑潮底层分支流的存在，并指示出台湾暖流与黑潮底层分支流可能交汇的海域位置。
2022, 44(11): 88-98.
doi: 10.12284/hyxb2022011
摘要:
本文旨在厘清东海盆地X凹陷Y气田天然气成因，建立成藏模式，以指导下步勘探部署。本文从天然气组分、烷烃气碳同位素、轻烃、凝析油生物标志化合物等分析入手，系统研究了油气成因类型及来源，并结合构造演化史、生烃史分析，建立了Y气田成藏模式，提出了大中型气田的勘探方向。主要认识如下：（1）天然气组分碳同位素、轻烃和埋藏史分析表明，Y气田天然气为凹中始新统平湖组烃源岩在龙井运动期（距今13 Ma）生成的高成熟煤型气；（2）凝析油姥鲛烷/植烷、规则甾烷等特征，反映了凹中区平湖组烃源岩发育于弱氧化−弱还原潮坪、潟湖沉积环境，生烃母质中存在一定数量的低等水生生物；（3）Y气田具有“凹中区平湖组烃源岩、花港组大型水道砂储集体、挤压构造作用”时空耦合的成藏模式，明确了凹中挤压背斜带是X凹陷大中型气田勘探的主攻方向。
本文旨在厘清东海盆地X凹陷Y气田天然气成因，建立成藏模式，以指导下步勘探部署。本文从天然气组分、烷烃气碳同位素、轻烃、凝析油生物标志化合物等分析入手，系统研究了油气成因类型及来源，并结合构造演化史、生烃史分析，建立了Y气田成藏模式，提出了大中型气田的勘探方向。主要认识如下：（1）天然气组分碳同位素、轻烃和埋藏史分析表明，Y气田天然气为凹中始新统平湖组烃源岩在龙井运动期（距今13 Ma）生成的高成熟煤型气；（2）凝析油姥鲛烷/植烷、规则甾烷等特征，反映了凹中区平湖组烃源岩发育于弱氧化−弱还原潮坪、潟湖沉积环境，生烃母质中存在一定数量的低等水生生物；（3）Y气田具有“凹中区平湖组烃源岩、花港组大型水道砂储集体、挤压构造作用”时空耦合的成藏模式，明确了凹中挤压背斜带是X凹陷大中型气田勘探的主攻方向。
2022, 44(11): 99-110.
doi: 10.12284/hyxb2022105
摘要:
本文基于现场观测的絮团粒径、悬沙浓度及水动力数据，研究了黄河口南部潮滩泥沙絮凝特征。研究发现，黄河口潮滩絮团粒径在25.42～264.44 μm之间，平均为95.20 μm。水体紊动对黄河口潮滩絮凝的影响存在差异，紊动对絮凝促进作用的上限约为Gl=3.76 s−1。紊动强度低于Gl时，紊动促进泥沙絮凝，絮团粒径随紊动加强而增大；反之水体紊动对絮凝主要起抑制作用，絮团粒径随紊动强度增大而减小。悬沙浓度对黄河口潮滩泥沙絮凝起抑制作用，同等紊动条件下高悬沙浓度对应的絮团粒径更小。黄河口潮滩絮团有效密度与粒径呈现负相关关系，沉速主要受粒径影响。本研究补充了对弱潮河口潮滩泥沙絮凝特性的认识。
本文基于现场观测的絮团粒径、悬沙浓度及水动力数据，研究了黄河口南部潮滩泥沙絮凝特征。研究发现，黄河口潮滩絮团粒径在25.42～264.44 μm之间，平均为95.20 μm。水体紊动对黄河口潮滩絮凝的影响存在差异，紊动对絮凝促进作用的上限约为Gl=3.76 s−1。紊动强度低于Gl时，紊动促进泥沙絮凝，絮团粒径随紊动加强而增大；反之水体紊动对絮凝主要起抑制作用，絮团粒径随紊动强度增大而减小。悬沙浓度对黄河口潮滩泥沙絮凝起抑制作用，同等紊动条件下高悬沙浓度对应的絮团粒径更小。黄河口潮滩絮团有效密度与粒径呈现负相关关系，沉速主要受粒径影响。本研究补充了对弱潮河口潮滩泥沙絮凝特性的认识。
2022, 44(11): 111-120.
doi: 10.12284/hyxb2022125
摘要:
本文基于OpenFOAM建立三维波浪数值水槽，模拟计算植被水域波浪作用下的床面切应力，分析了入射波高、植被密度、植被淹没高度、水流对植被水域波浪作用下床面切应力的影响。结果表明：纯波时，由于植被的阻水作用，植被水域床面切应力沿程衰减，其衰减程度与入射波高、植被密度及植被淹没高度呈现正相关；与纯波时相比，在波浪和同向流共同作用下正向床面切应力幅值增大，负向床面切应力幅值减小；弱水流对植被水域床面切应力的大小及分布无明显影响；强水流时，床面切应力在植被水域先增大后逐渐减小并在植被水域后显著降低。
本文基于OpenFOAM建立三维波浪数值水槽，模拟计算植被水域波浪作用下的床面切应力，分析了入射波高、植被密度、植被淹没高度、水流对植被水域波浪作用下床面切应力的影响。结果表明：纯波时，由于植被的阻水作用，植被水域床面切应力沿程衰减，其衰减程度与入射波高、植被密度及植被淹没高度呈现正相关；与纯波时相比，在波浪和同向流共同作用下正向床面切应力幅值增大，负向床面切应力幅值减小；弱水流对植被水域床面切应力的大小及分布无明显影响；强水流时，床面切应力在植被水域先增大后逐渐减小并在植被水域后显著降低。
2022, 44(11): 121-132.
doi: 10.12284/hyxb2022127
摘要:
基于非静压数值计算模型，本文系统研究了聚焦波作用下透水潜堤的消波特性，通过设置合理的计算工况，详细分析了波高、堤顶水深、谱峰周期、孔隙率以及堤顶宽度5种因素对透水潜堤消波特性的影响。与此同时，本文将透水潜堤的计算结果同不透水潜堤的计算结果进行了对比分析。计算结果表明：透水潜堤对聚焦波的消减作用要强于不透水潜堤，从而说明，透水潜堤能更有效地降低畸形波对海岸基础设施的影响；波高和堤顶水深是影响潜堤消波特性的重要因素，随入射波高增加、堤顶水深减小，透水潜堤对波浪的消减作用逐渐增强。透水潜堤对长周期波浪的消波效果较差。在本文考虑的孔隙率范围内，孔隙率越大，透水潜堤消波效果越好；当孔隙率为0.4，堤顶宽度为0.612 5 m时，透水潜堤可消减54%的入射波能，比不透水潜堤对入射波能的消减增加36.1%。本文研究结果可为进一步认识透水潜堤的消波特性和海岸防护工程设计提供相应的参考。
基于非静压数值计算模型，本文系统研究了聚焦波作用下透水潜堤的消波特性，通过设置合理的计算工况，详细分析了波高、堤顶水深、谱峰周期、孔隙率以及堤顶宽度5种因素对透水潜堤消波特性的影响。与此同时，本文将透水潜堤的计算结果同不透水潜堤的计算结果进行了对比分析。计算结果表明：透水潜堤对聚焦波的消减作用要强于不透水潜堤，从而说明，透水潜堤能更有效地降低畸形波对海岸基础设施的影响；波高和堤顶水深是影响潜堤消波特性的重要因素，随入射波高增加、堤顶水深减小，透水潜堤对波浪的消减作用逐渐增强。透水潜堤对长周期波浪的消波效果较差。在本文考虑的孔隙率范围内，孔隙率越大，透水潜堤消波效果越好；当孔隙率为0.4，堤顶宽度为0.612 5 m时，透水潜堤可消减54%的入射波能，比不透水潜堤对入射波能的消减增加36.1%。本文研究结果可为进一步认识透水潜堤的消波特性和海岸防护工程设计提供相应的参考。
2022, 44(11): 133-143.
doi: 10.12284/hyxb2022131
摘要:
国内外对海上阵风的研究并不多，且大多集中在阵风预报和应用研究方面，对于海洋阵风数据的获取技术未见文献系统论述。本文利用HY-2B卫星雷达高度计观测的后向散射系数，结合校正微波辐射计观测的亮度温度信息，提出联合反演阵风风速的方法。两个遥感载荷联合反演得到的阵风风速与2019–2021年美国国家浮标数据中心（NDBC）浮标数据进行真实性检验，结果显示：阵风风速均方根误差（RMSE）为0.98 m/s，相关系数为0.82；基于本方法利用国外同类卫星Jason-3得到的阵风风速与2016–2018年NDBC浮标数据的RMSE为0.96 m/s，相关系数为0.88。本文在HY-2B卫星雷达高度计海面风速观测的基础上，纳入同一卫星平台校正微波辐射计的同步观测信息联合实现了海面阵风的观测，数据的比对结果证明文中方法具有较高的观测精度。同时，该方法对于具有相同观测体制的国内外卫星也适用。
国内外对海上阵风的研究并不多，且大多集中在阵风预报和应用研究方面，对于海洋阵风数据的获取技术未见文献系统论述。本文利用HY-2B卫星雷达高度计观测的后向散射系数，结合校正微波辐射计观测的亮度温度信息，提出联合反演阵风风速的方法。两个遥感载荷联合反演得到的阵风风速与2019–2021年美国国家浮标数据中心（NDBC）浮标数据进行真实性检验，结果显示：阵风风速均方根误差（RMSE）为0.98 m/s，相关系数为0.82；基于本方法利用国外同类卫星Jason-3得到的阵风风速与2016–2018年NDBC浮标数据的RMSE为0.96 m/s，相关系数为0.88。本文在HY-2B卫星雷达高度计海面风速观测的基础上，纳入同一卫星平台校正微波辐射计的同步观测信息联合实现了海面阵风的观测，数据的比对结果证明文中方法具有较高的观测精度。同时，该方法对于具有相同观测体制的国内外卫星也适用。
2022, 44(11): 144-158.
doi: 10.12284/hyxb2022137
摘要:
基于多源资料进行海面风场的同化融合或插值融合，目前受到计算能力的较大制约。本文提出在多源卫星数据和ERA-5再分析数据重叠区域，训练基于XGBoost的机器学习ERA-5数据修正融合模型。然后基于该模型快速修正ERA-5数据（机器学习推理）。由于机器学习推理的快速性，ERA-5全区域修正融合的时间仅需2 s左右，可以较小计算代价构建整个海面融合风场。本文以10 m风速、10 m风向、U10分量和V10分量等典型风场变量展开，考虑了海陆分布差异使用陆地掩膜消除陆地区域，分别构建D_S_A_XGBoost、D_S_O_XGBoost、U_V_A_XGBoost、U_V_O_XGBoost 4个ERA-5修正模型，并最终生成海面融合风场。通过修正前后的ERA-5再分析数据与卫星数据进行比较，上述4个模型均减小了ERA-5再分析数据与卫星数据的差距。特别是在风速方面，不论是均方根误差（RMSE）还是绝对误差（MAE）都得到有效降低。在风向方面上，RMSEd以及MAEd也呈现降低趋势。在利用热带大气海洋观测计划（Tropical Atmosphere Ocean Array，TAO）浮标数据对4种XGBoost模型进行评价发现，U_V_O_XGBoost模型对于ERA-5数据的修正结果最好，其相关性达到0.893，提高了约0.011，结果表明本文在保证风场精度的情况下较大地提高了融合速度。
基于多源资料进行海面风场的同化融合或插值融合，目前受到计算能力的较大制约。本文提出在多源卫星数据和ERA-5再分析数据重叠区域，训练基于XGBoost的机器学习ERA-5数据修正融合模型。然后基于该模型快速修正ERA-5数据（机器学习推理）。由于机器学习推理的快速性，ERA-5全区域修正融合的时间仅需2 s左右，可以较小计算代价构建整个海面融合风场。本文以10 m风速、10 m风向、U10分量和V10分量等典型风场变量展开，考虑了海陆分布差异使用陆地掩膜消除陆地区域，分别构建D_S_A_XGBoost、D_S_O_XGBoost、U_V_A_XGBoost、U_V_O_XGBoost 4个ERA-5修正模型，并最终生成海面融合风场。通过修正前后的ERA-5再分析数据与卫星数据进行比较，上述4个模型均减小了ERA-5再分析数据与卫星数据的差距。特别是在风速方面，不论是均方根误差（RMSE）还是绝对误差（MAE）都得到有效降低。在风向方面上，RMSEd以及MAEd也呈现降低趋势。在利用热带大气海洋观测计划（Tropical Atmosphere Ocean Array，TAO）浮标数据对4种XGBoost模型进行评价发现，U_V_O_XGBoost模型对于ERA-5数据的修正结果最好，其相关性达到0.893，提高了约0.011，结果表明本文在保证风场精度的情况下较大地提高了融合速度。
2022, 44(11): 159-169.
doi: 10.12284/hyxb2022033
摘要:
基于多光谱影像的水深反演方法是获取近岸水深信息的高效手段，然而反演精度低一直是制约其广泛应用的瓶颈。本文聚焦于实测水深与多光谱数据自身的空间自相关特性，提出在机器学习框架下将学习样本的空间自相关特征与统计互相关特征相结合，以提高水深反演精度。西沙北岛海域的实验结果表明：在实测数据量较小的情况下，相比传统机器学习，顾及自相关特征的新方法可获得18%的精度提升；而当实测数据量充足时，精度提升可达到27%。结果表明，将数据源的空间自相关特征融入机器学习算法中，可显著提升多光谱水深反演结果的精确性，进而为浅海海洋研究提供有效数据支撑。
基于多光谱影像的水深反演方法是获取近岸水深信息的高效手段，然而反演精度低一直是制约其广泛应用的瓶颈。本文聚焦于实测水深与多光谱数据自身的空间自相关特性，提出在机器学习框架下将学习样本的空间自相关特征与统计互相关特征相结合，以提高水深反演精度。西沙北岛海域的实验结果表明：在实测数据量较小的情况下，相比传统机器学习，顾及自相关特征的新方法可获得18%的精度提升；而当实测数据量充足时，精度提升可达到27%。结果表明，将数据源的空间自相关特征融入机器学习算法中，可显著提升多光谱水深反演结果的精确性，进而为浅海海洋研究提供有效数据支撑。
2022, 44(11): 170-178.
doi: 10.12284/hyxb2022139
摘要:
全球导航卫星系统反射（Global Navigation Satellite System-Reflectometry，GNSS-R）技术是一种新兴的监测海平面高度变化的技术。本文依据GNSS-R技术中的信噪比分析法的原理，通过分析其分离趋势项和提取振荡频率的过程，建立了新的估测模型以提高反演精度。针对传统模型存在的信号分离不佳的问题，本文提出使用变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）算法替换传统的最小二乘拟合法（Least Squares Fitting, LSF）进行趋势项分量的分离。在此基础上，本文引入基于凯塞窗函数改进的LSP（Lomb-Scargle Periodogram）频谱分析法（记为WinLSP）来减弱因频谱泄露带来的反演误差。在瑞典翁萨拉的GTGU站和美国阿拉斯加州的SC02站开展的海平面高度反演实验结果表明，本文建立的估测模型相比于传统模型具有更高的反演精度。基于VMD+WinLSP估测模型得到的GTGU站反演结果的均方根误差（RMSE）、相关系数和反演点数分别为4.70 cm、0.98和5 647。与传统的LSF+LSP估测模型相比，反演精度和GNSS数据利用率分别提高了约29.7%和15.0%。SC02站的RMSE、相关系数和反演点数分别为14.34 cm、0.99和1 785，反演精度和GNSS数据利用率分别提高了约12.3%和9.4%。
全球导航卫星系统反射（Global Navigation Satellite System-Reflectometry，GNSS-R）技术是一种新兴的监测海平面高度变化的技术。本文依据GNSS-R技术中的信噪比分析法的原理，通过分析其分离趋势项和提取振荡频率的过程，建立了新的估测模型以提高反演精度。针对传统模型存在的信号分离不佳的问题，本文提出使用变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）算法替换传统的最小二乘拟合法（Least Squares Fitting, LSF）进行趋势项分量的分离。在此基础上，本文引入基于凯塞窗函数改进的LSP（Lomb-Scargle Periodogram）频谱分析法（记为WinLSP）来减弱因频谱泄露带来的反演误差。在瑞典翁萨拉的GTGU站和美国阿拉斯加州的SC02站开展的海平面高度反演实验结果表明，本文建立的估测模型相比于传统模型具有更高的反演精度。基于VMD+WinLSP估测模型得到的GTGU站反演结果的均方根误差（RMSE）、相关系数和反演点数分别为4.70 cm、0.98和5 647。与传统的LSF+LSP估测模型相比，反演精度和GNSS数据利用率分别提高了约29.7%和15.0%。SC02站的RMSE、相关系数和反演点数分别为14.34 cm、0.99和1 785，反演精度和GNSS数据利用率分别提高了约12.3%和9.4%。
2022, 44(11): 179-190.
doi: 10.12284/hyxb2022129
摘要:
全球气候变暖引起的热压力增大是南海诸岛珊瑚礁面临的最主要威胁，基于热压力对珊瑚礁白化的评估有利于对其保护和管理。周热度（Degree Heating Week , DHW）可以衡量热压力的强度和持续时间，代表过去连续12周珊瑚礁区海表温度（SST）正异常的累积。本文基于美国国家海洋和大气管理珊瑚礁监测计划（National Oceanic and Atmospheric Administration-Coral Reef Watch, NOAA-CRW）海表温度数据集，逐像元对35个年最大周热度数值进行K-means聚类分析，将南海诸岛珊瑚礁区分为6个区域：南沙–1、南沙–2、南沙–3、东沙、西沙和中沙珊瑚礁区。分析南海诸岛珊瑚礁区1985–2019年热压力时空变化及其与El Niño的相关关系。结果表明：（1）南海诸岛珊瑚礁区最大DHW为0～12.9℃−周，纬度上由高到低呈现减小变化规律。（2）线性拟合法分析1985–2019年的年最大DHW，显示南海诸岛珊瑚礁区热压力强度呈现上升趋势，为0.013～0.174℃−周/a，南海诸岛珊瑚礁区最大DHW出现在1998年、2010年、2014年。（3）年最大DHW可能造成93.9%的珊瑚礁发生超过一次白化的风险，19.6%的珊瑚礁发生超过一次死亡的风险。（4）南海诸岛珊瑚礁区的月均DHW和ONI交叉小波分析显示两者存在多时段8～32个月共振周期的时频特征和时滞相关性，证实南海诸岛珊瑚礁热压力随着厄尔尼诺事件发生而显著增大；时滞相关分析表明，ONI与南海诸岛珊瑚礁区热压力呈正相关关系，后者滞后于前者7～9个月的时间。
全球气候变暖引起的热压力增大是南海诸岛珊瑚礁面临的最主要威胁，基于热压力对珊瑚礁白化的评估有利于对其保护和管理。周热度（Degree Heating Week , DHW）可以衡量热压力的强度和持续时间，代表过去连续12周珊瑚礁区海表温度（SST）正异常的累积。本文基于美国国家海洋和大气管理珊瑚礁监测计划（National Oceanic and Atmospheric Administration-Coral Reef Watch, NOAA-CRW）海表温度数据集，逐像元对35个年最大周热度数值进行K-means聚类分析，将南海诸岛珊瑚礁区分为6个区域：南沙–1、南沙–2、南沙–3、东沙、西沙和中沙珊瑚礁区。分析南海诸岛珊瑚礁区1985–2019年热压力时空变化及其与El Niño的相关关系。结果表明：（1）南海诸岛珊瑚礁区最大DHW为0～12.9℃−周，纬度上由高到低呈现减小变化规律。（2）线性拟合法分析1985–2019年的年最大DHW，显示南海诸岛珊瑚礁区热压力强度呈现上升趋势，为0.013～0.174℃−周/a，南海诸岛珊瑚礁区最大DHW出现在1998年、2010年、2014年。（3）年最大DHW可能造成93.9%的珊瑚礁发生超过一次白化的风险，19.6%的珊瑚礁发生超过一次死亡的风险。（4）南海诸岛珊瑚礁区的月均DHW和ONI交叉小波分析显示两者存在多时段8～32个月共振周期的时频特征和时滞相关性，证实南海诸岛珊瑚礁热压力随着厄尔尼诺事件发生而显著增大；时滞相关分析表明，ONI与南海诸岛珊瑚礁区热压力呈正相关关系，后者滞后于前者7～9个月的时间。
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