2025年 第47卷 第10期
2025, 47(10): 1-11.
doi: 10.12284/hyxb20250103
摘要:
热带印太洋际交换是大洋热盐环流和全球气候系统的关键环节，是海洋和气候领域的研究热点。观测结果显示，洋际交换具有显著的垂向结构，其流速极大值发生在次表层而不是表层。现有研究对洋际交换垂向结构的维持及变异机制认识不足，也忽视了其对气候的影响。基于自主潜标观测，我们发现源于太平洋西边界流的次表层极大值特征能够进入南海和印尼海并在洋际交换过程中稳定存在，并提出洋际交换海域巨大的淡水和热量通量，以及赤道长波动力过程是洋际交换次表层极大值维持和变异的关键机制这一科学假设。基于上述发现和科学假设，本文梳理了洋际交换次表层极大值的研究现状和存在问题，规划了以观测事实为依据，结合数值模式和理论分析开展洋际交换次表层流速极大值及其气候效应研究的基本思路。研究成果对深入理解热带太平洋−印度洋跨洋盆相互作用和海气相互作用有重要意义，将为提升海洋和气候预测能力提供理论支撑。
热带印太洋际交换是大洋热盐环流和全球气候系统的关键环节，是海洋和气候领域的研究热点。观测结果显示，洋际交换具有显著的垂向结构，其流速极大值发生在次表层而不是表层。现有研究对洋际交换垂向结构的维持及变异机制认识不足，也忽视了其对气候的影响。基于自主潜标观测，我们发现源于太平洋西边界流的次表层极大值特征能够进入南海和印尼海并在洋际交换过程中稳定存在，并提出洋际交换海域巨大的淡水和热量通量，以及赤道长波动力过程是洋际交换次表层极大值维持和变异的关键机制这一科学假设。基于上述发现和科学假设，本文梳理了洋际交换次表层极大值的研究现状和存在问题，规划了以观测事实为依据，结合数值模式和理论分析开展洋际交换次表层流速极大值及其气候效应研究的基本思路。研究成果对深入理解热带太平洋−印度洋跨洋盆相互作用和海气相互作用有重要意义，将为提升海洋和气候预测能力提供理论支撑。
2025, 47(10): 12-24.
doi: 10.12284/hyxb2025091
摘要:
本文将定常垂向剪切流和正压半日潮流的叠加作为背景流，给出了在此背景流下无海底地形起伏的海洋内波非静力控制方程组，建立了一个二维海洋内波数值模型，用以研究内波的生成、发展和演变特性以及不稳定内波的结构和性质。主要研究结果为：当给定一个初始小扰动时，仅有潮流作为背景流的条件下，扰动不会发展。背景流为正压半日潮流与定常垂向剪切流叠加时，扰动出现剪切不稳定，其能量呈增长趋势，扰动能量出现与潮流同周期的波状变化。内波生成后，呈现与潮流大小同步的顺、逆剪切流方向的平移，顺向平移远较逆向平移快，总体上沿顺向剪切流方向移动，表明潮流对内波发展有调制作用。该内波流函数扰动呈现由多个闭合正负环流圈构成的波包形态，环流中心出现在水体中部。密度扰动主体均出现在跃层附近，为跃层所俘获。因潮流与扰动的相互作用，会使单一频率的简谐波变成包含很多频率的波包，即为潮流的变频作用，其会明显降低内波剪切不稳定的增长率，该作用具有维稳特性。内波的群速度总趋势沿剪切流方向。不稳定内波的水平尺度基本与扰动初值无关。该内波的性质属非平衡的重力（惯性）波。
本文将定常垂向剪切流和正压半日潮流的叠加作为背景流，给出了在此背景流下无海底地形起伏的海洋内波非静力控制方程组，建立了一个二维海洋内波数值模型，用以研究内波的生成、发展和演变特性以及不稳定内波的结构和性质。主要研究结果为：当给定一个初始小扰动时，仅有潮流作为背景流的条件下，扰动不会发展。背景流为正压半日潮流与定常垂向剪切流叠加时，扰动出现剪切不稳定，其能量呈增长趋势，扰动能量出现与潮流同周期的波状变化。内波生成后，呈现与潮流大小同步的顺、逆剪切流方向的平移，顺向平移远较逆向平移快，总体上沿顺向剪切流方向移动，表明潮流对内波发展有调制作用。该内波流函数扰动呈现由多个闭合正负环流圈构成的波包形态，环流中心出现在水体中部。密度扰动主体均出现在跃层附近，为跃层所俘获。因潮流与扰动的相互作用，会使单一频率的简谐波变成包含很多频率的波包，即为潮流的变频作用，其会明显降低内波剪切不稳定的增长率，该作用具有维稳特性。内波的群速度总趋势沿剪切流方向。不稳定内波的水平尺度基本与扰动初值无关。该内波的性质属非平衡的重力（惯性）波。
2025, 47(10): 25-40.
doi: 10.12284/hyxb2025097
摘要:
理解区域海洋潮汐过程对保障海洋工程建设、降低海洋环境污染等具有重要意义。近年来，三门湾区域频繁开展围垦等海洋开发活动，一定程度改变了湾内水动力环境。本文基于三维非结构有限体积海洋模式FVCOM（Finite Volume Community Ocean Model），构建了三门湾及邻近海域数值模型，利用三门湾口门处3个站点的实测潮流数据以及两个站点的潮位数据验证了模型的可靠性。在此基础上，分析了当前三门湾及邻近海域的潮汐、潮流的分布特征和潮波的传播特征，并通过对比 2000 年与 2020 年岸线条件下的敏感性实验结果，量化分析了围垦引起的岸线变迁对湾内水动力环境的影响。结果表明，研究海域以正规半日潮为主，M2分潮振幅最大（1.5～2 m），S2次之，两者均呈现由东南向西北传播的特征。潮流方面，湾内以往复流为主，M2分潮潮流椭圆长半轴最大可达1 m/s；余流在地形复杂区域可高达0.4 m/s，湾内余流从东北岸向湾内流入，西南岸向湾外流出；潮能通量密度向湾口传播过程中逐渐衰减，在口门处减弱至约 20 kW/m。对比分析表明，随着岸线变迁，湾内涨潮优势增强，湾顶区域M2分潮振幅减小了0.2 m。湾口东北侧余流方向发生逆转，由向外流转为向内流，部分深水水道区域潮能通量密度相比减小了约40 kW/m。通过与实测资料对比，本研究所进行数值模拟结果与实测资料基本吻合，能够反映出近年来三门湾水动力状况，为研究典型近海海湾围垦对水环境动力的影响提供科学依据。
理解区域海洋潮汐过程对保障海洋工程建设、降低海洋环境污染等具有重要意义。近年来，三门湾区域频繁开展围垦等海洋开发活动，一定程度改变了湾内水动力环境。本文基于三维非结构有限体积海洋模式FVCOM（Finite Volume Community Ocean Model），构建了三门湾及邻近海域数值模型，利用三门湾口门处3个站点的实测潮流数据以及两个站点的潮位数据验证了模型的可靠性。在此基础上，分析了当前三门湾及邻近海域的潮汐、潮流的分布特征和潮波的传播特征，并通过对比 2000 年与 2020 年岸线条件下的敏感性实验结果，量化分析了围垦引起的岸线变迁对湾内水动力环境的影响。结果表明，研究海域以正规半日潮为主，M2分潮振幅最大（1.5～2 m），S2次之，两者均呈现由东南向西北传播的特征。潮流方面，湾内以往复流为主，M2分潮潮流椭圆长半轴最大可达1 m/s；余流在地形复杂区域可高达0.4 m/s，湾内余流从东北岸向湾内流入，西南岸向湾外流出；潮能通量密度向湾口传播过程中逐渐衰减，在口门处减弱至约 20 kW/m。对比分析表明，随着岸线变迁，湾内涨潮优势增强，湾顶区域M2分潮振幅减小了0.2 m。湾口东北侧余流方向发生逆转，由向外流转为向内流，部分深水水道区域潮能通量密度相比减小了约40 kW/m。通过与实测资料对比，本研究所进行数值模拟结果与实测资料基本吻合，能够反映出近年来三门湾水动力状况，为研究典型近海海湾围垦对水环境动力的影响提供科学依据。
2025, 47(10): 41-54.
doi: 10.12284/hyxb2025087
摘要:
在全球变暖的背景下，台风的活动强度呈增加趋势，其伴随的强降雨和强风会在短时间内改变近海动力环境，引发强烈的生态响应。本文基于非结构化有限体积海洋模型（FVCOM）构建三维水动力−水质耦合模型，研究了台风“利奇马”（编号：1909）对莱州湾余流、盐度和水质变化及营养盐输运的影响，并通过敏感性实验量化了台风期间河流输入和风场对水质的贡献。结果表明，台风过境时，黄河口以南形成一支强西南沿岸流，海湾余流整体呈现西入东出的格局。强降雨过程导致环湾河流径流量和溶解态无机氮（DIN）入海通量急剧增加，黄河口和湾西南岸河口附近表层盐度骤降，DIN质量浓度升高。表层盐度于台风过境后2 d降至最低值25.91，较台风前下降1.57；表层DIN质量浓度于台风过境后8 d升至最高值0.61 mg/L，是台风前的1.51倍。湾口断面通量的计算结果显示，台风期间莱州湾与渤海的DIN交换经历了强入流和强出流两个阶段，共有1.88 kt DIN从莱州湾向渤海输运。其中，河流输入和风场对水质的贡献分别为70.15%和−18.47%，即河流输入是引发海湾水质剧烈变化的关键因素，而台风风场使余流向陆偏转，不利于DIN向渤海输运。本研究强调了台风在调控海湾水质变化中起到的关键作用，为沿海区域的可持续发展和生态环境保护提供科学支持。
在全球变暖的背景下，台风的活动强度呈增加趋势，其伴随的强降雨和强风会在短时间内改变近海动力环境，引发强烈的生态响应。本文基于非结构化有限体积海洋模型（FVCOM）构建三维水动力−水质耦合模型，研究了台风“利奇马”（编号：1909）对莱州湾余流、盐度和水质变化及营养盐输运的影响，并通过敏感性实验量化了台风期间河流输入和风场对水质的贡献。结果表明，台风过境时，黄河口以南形成一支强西南沿岸流，海湾余流整体呈现西入东出的格局。强降雨过程导致环湾河流径流量和溶解态无机氮（DIN）入海通量急剧增加，黄河口和湾西南岸河口附近表层盐度骤降，DIN质量浓度升高。表层盐度于台风过境后2 d降至最低值25.91，较台风前下降1.57；表层DIN质量浓度于台风过境后8 d升至最高值0.61 mg/L，是台风前的1.51倍。湾口断面通量的计算结果显示，台风期间莱州湾与渤海的DIN交换经历了强入流和强出流两个阶段，共有1.88 kt DIN从莱州湾向渤海输运。其中，河流输入和风场对水质的贡献分别为70.15%和−18.47%，即河流输入是引发海湾水质剧烈变化的关键因素，而台风风场使余流向陆偏转，不利于DIN向渤海输运。本研究强调了台风在调控海湾水质变化中起到的关键作用，为沿海区域的可持续发展和生态环境保护提供科学支持。
2025, 47(10): 55-68.
doi: 10.12284/hyxb2025116
摘要:
透明胞外聚合颗粒物（Transparent Exopolymer Particles，TEP）是在海洋中广泛存在的一类特殊的胞外聚合物，具有透明、含碳量高、黏性强等特点，兼具胶体和颗粒物的特性，在海洋碳输运过程中起重要作用。本文系统梳理了海洋中TEP的生物地球化学特征及其对海洋碳输运的影响。海洋中的TEP呈不定型状态，尺寸差异极大，主要由浮游植物所释放的前体物质自组装生成，并通过生物代谢、海气交换及沉降等过程从海洋中移除，其丰度和分布受浮游植物和细菌等生物的活动、海水理化环境以及动力过程的共同驱动。近岸海域中TEP的浓度变化范围极广（0～14800 μg XG eq /L），通常随离岸距离的增加而降低且与生产力密切相关，因此呈现显著的季节变化；开阔大洋中TEP的浓度一般在0～200 μg XG eq /L，在上层水体中通常随深度的增加而降低，而在中深层水体分布较均匀。作为颗粒有机碳的重要组分，TEP占颗粒有机碳库的比例及其对颗粒有机碳沉降通量的贡献，在近海通常在40%以下，而在开阔大洋则高达50%以上。除了改变颗粒沉降速率影响碳垂直输送，TEP还能通过微表层的富集效应介导海气碳交换，但该过程的机理及对碳输运的贡献仍需进一步明确。未来研究应聚焦TEP定量检测方法、组成形态解析及其碳转换因子的优化，在此基础之上进一步阐释海洋中TEP的生物地球化学行为及其影响海洋碳输运的作用机制。
透明胞外聚合颗粒物（Transparent Exopolymer Particles，TEP）是在海洋中广泛存在的一类特殊的胞外聚合物，具有透明、含碳量高、黏性强等特点，兼具胶体和颗粒物的特性，在海洋碳输运过程中起重要作用。本文系统梳理了海洋中TEP的生物地球化学特征及其对海洋碳输运的影响。海洋中的TEP呈不定型状态，尺寸差异极大，主要由浮游植物所释放的前体物质自组装生成，并通过生物代谢、海气交换及沉降等过程从海洋中移除，其丰度和分布受浮游植物和细菌等生物的活动、海水理化环境以及动力过程的共同驱动。近岸海域中TEP的浓度变化范围极广（0～
2025, 47(10): 69-78.
doi: 10.12284/hyxb2025122
摘要:
水体中的悬浮颗粒物为微生物附着与活跃的生理代谢提供了重要载体，同时由于与水体之间存在有氧–缺氧界面，使得悬浮颗粒物成为水体反硝化作用的热点微区。本研究选取了胶州湾西北部大沽河口和南部湾口区域的两个研究站位，采集柱状沉积物和上覆水体，通过水体原位环境模拟培养和悬浮颗粒物浓度梯度模拟培养实验，测定反硝化脱氮速率及功能基因narG和nirS丰度的变化，以此探讨悬浮颗粒物对海湾沉积物上覆水体反硝化作用潜力的诱导与调控机制。结果表明：培养实验均观测到活跃的反硝化作用发生。在6组悬浮颗粒物浓度情形（分别为50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、300 mg/L和400 mg/L）模拟实验中，反硝化测定速率和功能基因narG与nirS丰度均随着悬浮物浓度的增加而增加，意味着悬浮颗粒物能为诱导并促进胶州湾水体微生物反硝化代谢的发生提供重要载体，并且附着在悬浮颗粒物上的反硝化细菌数量对悬浮颗粒物促进反硝化潜力起着主动作用。此外，对比两个站位发现，河口区模拟实验的反硝化速率显著高于湾口区，但功能基因丰度较湾口区低，通过分析指出该现象与悬浮物的组成及粒径大小密切相关，进一步揭示了悬浮颗粒物对调控海湾水体反硝化潜力的复杂机理。本研究的发现表明，悬浮颗粒物可拓展海湾生态系统反硝化发生的区域空间、释放反硝化代谢潜力，对缓解海湾水质富营养化程度、降低水体富营养化风险具有潜在重要的生态意义。
水体中的悬浮颗粒物为微生物附着与活跃的生理代谢提供了重要载体，同时由于与水体之间存在有氧–缺氧界面，使得悬浮颗粒物成为水体反硝化作用的热点微区。本研究选取了胶州湾西北部大沽河口和南部湾口区域的两个研究站位，采集柱状沉积物和上覆水体，通过水体原位环境模拟培养和悬浮颗粒物浓度梯度模拟培养实验，测定反硝化脱氮速率及功能基因narG和nirS丰度的变化，以此探讨悬浮颗粒物对海湾沉积物上覆水体反硝化作用潜力的诱导与调控机制。结果表明：培养实验均观测到活跃的反硝化作用发生。在6组悬浮颗粒物浓度情形（分别为50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、300 mg/L和400 mg/L）模拟实验中，反硝化测定速率和功能基因narG与nirS丰度均随着悬浮物浓度的增加而增加，意味着悬浮颗粒物能为诱导并促进胶州湾水体微生物反硝化代谢的发生提供重要载体，并且附着在悬浮颗粒物上的反硝化细菌数量对悬浮颗粒物促进反硝化潜力起着主动作用。此外，对比两个站位发现，河口区模拟实验的反硝化速率显著高于湾口区，但功能基因丰度较湾口区低，通过分析指出该现象与悬浮物的组成及粒径大小密切相关，进一步揭示了悬浮颗粒物对调控海湾水体反硝化潜力的复杂机理。本研究的发现表明，悬浮颗粒物可拓展海湾生态系统反硝化发生的区域空间、释放反硝化代谢潜力，对缓解海湾水质富营养化程度、降低水体富营养化风险具有潜在重要的生态意义。
2025, 47(10): 79-89.
doi: 10.12284/hyxb2025089
摘要:
针对提升海洋工程中波高极值推算精度的需求，本文系统对比分析了年极值法（AM）与超阈值法（POT）的适用性及其不确定性。基于杭州湾两站点的多年再分析波浪数据，分别构建年极值序列与超阈值样本，并采用广义极值分布（GEV）和广义Pareto分布（GPD）进行建模；其中，POT法通过最小化尾部误差准则优化阈值选择。进一步结合Delta法与Bootstrap法，量化了模型参数与重现期水平波高估计值的置信区间。结果表明，对于高重现期水平，POT法给出的波高估计值更高，置信区间更窄，更适用于对极端事件敏感的工程设计场景；在不确定性分析方面，Bootstrap法较Delta法更能全面反映模型不确定性。本研究为波高极值建模建立了更为稳健的分析框架与参数推算依据。
针对提升海洋工程中波高极值推算精度的需求，本文系统对比分析了年极值法（AM）与超阈值法（POT）的适用性及其不确定性。基于杭州湾两站点的多年再分析波浪数据，分别构建年极值序列与超阈值样本，并采用广义极值分布（GEV）和广义Pareto分布（GPD）进行建模；其中，POT法通过最小化尾部误差准则优化阈值选择。进一步结合Delta法与Bootstrap法，量化了模型参数与重现期水平波高估计值的置信区间。结果表明，对于高重现期水平，POT法给出的波高估计值更高，置信区间更窄，更适用于对极端事件敏感的工程设计场景；在不确定性分析方面，Bootstrap法较Delta法更能全面反映模型不确定性。本研究为波高极值建模建立了更为稳健的分析框架与参数推算依据。
2025, 47(10): 90-98.
doi: 10.12284/hyxb2025093
摘要:
为保障海洋动荷载（波浪、洋流、地震）长期作用下海底结构物的稳定性，需明确海床表层深海软黏土的流变特性。本研究以深海软黏土为对象，采用应变控制模式流变仪，开展不同盐温条件下的动态剪切试验，分析储能模量（G'）、损耗模量（G''）和交叉应变的变化规律，结合液塑限试验和自由沉降试验，揭示盐温条件对深海软黏土流变行为的影响机制。试验结果表明，随 NaCl 溶液浓度（CNaCl）升高与温度降低，深海软黏土的液限、塑限、沉降体积、G'、G''及交叉应变均呈增大趋势，该现象与黏土颗粒絮凝结构发育及双电层厚度减小直接相关；随剪切应变增加，深海软黏土呈现典型两步屈服特征： 第一屈服发生于模量首次下降阶段（对应絮凝网络破坏），第二屈服出现于模量二次下降阶段（对应剪切诱导形成的中空圆柱形结构破碎），两屈服阶段间的平台期由中空圆柱形结构的抗剪切作用所致。本研究成果可为超深海工程基础设计与稳定性评估提供理论依据。
为保障海洋动荷载（波浪、洋流、地震）长期作用下海底结构物的稳定性，需明确海床表层深海软黏土的流变特性。本研究以深海软黏土为对象，采用应变控制模式流变仪，开展不同盐温条件下的动态剪切试验，分析储能模量（G'）、损耗模量（G''）和交叉应变的变化规律，结合液塑限试验和自由沉降试验，揭示盐温条件对深海软黏土流变行为的影响机制。试验结果表明，随 NaCl 溶液浓度（CNaCl）升高与温度降低，深海软黏土的液限、塑限、沉降体积、G'、G''及交叉应变均呈增大趋势，该现象与黏土颗粒絮凝结构发育及双电层厚度减小直接相关；随剪切应变增加，深海软黏土呈现典型两步屈服特征： 第一屈服发生于模量首次下降阶段（对应絮凝网络破坏），第二屈服出现于模量二次下降阶段（对应剪切诱导形成的中空圆柱形结构破碎），两屈服阶段间的平台期由中空圆柱形结构的抗剪切作用所致。本研究成果可为超深海工程基础设计与稳定性评估提供理论依据。
2025, 47(10): 99-110.
doi: 10.12284/hyxb2025085
摘要:
中尺度涡作为海洋中的一种重要现象，显著影响着其所在区域的水体分布和物质输送。获取中尺度涡的三维分布情况对海洋资源开发、海洋运输和军事领域具有重要意义。然而，现有的中尺度涡智能识别模型通常依赖于海面高度、海表温度等海面数据，仅用于对海洋表面的中尺度涡进行识别。本文提出了一种基于流场、温度和盐度多源数据的多尺度特征自适应融合模型。在编码器阶段，模型利用多分支结构对多源数据独立地提取特征；在解码器阶段，利用注意力机制对各分支的多层特征进行加权自适应融合；训练过程中采用分类概率梯度损失与Dice系数损失相结合的混合损失函数，提高了模型的识别准确率。利用南海区域的数据进行实验验证，模型的全局准确率达到了98.49%，平均Dice系数为0.8777 ，加权Dice系数为0.8225 ，表明模型在识别海洋表层和不同水深中尺度涡分布的有效性及高准确性。
中尺度涡作为海洋中的一种重要现象，显著影响着其所在区域的水体分布和物质输送。获取中尺度涡的三维分布情况对海洋资源开发、海洋运输和军事领域具有重要意义。然而，现有的中尺度涡智能识别模型通常依赖于海面高度、海表温度等海面数据，仅用于对海洋表面的中尺度涡进行识别。本文提出了一种基于流场、温度和盐度多源数据的多尺度特征自适应融合模型。在编码器阶段，模型利用多分支结构对多源数据独立地提取特征；在解码器阶段，利用注意力机制对各分支的多层特征进行加权自适应融合；训练过程中采用分类概率梯度损失与Dice系数损失相结合的混合损失函数，提高了模型的识别准确率。利用南海区域的数据进行实验验证，模型的全局准确率达到了98.49%，平均Dice系数为
2025, 47(10): 111-125.
doi: 10.12284/hyxb2025095
摘要:
针对融冰期北极海冰密集度预测精度不高的问题，本文构建了一种基于改进的SA-Conv-LSTM模型进行北极海冰密集度预测的方法，用于实现未来1年内月均海冰密集度数据的二维时空预测。该方法以SA-ConvLSTM模型为核心单元，通过引入Seq2Seq预测结构和类VGG16编解码器结构，有针对性地解决时间序列输出步长选择过程不确定的问题，并设置一种组合损失函数来优化训练过程，以进一步提升海冰密集度分布的时空预测精度。以北冰洋为实验区，基于美国国家冰雪数据中心（NSIDC）与国家海洋和大气管理局（NOAA）联合发布的海冰密集度气候月均数据，预测了2023年北极海冰密集度的时空分布，并与真实数据进行了对比分析。结果表明：与传统LSTM、ConvLSTM以及未改进的SA-ConvLSTM模型相比，本文改进模型在各项指标上均表现出较大优势，其中：均方根误差分别下降13.18%、36.10%和22.58%；相关系数分别提高1.90%、5.97%和3.31%；结构相似性指数分别增加5.38%、15.00%和10.30%；海冰面积偏差分别降低了83.46%、76.53%和60.30%。此外，通过对2012年与2020年极端融冰年份的预测结果分析，进一步验证了该模型在异常气候条件下的稳定性与鲁棒性，显示出良好的适应性与实际应用潜力。本文时空预测模型在融冰期能够更准确地预测海冰的空间分布，能捕捉复杂的时空变化信息及细节。
针对融冰期北极海冰密集度预测精度不高的问题，本文构建了一种基于改进的SA-Conv-LSTM模型进行北极海冰密集度预测的方法，用于实现未来1年内月均海冰密集度数据的二维时空预测。该方法以SA-ConvLSTM模型为核心单元，通过引入Seq2Seq预测结构和类VGG16编解码器结构，有针对性地解决时间序列输出步长选择过程不确定的问题，并设置一种组合损失函数来优化训练过程，以进一步提升海冰密集度分布的时空预测精度。以北冰洋为实验区，基于美国国家冰雪数据中心（NSIDC）与国家海洋和大气管理局（NOAA）联合发布的海冰密集度气候月均数据，预测了2023年北极海冰密集度的时空分布，并与真实数据进行了对比分析。结果表明：与传统LSTM、ConvLSTM以及未改进的SA-ConvLSTM模型相比，本文改进模型在各项指标上均表现出较大优势，其中：均方根误差分别下降13.18%、36.10%和22.58%；相关系数分别提高1.90%、5.97%和3.31%；结构相似性指数分别增加5.38%、15.00%和10.30%；海冰面积偏差分别降低了83.46%、76.53%和60.30%。此外，通过对2012年与2020年极端融冰年份的预测结果分析，进一步验证了该模型在异常气候条件下的稳定性与鲁棒性，显示出良好的适应性与实际应用潜力。本文时空预测模型在融冰期能够更准确地预测海冰的空间分布，能捕捉复杂的时空变化信息及细节。
2025, 47(10): 126-136.
doi: 10.12284/hyxb20250101
摘要:
马登–朱利安振荡（Madden-Julian Oscillation，MJO）作为热带季节内变率的主要模态，其准确预测对于提升次季节预测能力至关重要。然而，MJO具有多尺度演变特征和高度非线性动力过程，现有预测方法在捕捉其复杂时空结构方面仍存在不足。为此，本文提出了一种融合多模态数据与时空特征的MJO预测模型（Multimodal data and Integrated Spatiotemporal features for MJO prediction，MISM）。该模型以历史实时多变量MJO指数（Real-time Multivariate MJO index，RMM）和多个气象因子作为联合输入，通过压缩激励模块、卷积模块和Swin Transformer模块构建空间特征提取模块，并引入自回归注意力机制实现非线性时间序列建模。实验结果表明，MISM模型的预测技巧可延伸至30 d以上，并在25 d以上的长期预测阶段表现优于传统的动力学和统计学方法。此外，本文利用显著性图对气象因子贡献区域进行分析，结果显示西太平洋及印尼群岛在不同提前期均呈现较高敏感性，海洋区域贡献普遍强于陆地。水汽和海温异常在短期与中期作用更突出，而低层风场和对流活动在长期阶段贡献较强，高层环流则在各时效保持稳定影响，体现了模型对MJO演变机制的识别能力。
马登–朱利安振荡（Madden-Julian Oscillation，MJO）作为热带季节内变率的主要模态，其准确预测对于提升次季节预测能力至关重要。然而，MJO具有多尺度演变特征和高度非线性动力过程，现有预测方法在捕捉其复杂时空结构方面仍存在不足。为此，本文提出了一种融合多模态数据与时空特征的MJO预测模型（Multimodal data and Integrated Spatiotemporal features for MJO prediction，MISM）。该模型以历史实时多变量MJO指数（Real-time Multivariate MJO index，RMM）和多个气象因子作为联合输入，通过压缩激励模块、卷积模块和Swin Transformer模块构建空间特征提取模块，并引入自回归注意力机制实现非线性时间序列建模。实验结果表明，MISM模型的预测技巧可延伸至30 d以上，并在25 d以上的长期预测阶段表现优于传统的动力学和统计学方法。此外，本文利用显著性图对气象因子贡献区域进行分析，结果显示西太平洋及印尼群岛在不同提前期均呈现较高敏感性，海洋区域贡献普遍强于陆地。水汽和海温异常在短期与中期作用更突出，而低层风场和对流活动在长期阶段贡献较强，高层环流则在各时效保持稳定影响，体现了模型对MJO演变机制的识别能力。
2025, 47(10): 137-145.
doi: 10.12284/hyxb2025099
摘要:
浅水区域的地形测量数据能够为海洋资源开发、水资源调查管理等提供基础的数据支撑，一直是海洋测绘等领域的研究热点。机载LiDAR测深（Airborne LiDAR Bathymetry，ALB）是一种高精度、高效率、机动性强的一种测量技术，特别适用于浅水区域的地形测量。针对机载激光最大测深估算依赖传统现场采样法（如赛齐盘透明度测量）效率低、成本高的问题，论文提出一种联合卫星遥感水色数据产品与波形建模的无现场采样最大测深估算方法。通过获取NASA Ocean Color的Kd(490)产品反演得到532 nm波段漫衰减系数，结合激光测深回波信号的物理模型，得到水面、水体、水底以及噪声的回波叠加波形，并利用峰值探测算法实现最大测深自动化判定。以山东省青岛市胶州湾与青海省德令哈市托素湖为实验区域，实验结果表明利用所提方法估算的最大测深估算偏差均不超过0.4 m，相对误差保持在5%以内，验证了方法的有效性。本文所提方法无需现场采样，相较于传统方法以卫星遥感水色数据产品代替现场透明度测量，不仅显著降低了机载LiDAR测深外业测量成本，还能够为浅水区测绘与水资源调查提供高效的技术支撑。
浅水区域的地形测量数据能够为海洋资源开发、水资源调查管理等提供基础的数据支撑，一直是海洋测绘等领域的研究热点。机载LiDAR测深（Airborne LiDAR Bathymetry，ALB）是一种高精度、高效率、机动性强的一种测量技术，特别适用于浅水区域的地形测量。针对机载激光最大测深估算依赖传统现场采样法（如赛齐盘透明度测量）效率低、成本高的问题，论文提出一种联合卫星遥感水色数据产品与波形建模的无现场采样最大测深估算方法。通过获取NASA Ocean Color的Kd(490)产品反演得到532 nm波段漫衰减系数，结合激光测深回波信号的物理模型，得到水面、水体、水底以及噪声的回波叠加波形，并利用峰值探测算法实现最大测深自动化判定。以山东省青岛市胶州湾与青海省德令哈市托素湖为实验区域，实验结果表明利用所提方法估算的最大测深估算偏差均不超过0.4 m，相对误差保持在5%以内，验证了方法的有效性。本文所提方法无需现场采样，相较于传统方法以卫星遥感水色数据产品代替现场透明度测量，不仅显著降低了机载LiDAR测深外业测量成本，还能够为浅水区测绘与水资源调查提供高效的技术支撑。
2025, 47(10): 146-154.
doi: 10.12284/hyxb2025083
摘要:
海洋浮标观测是海洋研究数据的重要获取手段，但受传感器本身基线漂移、海洋生物附着和海水腐蚀等多种因素的影响，浮标观测的直接观测数据必须进行严格的偏差校正，以确保其数据的可靠性。当前针对物理海洋参数浮标数据的质控方案已有较多研究和报道，然而对于更加复杂多变的化学参数尚无完善可行的在浮标传感器端的质控方案。为此，本研究基于对实验室溶解氧、叶绿素、pH值和CO2分压参数为期90 d的传感器监测数据的变化分析，发现监测参数的漂移偏差与电导率、传感器读数电压等基础参数呈现较强的相关性，同时也不同程度地与生物因素相关。在此基础上，建立了基于机器学习拟合漂移偏差与传感器基础参数间非线性关系的漂移偏差校正方法，使浮标传感器化学参数监测数据有效化。应用该方法对不同参数的观测数据进行校正，可有效减小漂移数据与真实值间的偏差，为实现海洋化学参数浮标观测数据的长期、稳定、高质量获取提供了一种新的质控思路。
海洋浮标观测是海洋研究数据的重要获取手段，但受传感器本身基线漂移、海洋生物附着和海水腐蚀等多种因素的影响，浮标观测的直接观测数据必须进行严格的偏差校正，以确保其数据的可靠性。当前针对物理海洋参数浮标数据的质控方案已有较多研究和报道，然而对于更加复杂多变的化学参数尚无完善可行的在浮标传感器端的质控方案。为此，本研究基于对实验室溶解氧、叶绿素、pH值和CO2分压参数为期90 d的传感器监测数据的变化分析，发现监测参数的漂移偏差与电导率、传感器读数电压等基础参数呈现较强的相关性，同时也不同程度地与生物因素相关。在此基础上，建立了基于机器学习拟合漂移偏差与传感器基础参数间非线性关系的漂移偏差校正方法，使浮标传感器化学参数监测数据有效化。应用该方法对不同参数的观测数据进行校正，可有效减小漂移数据与真实值间的偏差，为实现海洋化学参数浮标观测数据的长期、稳定、高质量获取提供了一种新的质控思路。
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