当期目录
2025, 47(12): 1-9.
doi: 10.12284/hyxb20250125
摘要:
本文主要围绕海洋技术的理论体系建构方面，开展研究与讨论。在分析海洋技术特征的基础上，进一步明确海洋技术的定义，进行了海洋技术的分类，分成海洋基础技术、海洋使能技术和海洋应用技术。并在海洋技术的一些重要方面，进一步开展了深入的讨论。
本文主要围绕海洋技术的理论体系建构方面，开展研究与讨论。在分析海洋技术特征的基础上，进一步明确海洋技术的定义，进行了海洋技术的分类，分成海洋基础技术、海洋使能技术和海洋应用技术。并在海洋技术的一些重要方面，进一步开展了深入的讨论。
2025, 47(12): 103-113.
doi: 10.12284/hyxb20250115
摘要:
本文基于Sentinel-2光学遥感影像，提出一种U-Net架构下多维度注意力赋能的海冰分割算法，该算法在经典U-Net的基础上，创新性地在编码路径末端引入时间感知多头注意力模块，通过可学习的空间位置编码增强空间感知，并以时间编码（年份采用最小−最大归一化处理，月、日通过正弦余弦函数编码）为查询向量，对深层图像特征进行全局时间关联推理，并在解码路径中嵌入轻量化三重注意力模块，即通道−空间−时间，计算三者权重，以逐像素乘积形式融合特征信息，有效增强关键特征，聚焦细节。为验证本文算法的准确性和有效性，选取经典VIT、DeepLabV3+、U-Net模型为对照方法，并进行消融试验。试验结果表明，本文算法在OA、Kappa系数、Mean IoU系数指标上最优，分别为92.11%、0.846和0.574。两个注意力模块的联合作用使得模型在避免全局偏差的同时提升局部分类置信度，特别是将30%～50%冰密集度与固定冰的分类正确率分别提升了48.8%与31.95%。
本文基于Sentinel-2光学遥感影像，提出一种U-Net架构下多维度注意力赋能的海冰分割算法，该算法在经典U-Net的基础上，创新性地在编码路径末端引入时间感知多头注意力模块，通过可学习的空间位置编码增强空间感知，并以时间编码（年份采用最小−最大归一化处理，月、日通过正弦余弦函数编码）为查询向量，对深层图像特征进行全局时间关联推理，并在解码路径中嵌入轻量化三重注意力模块，即通道−空间−时间，计算三者权重，以逐像素乘积形式融合特征信息，有效增强关键特征，聚焦细节。为验证本文算法的准确性和有效性，选取经典VIT、DeepLabV3+、U-Net模型为对照方法，并进行消融试验。试验结果表明，本文算法在OA、Kappa系数、Mean IoU系数指标上最优，分别为92.11%、0.846和0.574。两个注意力模块的联合作用使得模型在避免全局偏差的同时提升局部分类置信度，特别是将30%～50%冰密集度与固定冰的分类正确率分别提升了48.8%与31.95%。
2025, 47(12): 114-125.
doi: 10.12284/hyxb20250131
摘要:
圆碟形潜水器具备零转弯直径、精准着陆和良好的悬停能力，对提高海底观测系统效率意义重大。然而，关于圆碟形潜水器水动力性能的研究并不多。本研究提出将平面运动机构（PMM）数值模拟实验与Routh判据相结合的创新方法，用于判断圆碟形潜水器的运动稳定性。一方面，推导了潜水器运动控制方程和运动稳定性判断标准，另一方面，建立了数值模拟模型并设计了PMM数值模拟来计算水动力系数。研究首次以圆碟形潜水器为例，结合Routh准则，对比分析了HG1和HG3两种船体的水动力性能，得到HG1和HG3水平运动及垂直运动的稳定系数，结果表明HG3在运动稳定性方面表现更优。此结论在缩尺模型水池实验中也得到了验证。该数值研究方法可扩展用于各类作业型潜水器的运动稳定性研究，避免实际实验高昂的成本，进一步提升潜水器在海洋工程中的作业性能。
圆碟形潜水器具备零转弯直径、精准着陆和良好的悬停能力，对提高海底观测系统效率意义重大。然而，关于圆碟形潜水器水动力性能的研究并不多。本研究提出将平面运动机构（PMM）数值模拟实验与Routh判据相结合的创新方法，用于判断圆碟形潜水器的运动稳定性。一方面，推导了潜水器运动控制方程和运动稳定性判断标准，另一方面，建立了数值模拟模型并设计了PMM数值模拟来计算水动力系数。研究首次以圆碟形潜水器为例，结合Routh准则，对比分析了HG1和HG3两种船体的水动力性能，得到HG1和HG3水平运动及垂直运动的稳定系数，结果表明HG3在运动稳定性方面表现更优。此结论在缩尺模型水池实验中也得到了验证。该数值研究方法可扩展用于各类作业型潜水器的运动稳定性研究，避免实际实验高昂的成本，进一步提升潜水器在海洋工程中的作业性能。
2025, 47(12): 10-24.
doi: 10.12284/hyxb20250109
摘要:
本文基于OFES（Ocean general circulation model For the Earth Simulator）模式0.1° × 0.1°高分辨率温盐和三维流场数据，分析Omega方程在南海垂向流速诊断中的适用性和南海垂向流速的时空变化特征。结果表明，Omega方程诊断垂向流速wOmega与OFES模式垂向流速wOFEES在南海海盆大部分区域量级相当，约为 O （10−5 m/s），南海北部陆架区则小一个量级。wOmega和wOFEES的空间相关系数rs在台湾西南部（R1区）和越南以东（R2区）较大，在菲律宾西（R3区）、南海南部（R4区）以及海南岛东北部（R5区）较小。季节变化上，R1、R2和R4区rs冬季大、夏季小，R3和R5区rs无明显季节特征。R1和R2区是Omega方程的适用区，其wOmega与wOFEES的时间相关系数rt较大。各区域中形变项（\begin{document}$ {S}_{{\mathrm{DEF}}} $\end{document} ![]()
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本文基于OFES（Ocean general circulation model For the Earth Simulator）模式0.1° × 0.1°高分辨率温盐和三维流场数据，分析Omega方程在南海垂向流速诊断中的适用性和南海垂向流速的时空变化特征。结果表明，Omega方程诊断垂向流速wOmega与OFES模式垂向流速wOFEES在南海海盆大部分区域量级相当，约为 O （10−5 m/s），南海北部陆架区则小一个量级。wOmega和wOFEES的空间相关系数rs在台湾西南部（R1区）和越南以东（R2区）较大，在菲律宾西（R3区）、南海南部（R4区）以及海南岛东北部（R5区）较小。季节变化上，R1、R2和R4区rs冬季大、夏季小，R3和R5区rs无明显季节特征。R1和R2区是Omega方程的适用区，其wOmega与wOFEES的时间相关系数rt较大。各区域中形变项（
2025, 47(12): 25-34.
doi: 10.12284/hyxb20250133
摘要:
本文基于2020年秋季长江口南槽实测高频湍流和盐度剖面数据，通过定量分析水体盐度层化对湍流垂向黏滞系数、拖曳系数和垂向流速能谱的影响，探讨盐度层化对水体湍流的影响。研究结果表明：观测站点总体上呈现涨潮流期逐渐层化、落潮流期逐渐混合的周期性层化特征。盐度层化显著抑制底层湍流强度，导致底层拖曳系数和垂向黏滞系数降低，且随着距底床高度增加，层化引起的湍流参数的减小越明显。垂向流速的谱分析结果显示：盐度层化对低频大尺度涡旋具有明显抑制作用，且距离底床越远湍流受到的抑制作用越强。盐度层化使湍流垂向黏滞系数的垂向结构出现以下变化：峰值和均值减小，峰值出现位置降低，峰值以上位置快速衰减，整体湍流强度减弱。盐度层化对湍流的抑制程度与层化区的高度成负相关，与层化的强度成正相关。
本文基于2020年秋季长江口南槽实测高频湍流和盐度剖面数据，通过定量分析水体盐度层化对湍流垂向黏滞系数、拖曳系数和垂向流速能谱的影响，探讨盐度层化对水体湍流的影响。研究结果表明：观测站点总体上呈现涨潮流期逐渐层化、落潮流期逐渐混合的周期性层化特征。盐度层化显著抑制底层湍流强度，导致底层拖曳系数和垂向黏滞系数降低，且随着距底床高度增加，层化引起的湍流参数的减小越明显。垂向流速的谱分析结果显示：盐度层化对低频大尺度涡旋具有明显抑制作用，且距离底床越远湍流受到的抑制作用越强。盐度层化使湍流垂向黏滞系数的垂向结构出现以下变化：峰值和均值减小，峰值出现位置降低，峰值以上位置快速衰减，整体湍流强度减弱。盐度层化对湍流的抑制程度与层化区的高度成负相关，与层化的强度成正相关。
2025, 47(12): 35-47.
doi: 10.12284/hyxb20250137
摘要:
钦州湾作为典型的河口−海湾复合系统，其海床表层沉积物空间分布模式及其变化极可能影响航槽地貌稳定与船只安全。本文基于2024年洪枯季采集的钦州湾高密度表层沉积物样品与水文数据，系统探讨了海床沉积物季相变化特征及驱动机制。结果表明：钦州湾表层沉积物以砂为主，平均粒径在洪季为3.67φ（约为0.079 mm），在枯季为3.39φ（约为0.095 mm），海床沉积物在枯季较洪季偏粗。洪季期间，海床沉积物主要包括中砂、细砂、极细砂、粗粉砂、中粉砂及细粉砂6种沉积类型，其中内湾以粉砂和细砂为主，龙门通道北段为细砂，南出口及外湾中段为中砂，东西航道两侧则再度细化。枯季沉积物包括中砂、细砂、极细砂、粗粉砂及中粉砂5种类型。内湾和龙门通道以及外湾西侧均以细砂为主，外湾中部分布中砂，外湾东部沉积物细化。钦州湾海床沉积物在洪枯季EOF分析的第一模态中都展现为“内湾细、通道粗、外湾中部粗两侧细”的沉积格局。然而，洪季EOF分析的第二模态为外湾中东部以细砂为主的沉积模式；枯季第二模态则为内湾以极细砂为主，外湾东西侧分别以细砂、粗粉砂为主的沉积格局。钦州湾海床沉积格局主要受径流与潮流耦合作用控制，局部展现的差异化沉积受控通道束流效应及航道疏浚、运河建设和水产养殖等人类活动的综合影响。
钦州湾作为典型的河口−海湾复合系统，其海床表层沉积物空间分布模式及其变化极可能影响航槽地貌稳定与船只安全。本文基于2024年洪枯季采集的钦州湾高密度表层沉积物样品与水文数据，系统探讨了海床沉积物季相变化特征及驱动机制。结果表明：钦州湾表层沉积物以砂为主，平均粒径在洪季为3.67φ（约为0.079 mm），在枯季为3.39φ（约为0.095 mm），海床沉积物在枯季较洪季偏粗。洪季期间，海床沉积物主要包括中砂、细砂、极细砂、粗粉砂、中粉砂及细粉砂6种沉积类型，其中内湾以粉砂和细砂为主，龙门通道北段为细砂，南出口及外湾中段为中砂，东西航道两侧则再度细化。枯季沉积物包括中砂、细砂、极细砂、粗粉砂及中粉砂5种类型。内湾和龙门通道以及外湾西侧均以细砂为主，外湾中部分布中砂，外湾东部沉积物细化。钦州湾海床沉积物在洪枯季EOF分析的第一模态中都展现为“内湾细、通道粗、外湾中部粗两侧细”的沉积格局。然而，洪季EOF分析的第二模态为外湾中东部以细砂为主的沉积模式；枯季第二模态则为内湾以极细砂为主，外湾东西侧分别以细砂、粗粉砂为主的沉积格局。钦州湾海床沉积格局主要受径流与潮流耦合作用控制，局部展现的差异化沉积受控通道束流效应及航道疏浚、运河建设和水产养殖等人类活动的综合影响。
2025, 47(12): 48-59.
doi: 10.12284/hyxb20250135
摘要:
黄河自从1996年人工改道取北汊入渤海以来，河口沙嘴整体呈北偏趋势。现有对河口演变规律的研究多聚焦河口水沙与海洋动力的相互作用，对科氏力这一持续驱动因素的作用机制尚缺乏系统认识。本文基于水动力数值模拟，从科氏力作用的角度，模拟研究了有无科氏力作用下黄河三角洲近岸潮流结构与河口泥沙入海输运扩散特征的差异。模拟显示科氏力驱动近岸潮流呈往复式运动，并在河口外侧形成一个封闭椭圆形高流速区（流速＞0.8 m/s），同时在河口北侧的五号桩附近形成M2分潮无潮点，泥沙在沙嘴北侧扩散范围明显大于无科氏力情景。无科氏力作用时，近岸潮流主要表现为放射状往复运动，河口外侧未出现封闭高流速区，五号桩周边无潮点亦消失，河口泥沙向远海纵向扩散范围更大。结果表明，科氏力通过增强近岸涨落潮流横向运动强度促使泥沙向南北两侧输运，形成的M2无潮点“低位能区”增大了河口与M2无潮点之间的势能梯度，提高了落潮流时河口泥沙向北的输运强度，加之河口沙嘴北侧岬湾化程度增加进一步弱化局部潮流动力，使得更多泥沙在此区域淤积，这些因素的耦合效应共同促进了黄河口沙嘴北偏演进过程。
黄河自从1996年人工改道取北汊入渤海以来，河口沙嘴整体呈北偏趋势。现有对河口演变规律的研究多聚焦河口水沙与海洋动力的相互作用，对科氏力这一持续驱动因素的作用机制尚缺乏系统认识。本文基于水动力数值模拟，从科氏力作用的角度，模拟研究了有无科氏力作用下黄河三角洲近岸潮流结构与河口泥沙入海输运扩散特征的差异。模拟显示科氏力驱动近岸潮流呈往复式运动，并在河口外侧形成一个封闭椭圆形高流速区（流速＞0.8 m/s），同时在河口北侧的五号桩附近形成M2分潮无潮点，泥沙在沙嘴北侧扩散范围明显大于无科氏力情景。无科氏力作用时，近岸潮流主要表现为放射状往复运动，河口外侧未出现封闭高流速区，五号桩周边无潮点亦消失，河口泥沙向远海纵向扩散范围更大。结果表明，科氏力通过增强近岸涨落潮流横向运动强度促使泥沙向南北两侧输运，形成的M2无潮点“低位能区”增大了河口与M2无潮点之间的势能梯度，提高了落潮流时河口泥沙向北的输运强度，加之河口沙嘴北侧岬湾化程度增加进一步弱化局部潮流动力，使得更多泥沙在此区域淤积，这些因素的耦合效应共同促进了黄河口沙嘴北偏演进过程。
2025, 47(12): 60-69.
doi: 10.12284/hyxb20250119
摘要:
浮式风机平台在深远海环境中的稳定性和安全性是浮式风机系统的核心问题，目前随机性设计波法是结构设计最常用的方法，但其假设结构响应最大值分布服从Rayleigh分布不一定符合实际情况。为此，本文提出了一种合理考虑结构响应极值随机特性的改进随机性设计波法，该方法通过结构响应平均跨零周期的最大值样本建立其局部时段最大值分布概率模型，在此基础建立结构响应总持续时间内的最大值概率模型，根据该最大值概率模型确定结构响应的最大值取值，从而确定设计波要素。以某实际5 MW Braceless浮式风机平台为研究对象，分别采用常规随机性设计波法和本文改进方法对该平台的波浪载荷和应力进行对比分析。分析结果表明：改进方法能更准确地反映极值响应随机特性，结构的应力计算结果更加符合实际情况，常规随机性设计波法低估结构的应力最大误差达4.63%，按此设计的结构会带来安全风险。研究结果对于类似浮式风机平台的结构设计和安全评估具有重要意义。
浮式风机平台在深远海环境中的稳定性和安全性是浮式风机系统的核心问题，目前随机性设计波法是结构设计最常用的方法，但其假设结构响应最大值分布服从Rayleigh分布不一定符合实际情况。为此，本文提出了一种合理考虑结构响应极值随机特性的改进随机性设计波法，该方法通过结构响应平均跨零周期的最大值样本建立其局部时段最大值分布概率模型，在此基础建立结构响应总持续时间内的最大值概率模型，根据该最大值概率模型确定结构响应的最大值取值，从而确定设计波要素。以某实际5 MW Braceless浮式风机平台为研究对象，分别采用常规随机性设计波法和本文改进方法对该平台的波浪载荷和应力进行对比分析。分析结果表明：改进方法能更准确地反映极值响应随机特性，结构的应力计算结果更加符合实际情况，常规随机性设计波法低估结构的应力最大误差达4.63%，按此设计的结构会带来安全风险。研究结果对于类似浮式风机平台的结构设计和安全评估具有重要意义。
2025, 47(12): 70-83.
doi: 10.12284/hyxb20250121
摘要:
准确评估海洋工程结构的长期极限响应是确保其生存条件的基础，而外部环境条件种类不清晰是影响这一评估的关键因素。现有研究普遍倾向于将风与风浪等纳入优先考虑范围，但实际海况往往呈现出风浪与涌浪相互叠加的多模态特征。基于单峰波谱的波浪时程生成方法难以表征其多模态特性，也无法揭示风、风浪与涌浪三者之间的统计依赖性，导致环境变量联合分布复杂性被低估，从而影响后续结构可靠性和安全性。涌浪作为强度可与风浪相当的低频波，易激发海上风电这类柔性结构的低频共振，进而放大动力响应和累积疲劳损伤。国际电工委员会（IEC）今年发布的行业规范《IEC 61400-3-2：2025》以及全国风电标准化技术委员会牵头制定的《风能发电系统漂浮式海上风力发电机组一体化计算分析导则》均已明确将涌浪列为必须考虑的工况。因此，本文将涌浪作为与风、风浪并列的灾种，基于南海、东海、渤海和黄海典型站点的再分析气象数据，构建了三者的联合概率模型，并通过相关性分析、Granger因果检验和条件概率分析，揭示了不同海域的多灾害相关结构规律。最后，以南海为例，结合环境等值线法（ECM）构建了包含风、风浪与涌浪的极限环境模型。结果表明，纳入涌浪后，环境变量组合的复杂性显著增加；忽略涌浪将导致环境条件模型失真，并低估极端环境的强度。该研究通过在传统风、风浪基础上进一步引入涌浪，并分析了其作为灾种的必要性，一定程度上弥补了现有海洋环境条件种类不清晰的问题，为海洋结构的长期极限响应评估提供了完整且精准的环境输入模型。
准确评估海洋工程结构的长期极限响应是确保其生存条件的基础，而外部环境条件种类不清晰是影响这一评估的关键因素。现有研究普遍倾向于将风与风浪等纳入优先考虑范围，但实际海况往往呈现出风浪与涌浪相互叠加的多模态特征。基于单峰波谱的波浪时程生成方法难以表征其多模态特性，也无法揭示风、风浪与涌浪三者之间的统计依赖性，导致环境变量联合分布复杂性被低估，从而影响后续结构可靠性和安全性。涌浪作为强度可与风浪相当的低频波，易激发海上风电这类柔性结构的低频共振，进而放大动力响应和累积疲劳损伤。国际电工委员会（IEC）今年发布的行业规范《IEC 61400-3-2：2025》以及全国风电标准化技术委员会牵头制定的《风能发电系统漂浮式海上风力发电机组一体化计算分析导则》均已明确将涌浪列为必须考虑的工况。因此，本文将涌浪作为与风、风浪并列的灾种，基于南海、东海、渤海和黄海典型站点的再分析气象数据，构建了三者的联合概率模型，并通过相关性分析、Granger因果检验和条件概率分析，揭示了不同海域的多灾害相关结构规律。最后，以南海为例，结合环境等值线法（ECM）构建了包含风、风浪与涌浪的极限环境模型。结果表明，纳入涌浪后，环境变量组合的复杂性显著增加；忽略涌浪将导致环境条件模型失真，并低估极端环境的强度。该研究通过在传统风、风浪基础上进一步引入涌浪，并分析了其作为灾种的必要性，一定程度上弥补了现有海洋环境条件种类不清晰的问题，为海洋结构的长期极限响应评估提供了完整且精准的环境输入模型。
2025, 47(12): 84-93.
doi: 10.12284/hyxb20250113
摘要:
基于Weibull分布估算最大单波越浪量，关键在于准确确定其分布参数—形状参数和越浪率—的取值。现有研究多集中于深水与中等水深条件，对破波带内的分布参数特性尚缺乏系统分析。本文通过将实验水深范围扩展至相对水深0.9～4，覆盖破波带、中等水深与深水工况，重点考察相对水深、相对顶高、波陡和床面坡度4个无量纲变量对分布参数的影响，并建立适用于该扩展条件的参数估算方法。实验发现，在涵盖破波带的实验区间内，形状参数和越浪率随相对水深的变化均呈现类孤立波形态的单峰特征。基于这一现象，本文借鉴类孤立波函数形式，构建了分布参数的计算公式，进而实现对最大单波越浪量的预测。与现有模型相比，本文所提方法在实验范围内均表现出更低的预测误差，尤其在破波带浅水区域优势更为显著。
基于Weibull分布估算最大单波越浪量，关键在于准确确定其分布参数—形状参数和越浪率—的取值。现有研究多集中于深水与中等水深条件，对破波带内的分布参数特性尚缺乏系统分析。本文通过将实验水深范围扩展至相对水深0.9～4，覆盖破波带、中等水深与深水工况，重点考察相对水深、相对顶高、波陡和床面坡度4个无量纲变量对分布参数的影响，并建立适用于该扩展条件的参数估算方法。实验发现，在涵盖破波带的实验区间内，形状参数和越浪率随相对水深的变化均呈现类孤立波形态的单峰特征。基于这一现象，本文借鉴类孤立波函数形式，构建了分布参数的计算公式，进而实现对最大单波越浪量的预测。与现有模型相比，本文所提方法在实验范围内均表现出更低的预测误差，尤其在破波带浅水区域优势更为显著。
2025, 47(12): 94-102.
doi: 10.12284/hyxb20250107
摘要:
本文基于开源计算流体力学平台OpenFOAM的waves2Foam造波工具箱，建立二维数值波浪水槽，模拟不规则波条件下牡蛎礁生态护底的波浪传播特性。采用VoF方法捕捉自由液面，结合k-ω SST湍流模型解析近壁流动与能量耗散过程。通过与物理模型试验数据对比，验证了数值模型在波浪传播特性上的可靠性。在此基础上，系统分析曲率粗糙度系数Cr、入射波高Hs及礁坪水深hr对波浪衰减性能的影响规律。结果表明，粗糙度是控制波浪衰减的关键因素，当Cr＞0.2时，不规则波条件下的波浪透射系数较光滑底面降低37%～42%；入射波高增加可显著增强消能效果，而较大的礁坪水深hr则削弱粗糙面的能量耗散作用。研究结果可为牡蛎礁生态护底结构的优化设计及海岸防护工程应用提供量化参考。
本文基于开源计算流体力学平台OpenFOAM的waves2Foam造波工具箱，建立二维数值波浪水槽，模拟不规则波条件下牡蛎礁生态护底的波浪传播特性。采用VoF方法捕捉自由液面，结合k-ω SST湍流模型解析近壁流动与能量耗散过程。通过与物理模型试验数据对比，验证了数值模型在波浪传播特性上的可靠性。在此基础上，系统分析曲率粗糙度系数Cr、入射波高Hs及礁坪水深hr对波浪衰减性能的影响规律。结果表明，粗糙度是控制波浪衰减的关键因素，当Cr＞0.2时，不规则波条件下的波浪透射系数较光滑底面降低37%～42%；入射波高增加可显著增强消能效果，而较大的礁坪水深hr则削弱粗糙面的能量耗散作用。研究结果可为牡蛎礁生态护底结构的优化设计及海岸防护工程应用提供量化参考。
2025, 47(12): 126-135.
doi: 10.12284/hyxb20250127
摘要:
印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole, IOD）是热带印度洋海表温度呈现东西反位相变化的主要气候模态，对区域和全球气候演变具有重要影响。现有的IOD预测方法多依赖于多变量耦合或传统统计模型，存在计算复杂度高、多变量噪声干扰等挑战。针对这些挑战，本文提出了一种基于立方体注意力机制的IOD预测模型（Cuboid Attention-based IOD Prediction Model, CAIPM）。该模型仅以海表温度异常（Sea Surface Temperature Anomaly, SSTA）作为输入变量，加入融合了滑动窗口、时序差分与空间卷积的时空梯度增强模块（Spatio-Temporal Gradient Enhancement Module, STGEM），以强化时空特征提取，通过立方体注意力结构有效捕捉SSTA场中的时空依赖关系，直接输出未来时空范围的SSTA预测结果，进而计算出IOD指数。实验表明，CAIPM在IOD指数预测中显著优于传统统计方法及当前主流深度学习模型，CAIPM在提前12个月的IOD指数预测中，其皮尔逊相关系数相较于CNN、CNN-LSTM、TCN和ConvLSTM模型分别取得了约32%、22%、16%和6%的性能提升。
印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole, IOD）是热带印度洋海表温度呈现东西反位相变化的主要气候模态，对区域和全球气候演变具有重要影响。现有的IOD预测方法多依赖于多变量耦合或传统统计模型，存在计算复杂度高、多变量噪声干扰等挑战。针对这些挑战，本文提出了一种基于立方体注意力机制的IOD预测模型（Cuboid Attention-based IOD Prediction Model, CAIPM）。该模型仅以海表温度异常（Sea Surface Temperature Anomaly, SSTA）作为输入变量，加入融合了滑动窗口、时序差分与空间卷积的时空梯度增强模块（Spatio-Temporal Gradient Enhancement Module, STGEM），以强化时空特征提取，通过立方体注意力结构有效捕捉SSTA场中的时空依赖关系，直接输出未来时空范围的SSTA预测结果，进而计算出IOD指数。实验表明，CAIPM在IOD指数预测中显著优于传统统计方法及当前主流深度学习模型，CAIPM在提前12个月的IOD指数预测中，其皮尔逊相关系数相较于CNN、CNN-LSTM、TCN和ConvLSTM模型分别取得了约32%、22%、16%和6%的性能提升。
2025, 47(12): 136-149.
doi: 10.12284/hyxb20250111
摘要:
为提升南海岛礁海域的波浪预报精度与模型泛化能力，本文基于BO-LSTM模型，系统探讨了输入因素作用、模型跨站位迁移能力及多步预测方法性能。研究采用单因素（历史波高）与双因素（历史波高+风速）输入，通过优化时间窗口，结合滚动预测法（RF）与直接多步预测法（DM），对七连屿、甘泉岛、晋卿岛和华夏暗沙4个站位的1～24 h有效波高进行预报验证。结果表明：模型表现与站点地理地貌揭示的水动力环境高度相关。七连屿站“半遮蔽−半开阔”的格局使其模型泛化能力最强且稳定（最佳窗口n = 2），在跨站预测中表现优异；而甘泉岛站、晋卿岛站等“潟湖内局地型”站点与华夏暗沙站“开阔水域型”站点，则因其地理特征主导的、差异化的数据分布导致了显著的“数据域偏移”，限制了模型的跨站迁移能力。短期预报中历史波高为核心因素，但其优势存在地理依赖性：七连屿站与晋卿岛站历史波高权重优势显著（>1.7倍），而甘泉岛站与华夏暗沙站风速贡献相对提升（优势比<1.4倍）。多步预测中，“DM+双”在短期至中期（1～18 h）综合最优，“RF+双”在长期（19～24 h）及甘泉岛站全时段更能抑制误差衰减。本研究验证了BO-LSTM在南海岛礁波浪预报中的有效性，并通过关联数据驱动规律与地理物理机制，为构建区域普适性智能预报模型提供了物理可解释的见解与方法支撑。
为提升南海岛礁海域的波浪预报精度与模型泛化能力，本文基于BO-LSTM模型，系统探讨了输入因素作用、模型跨站位迁移能力及多步预测方法性能。研究采用单因素（历史波高）与双因素（历史波高+风速）输入，通过优化时间窗口，结合滚动预测法（RF）与直接多步预测法（DM），对七连屿、甘泉岛、晋卿岛和华夏暗沙4个站位的1～24 h有效波高进行预报验证。结果表明：模型表现与站点地理地貌揭示的水动力环境高度相关。七连屿站“半遮蔽−半开阔”的格局使其模型泛化能力最强且稳定（最佳窗口n = 2），在跨站预测中表现优异；而甘泉岛站、晋卿岛站等“潟湖内局地型”站点与华夏暗沙站“开阔水域型”站点，则因其地理特征主导的、差异化的数据分布导致了显著的“数据域偏移”，限制了模型的跨站迁移能力。短期预报中历史波高为核心因素，但其优势存在地理依赖性：七连屿站与晋卿岛站历史波高权重优势显著（>1.7倍），而甘泉岛站与华夏暗沙站风速贡献相对提升（优势比<1.4倍）。多步预测中，“DM+双”在短期至中期（1～18 h）综合最优，“RF+双”在长期（19～24 h）及甘泉岛站全时段更能抑制误差衰减。本研究验证了BO-LSTM在南海岛礁波浪预报中的有效性，并通过关联数据驱动规律与地理物理机制，为构建区域普适性智能预报模型提供了物理可解释的见解与方法支撑。
2025, 47(12): 150-164.
doi: 10.12284/hyxb20250129
摘要:
基于普通最小二乘法的传统调和分析方法对噪声敏感，易受测量误差和强非潮过程干扰的影响。基于迭代权重最小二乘法的调和分析通过赋予异常值较小权重降低其干扰，相比普通最小二乘法可有效提高精度和稳定性，但目前仍没有研究对这两种方法在感潮河段潮位分析中精度差异进行系统性比较。本研究基于浙江钱塘江实测潮位数据，通过理想实验和实际实验，系统对比了两种方法。结果表明：（1）在短时序（<3个月）数据情况下，迭代权重最小二乘法结果精度优于普通最小二乘法，平均矢量差可减小超过2 cm；时序延长（>3个月）后，两者差异缩小。（2）在钱塘江下游，两种方法差异不大；但在中上游（如仓前至桐庐段）等受到强烈河流径流影响的河段，迭代权重最小二乘法对调和分析结果有所改善，尤其对长周期分潮的改善效果更为显著。（3）迭代权重最小二乘法通过有效抑制高噪声和异常值干扰，显著提升了钱塘江潮位站调和分析结果的稳定性和准确性。因此，在数据质量不佳或背景噪声较强的区域（例如感潮河段），基于迭代权重最小二乘法的调和分析方法具有重要应用价值。
基于普通最小二乘法的传统调和分析方法对噪声敏感，易受测量误差和强非潮过程干扰的影响。基于迭代权重最小二乘法的调和分析通过赋予异常值较小权重降低其干扰，相比普通最小二乘法可有效提高精度和稳定性，但目前仍没有研究对这两种方法在感潮河段潮位分析中精度差异进行系统性比较。本研究基于浙江钱塘江实测潮位数据，通过理想实验和实际实验，系统对比了两种方法。结果表明：（1）在短时序（<3个月）数据情况下，迭代权重最小二乘法结果精度优于普通最小二乘法，平均矢量差可减小超过2 cm；时序延长（>3个月）后，两者差异缩小。（2）在钱塘江下游，两种方法差异不大；但在中上游（如仓前至桐庐段）等受到强烈河流径流影响的河段，迭代权重最小二乘法对调和分析结果有所改善，尤其对长周期分潮的改善效果更为显著。（3）迭代权重最小二乘法通过有效抑制高噪声和异常值干扰，显著提升了钱塘江潮位站调和分析结果的稳定性和准确性。因此，在数据质量不佳或背景噪声较强的区域（例如感潮河段），基于迭代权重最小二乘法的调和分析方法具有重要应用价值。
2025, 47(12): 165-184.
doi: 10.12284/hyxb20250105
摘要:
精确的长期海表流速预测对海洋科学研究至关重要，但现有深度学习模型在处理高维时空序列时，普遍存在误差累积和长期稳定性不足的问题。为解决此挑战，本研究提出了一种创新的时空融合网络XLTNET。该模型基于编码器−解码器架构，其核心在于高效融合了两个关键模块：一个采用K近邻（KNN）稀疏自注意力机制的改进Swin Transformer，用于精准捕捉多尺度的空间动力学特征；以及一个扩展长短期记忆网络（xLSTM），用于增强对时间序列长程依赖的建模能力。实验基于哥白尼海洋服务中心的再分析数据集，选取了包含海表流速（U、V分量）、温度、盐度和高度在内的5个海洋要素。结果表明，XLTNET在长期预测任务中展现出卓越的性能和稳定性。在第15天的预测中，XLTNET是唯一在两个流向上R值均能保持在0.7以上的模型；其U向R值相比ASTMEN、ConvLSTM和LSTM分别提升了7.3%、18.0%和20.7%；V向R值分别提升了8.7%、15.6%和17.4%。消融实验进一步证实了模型各组件及深度融合策略的必要性。本研究为高精度的长期海表流速预测提供了一个性能优异的解决方案。
精确的长期海表流速预测对海洋科学研究至关重要，但现有深度学习模型在处理高维时空序列时，普遍存在误差累积和长期稳定性不足的问题。为解决此挑战，本研究提出了一种创新的时空融合网络XLTNET。该模型基于编码器−解码器架构，其核心在于高效融合了两个关键模块：一个采用K近邻（KNN）稀疏自注意力机制的改进Swin Transformer，用于精准捕捉多尺度的空间动力学特征；以及一个扩展长短期记忆网络（xLSTM），用于增强对时间序列长程依赖的建模能力。实验基于哥白尼海洋服务中心的再分析数据集，选取了包含海表流速（U、V分量）、温度、盐度和高度在内的5个海洋要素。结果表明，XLTNET在长期预测任务中展现出卓越的性能和稳定性。在第15天的预测中，XLTNET是唯一在两个流向上R值均能保持在0.7以上的模型；其U向R值相比ASTMEN、ConvLSTM和LSTM分别提升了7.3%、18.0%和20.7%；V向R值分别提升了8.7%、15.6%和17.4%。消融实验进一步证实了模型各组件及深度融合策略的必要性。本研究为高精度的长期海表流速预测提供了一个性能优异的解决方案。
2025, 47(12): 185-197.
doi: 10.12284/hyxb20250123
摘要:
海浪通常指海洋中的波动现象，极端情况下海浪高度可达20余米，与大气运动、海洋动力、热力过程以及海洋环境密切相关。为了探究海浪数值模式在高分辨率地形下计算量大、速度慢的解决方案，本文采用MASNUM海浪数值模式数据，基于深度学习算法开展对南海北部海浪的高分辨率重构研究。通过对传统线性插值方法与多种深度学习算法，如卷积神经网络、生成式对抗神经网络、图像重构的扩散模型，在南海北部海浪数据高分辨率重构上进行多方面的性能评估，结果显示：相较于传统线性插值方法，深度学习算法在挖掘海浪数据的物理变化规律中表现更佳，且图像重构的扩散模型重构效果明显优于卷积神经网络和生成式对抗神经网络，综合平均均方根误差仅为0.0103 m，表明重构的高分辨海浪数据是可靠的，为建立高分辨率海浪数据重构模型提供了新的方案建议。
海浪通常指海洋中的波动现象，极端情况下海浪高度可达20余米，与大气运动、海洋动力、热力过程以及海洋环境密切相关。为了探究海浪数值模式在高分辨率地形下计算量大、速度慢的解决方案，本文采用MASNUM海浪数值模式数据，基于深度学习算法开展对南海北部海浪的高分辨率重构研究。通过对传统线性插值方法与多种深度学习算法，如卷积神经网络、生成式对抗神经网络、图像重构的扩散模型，在南海北部海浪数据高分辨率重构上进行多方面的性能评估，结果显示：相较于传统线性插值方法，深度学习算法在挖掘海浪数据的物理变化规律中表现更佳，且图像重构的扩散模型重构效果明显优于卷积神经网络和生成式对抗神经网络，综合平均均方根误差仅为
2025, 47(12): 198-210.
doi: 10.12284/hyxb20250117
摘要:
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。本文利用全球降水观测计划（GPM）搭载的双频降雨雷达（DPR）和微波成像仪（GMI），使用微波成像仪的亮度温度信息对Ku波段后向散射系数进行修正，并结合ERA5海面风速反演海面阵风，以此来提高海面阵风观测效率。结果表明：反演得到的阵风风速与ERA5阵风风速的相关系数（R）为0.93，均方根误差（RMSE）为1.81 m/s；与NDBC浮标数据相比，R为0.78，RMSE为1.88 m/s。国内HY-2B卫星基于该方法得到的阵风结果与NDBC浮标数据相比，R为0.90，RMSE为1.84 m/s。将二者的海面风速均使用NDBC浮标海面风速作为参考，二者的反演结果均得到明显提高，表明精确的海面风速对阵风反演结果具有较好影响。同时，由于GPM卫星主被动观测频段相比于HY-2B卫星更接近，得到的阵风精度也优于HY-2B卫星反演的阵风精度。
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。本文利用全球降水观测计划（GPM）搭载的双频降雨雷达（DPR）和微波成像仪（GMI），使用微波成像仪的亮度温度信息对Ku波段后向散射系数进行修正，并结合ERA5海面风速反演海面阵风，以此来提高海面阵风观测效率。结果表明：反演得到的阵风风速与ERA5阵风风速的相关系数（R）为0.93，均方根误差（RMSE）为1.81 m/s；与NDBC浮标数据相比，R为0.78，RMSE为1.88 m/s。国内HY-2B卫星基于该方法得到的阵风结果与NDBC浮标数据相比，R为0.90，RMSE为1.84 m/s。将二者的海面风速均使用NDBC浮标海面风速作为参考，二者的反演结果均得到明显提高，表明精确的海面风速对阵风反演结果具有较好影响。同时，由于GPM卫星主被动观测频段相比于HY-2B卫星更接近，得到的阵风精度也优于HY-2B卫星反演的阵风精度。
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