2021年 第43卷 第10期
2021, 43(10): 1-9.
doi: 10.12284/hyxb2021165
摘要:
本文基于2012年2月15日至5月8日的广东省茂名市附近海上铁塔实测数据，分析了海气边界层的湍流运动。结果证实，在涌浪条件下，协谱和Ogive曲线存在明显受涌浪影响的区域。本文进一步研究，发现浪致雷诺应力的正负符号变化与波龄相关，并给出了顺风向和侧风向浪致雷诺应力正负符号反转时波龄的统计分布。此外，本文基于协谱法提取了浪致雷诺应力τswell，并与传统方法得到的浪致雷诺应力τ*swell做比较。结果表明，整体上τswell比τ*swell大2～3个量级，这意味着传统方法显著低估了涌浪的浪致雷诺应力，传统的浪致雷诺应力计算方法还有待改进。
本文基于2012年2月15日至5月8日的广东省茂名市附近海上铁塔实测数据，分析了海气边界层的湍流运动。结果证实，在涌浪条件下，协谱和Ogive曲线存在明显受涌浪影响的区域。本文进一步研究，发现浪致雷诺应力的正负符号变化与波龄相关，并给出了顺风向和侧风向浪致雷诺应力正负符号反转时波龄的统计分布。此外，本文基于协谱法提取了浪致雷诺应力τswell，并与传统方法得到的浪致雷诺应力τ*swell做比较。结果表明，整体上τswell比τ*swell大2～3个量级，这意味着传统方法显著低估了涌浪的浪致雷诺应力，传统的浪致雷诺应力计算方法还有待改进。
2021, 43(10): 10-22.
doi: 10.12284/hyxb2021099
摘要:
本文应用三维数值模式ECOM-si，研究冬季不同北风风速对长江河口盐水入侵和青草沙水库取水的影响。数值实验结果表明，北风驱动苏北高盐水向南往长江口输运，在埃克曼输运作用下，长江河口形成北港进南港出水平环流，加剧北港盐水入侵。在枯季平均径流(11 900 m3/s)条件下，当北风风速超过10 m/s，北港口门水通量朝陆净输运，当风速超过11 m/s，北港盐水倒灌至南港。无风时，北港半月平均盐度仅为0.97，北港口门半月平均水位仅为0.13 m；当风速增加到14 m/s时，盐度和水位分别增长到27.4和0.42 m。北风减少了青草沙水库的取水天数。无风时青草沙水库30 d内可取水天数共有29.7 d；当风速高于10 m/s，30 d内可取水天数降为0 d。北风风速增强能够显著增加北港盐水入侵，不利于青草沙水库取水。
本文应用三维数值模式ECOM-si，研究冬季不同北风风速对长江河口盐水入侵和青草沙水库取水的影响。数值实验结果表明，北风驱动苏北高盐水向南往长江口输运，在埃克曼输运作用下，长江河口形成北港进南港出水平环流，加剧北港盐水入侵。在枯季平均径流(11 900 m3/s)条件下，当北风风速超过10 m/s，北港口门水通量朝陆净输运，当风速超过11 m/s，北港盐水倒灌至南港。无风时，北港半月平均盐度仅为0.97，北港口门半月平均水位仅为0.13 m；当风速增加到14 m/s时，盐度和水位分别增长到27.4和0.42 m。北风减少了青草沙水库的取水天数。无风时青草沙水库30 d内可取水天数共有29.7 d；当风速高于10 m/s，30 d内可取水天数降为0 d。北风风速增强能够显著增加北港盐水入侵，不利于青草沙水库取水。
2021, 43(10): 23-37.
doi: 10.12284/hyxb2021135
摘要:
基于椒江河口大、小潮期间水位、流速、盐度和悬沙浓度观测数据，研究了椒江河口主潮汐通道的水动力、盐度和悬沙浓度的时空变化特征，解释了高浊度强潮作用下的层化物理机制。椒江河口大潮期悬沙浓度和盐度均大于小潮期，主潮汐通道区域落潮期悬沙浓度大于涨潮期；盐度随潮变化，盐水锋面出现在S2测站，锋面附近出现最大浑浊带；自陆向海，悬沙浓度递减，盐度递增；随水深增加，悬沙浓度与盐度递增。Richardson数与混合参数显示，盐度和悬沙引起的层化现象，是随着潮汐的变化而变化，涨潮时的层化均强于落潮，小潮时的层化持续时间最长，区域更广。混合参数随潮周期变化，大潮期高于临界值1.0，小潮期低于临界值1.0。小潮期水体层化强于大潮期；潮汐应变项是影响势能差异变化率的重要因素；落潮期间层化向混合状态转化，涨潮相反。
基于椒江河口大、小潮期间水位、流速、盐度和悬沙浓度观测数据，研究了椒江河口主潮汐通道的水动力、盐度和悬沙浓度的时空变化特征，解释了高浊度强潮作用下的层化物理机制。椒江河口大潮期悬沙浓度和盐度均大于小潮期，主潮汐通道区域落潮期悬沙浓度大于涨潮期；盐度随潮变化，盐水锋面出现在S2测站，锋面附近出现最大浑浊带；自陆向海，悬沙浓度递减，盐度递增；随水深增加，悬沙浓度与盐度递增。Richardson数与混合参数显示，盐度和悬沙引起的层化现象，是随着潮汐的变化而变化，涨潮时的层化均强于落潮，小潮时的层化持续时间最长，区域更广。混合参数随潮周期变化，大潮期高于临界值1.0，小潮期低于临界值1.0。小潮期水体层化强于大潮期；潮汐应变项是影响势能差异变化率的重要因素；落潮期间层化向混合状态转化，涨潮相反。
2021, 43(10): 38-49.
doi: 10.12284/hyxb2021161
摘要:
本文利用ADCIRC模型，在宁波市北仑区建立了街区尺度的风暴潮漫滩模型，北仑区陆地分辨率达5～10 m。模拟结果整体展现漫滩淹没城市街道建筑的过程，细致刻画了水流在街区和建筑错综复杂分布时的流动情况，以及不同建筑物附近水深的变化，比以往的漫滩模拟更加精细，体现街区尺度网格的优势。数值模拟结果表明：此模型可以较好地模拟1211号台风“海葵”和5612号台风“温黛”的风暴潮过程。利用卫星遥感图像对北仑区地物进行分类，考虑下垫面底摩擦变化对漫滩模拟的影响。对比未考虑底摩擦情况的模拟实验结果，淹没面积减少了21.4%，大部分区域水深降低在0.1～0.2 m，街区尺度网格细致展示出不同地物所在区域的水深降低程度以及淹没面积变化。
本文利用ADCIRC模型，在宁波市北仑区建立了街区尺度的风暴潮漫滩模型，北仑区陆地分辨率达5～10 m。模拟结果整体展现漫滩淹没城市街道建筑的过程，细致刻画了水流在街区和建筑错综复杂分布时的流动情况，以及不同建筑物附近水深的变化，比以往的漫滩模拟更加精细，体现街区尺度网格的优势。数值模拟结果表明：此模型可以较好地模拟1211号台风“海葵”和5612号台风“温黛”的风暴潮过程。利用卫星遥感图像对北仑区地物进行分类，考虑下垫面底摩擦变化对漫滩模拟的影响。对比未考虑底摩擦情况的模拟实验结果，淹没面积减少了21.4%，大部分区域水深降低在0.1～0.2 m，街区尺度网格细致展示出不同地物所在区域的水深降低程度以及淹没面积变化。
2021, 43(10): 50-60.
doi: 10.12284/hyxb2021089
摘要:
利用2008−2018年逐小时自动站资料、常规地面高空观测资料、NCEP-FNL资料，统计黄、渤海7级及以上气旋大风过程，围绕气旋加深率和气压梯度讨论气象因子与气旋强度和发展关系，根据Petterssen地面气旋发展公式讨论温度平流、涡度平流和非绝热加热在气旋中的作用。结果表明：(1) 70.5%气旋入海后加强，14.7%成为爆发性气旋，17.6%气旋入海过程强度不变，11.7%气旋入海后减弱。影响黄、渤海的温带气旋过程主要发生在秋季，春冬季次之，夏季一次也没有出现过。入海发展的气旋多位于200 hPa高空急流出口左侧或者分流辐散区，入海减弱的气旋多位于高空急流出口右侧。(2)影响黄、渤海域的气旋有3类：自西北向东南移动的蒙古气旋(17.6%)；自西向东移动的黄河气旋(49%)；自西南向东北移动的江(黄)淮气旋(33.4%)。江(黄)淮气旋在秋季容易发展为爆发性气旋。黄河气旋和蒙古气旋入海后最大风区域通常出现在气旋的西北象限(或偏西象限)，江(黄)淮气旋最大风区域出现在气旋的东南象限。(3)温度平流是气旋入海发展最重要的物理量因子，温度平流对气旋入海发展比对气旋强度更敏感。5次爆发性气旋过程中温度平流和涡度平流均高于其他气旋过程。非绝热加热与气旋强度的相关性较强，与气旋发展相关性弱。(4)江(黄)淮气旋过程中温度平流和非绝热加热较强，黄河气旋过程中涡度平流较强，涡度平流和非绝热加热对蒙古气旋的作用较弱。
利用2008−2018年逐小时自动站资料、常规地面高空观测资料、NCEP-FNL资料，统计黄、渤海7级及以上气旋大风过程，围绕气旋加深率和气压梯度讨论气象因子与气旋强度和发展关系，根据Petterssen地面气旋发展公式讨论温度平流、涡度平流和非绝热加热在气旋中的作用。结果表明：(1) 70.5%气旋入海后加强，14.7%成为爆发性气旋，17.6%气旋入海过程强度不变，11.7%气旋入海后减弱。影响黄、渤海的温带气旋过程主要发生在秋季，春冬季次之，夏季一次也没有出现过。入海发展的气旋多位于200 hPa高空急流出口左侧或者分流辐散区，入海减弱的气旋多位于高空急流出口右侧。(2)影响黄、渤海域的气旋有3类：自西北向东南移动的蒙古气旋(17.6%)；自西向东移动的黄河气旋(49%)；自西南向东北移动的江(黄)淮气旋(33.4%)。江(黄)淮气旋在秋季容易发展为爆发性气旋。黄河气旋和蒙古气旋入海后最大风区域通常出现在气旋的西北象限(或偏西象限)，江(黄)淮气旋最大风区域出现在气旋的东南象限。(3)温度平流是气旋入海发展最重要的物理量因子，温度平流对气旋入海发展比对气旋强度更敏感。5次爆发性气旋过程中温度平流和涡度平流均高于其他气旋过程。非绝热加热与气旋强度的相关性较强，与气旋发展相关性弱。(4)江(黄)淮气旋过程中温度平流和非绝热加热较强，黄河气旋过程中涡度平流较强，涡度平流和非绝热加热对蒙古气旋的作用较弱。
2021, 43(10): 61-69.
doi: 10.12284/hyxb2021129
摘要:
传统的四维变分数据同化方法在同化观测资料的同时可以对数值模式参数进行优化，然而传统的四维变分方法需要针对不同的数值模式编写特有的伴随模式，因此算法的可移植性差，同时计算时耗费大量资源。本文提出了一种新的基于解析四维集合变分的参数优化方法，该方法以迭代搜索得到的模式参数为基准展开扰动并构建样本集合，由此显式地计算协方差矩阵，并得到代价函数极小值的解析解，从而避免了伴随模式的使用。基于Lorenz-63模型对该方法进行单参数和多参数数值试验和优化效果检验，并在不同的同化时间窗口长度和观测采样间隔情况下，采用传统四维变分方法与之进行对比，结果显示，新方法表现出与传统四维变分相同的优化性能，都能有效收敛到真值，而新方法不需要计算伴随模式，可移植性好。本文还测试了不同的集合成员个数和模式参数真值的情况下新方法的同化效果，结果表明，新方法对集合样本个数及模型参数真值不敏感，采用较少的集合样本即可完成数据同化。
传统的四维变分数据同化方法在同化观测资料的同时可以对数值模式参数进行优化，然而传统的四维变分方法需要针对不同的数值模式编写特有的伴随模式，因此算法的可移植性差，同时计算时耗费大量资源。本文提出了一种新的基于解析四维集合变分的参数优化方法，该方法以迭代搜索得到的模式参数为基准展开扰动并构建样本集合，由此显式地计算协方差矩阵，并得到代价函数极小值的解析解，从而避免了伴随模式的使用。基于Lorenz-63模型对该方法进行单参数和多参数数值试验和优化效果检验，并在不同的同化时间窗口长度和观测采样间隔情况下，采用传统四维变分方法与之进行对比，结果显示，新方法表现出与传统四维变分相同的优化性能，都能有效收敛到真值，而新方法不需要计算伴随模式，可移植性好。本文还测试了不同的集合成员个数和模式参数真值的情况下新方法的同化效果，结果表明，新方法对集合样本个数及模型参数真值不敏感，采用较少的集合样本即可完成数据同化。
2021, 43(10): 70-80.
doi: 10.12284/hyxb2021125
摘要:
潮滩垂向沉积韵律层的形成主要取决于周期性的潮汐条件，包括涨落潮、大小潮、季节性及更长时间尺度的潮汐特征，为探究大小潮周期对潮滩沉积物垂向层理形成机制的影响，应用一维潮流泥沙与底床分层数学模型，对周期性潮汐条件作用下潮滩垂向沉积韵律层形成机制进行了数值模拟研究。结果表明，大小潮的周期性是模型中沉积层理表现韵律性的主要原因之一，韵律层中单个层理结构对应于1个大小潮周期过程，层理结构由形成于小潮期间的泥质层及形成于大潮期间的砂质层组成，层理的厚度也呈旋回性变化，大潮时层理较厚而小潮时层理较薄。水体边界含沙量是影响潮汐层理结构的重要因子，边界含沙量中粉砂占比增大会使潮汐韵律层整体粗化且砂质层厚度增大，当边界含沙量整体显著增大时，潮滩上的垂向潮汐韵律层会更加完整且厚度明显增大。潮汐层理的形成与特征是多种因子共同作用的结果，后续需进一步探究包括波浪、风暴潮、潮滩生物等其他因子的作用。
潮滩垂向沉积韵律层的形成主要取决于周期性的潮汐条件，包括涨落潮、大小潮、季节性及更长时间尺度的潮汐特征，为探究大小潮周期对潮滩沉积物垂向层理形成机制的影响，应用一维潮流泥沙与底床分层数学模型，对周期性潮汐条件作用下潮滩垂向沉积韵律层形成机制进行了数值模拟研究。结果表明，大小潮的周期性是模型中沉积层理表现韵律性的主要原因之一，韵律层中单个层理结构对应于1个大小潮周期过程，层理结构由形成于小潮期间的泥质层及形成于大潮期间的砂质层组成，层理的厚度也呈旋回性变化，大潮时层理较厚而小潮时层理较薄。水体边界含沙量是影响潮汐层理结构的重要因子，边界含沙量中粉砂占比增大会使潮汐韵律层整体粗化且砂质层厚度增大，当边界含沙量整体显著增大时，潮滩上的垂向潮汐韵律层会更加完整且厚度明显增大。潮汐层理的形成与特征是多种因子共同作用的结果，后续需进一步探究包括波浪、风暴潮、潮滩生物等其他因子的作用。
2021, 43(10): 81-89.
doi: 10.12284/hyxb2021159
摘要:
本文基于Longuet-Higgins随机波浪模型和JONSWAP谱，进行了大量深水随机波的模拟，获取了畸形波发生概率稳定的随机波列，并对随机波列中的畸形波进行了分析。结果表明，畸形波发生的概率小于基于Rayleigh分布预测结果，且随谱宽的减小而增大。在固定时间段内，畸形波发生的频次服从泊松分布，时间间隔服从指数分布，且随着谱宽的增大，畸形波的发生频次减小，相邻畸形波的发生时间间隔增加。通过小波变换方法分离随机波中的波群，研究了出现畸形波的波群特征，发现一个波群中最多会出现4个畸形波，但是在发生畸形波的波群中，单个畸形波的概率最大。随着谱宽减小，一个波群中包含多个畸形波的概率增加。另外，出现畸形波的波群时间长度服从广义极值分布，随着谱宽减小，畸形波波群的时间跨度增加。
本文基于Longuet-Higgins随机波浪模型和JONSWAP谱，进行了大量深水随机波的模拟，获取了畸形波发生概率稳定的随机波列，并对随机波列中的畸形波进行了分析。结果表明，畸形波发生的概率小于基于Rayleigh分布预测结果，且随谱宽的减小而增大。在固定时间段内，畸形波发生的频次服从泊松分布，时间间隔服从指数分布，且随着谱宽的增大，畸形波的发生频次减小，相邻畸形波的发生时间间隔增加。通过小波变换方法分离随机波中的波群，研究了出现畸形波的波群特征，发现一个波群中最多会出现4个畸形波，但是在发生畸形波的波群中，单个畸形波的概率最大。随着谱宽减小，一个波群中包含多个畸形波的概率增加。另外，出现畸形波的波群时间长度服从广义极值分布，随着谱宽减小，畸形波波群的时间跨度增加。
2021, 43(10): 90-96.
doi: 10.12284/hyxb2021131
摘要:
本文建立了波浪在局部可渗透水平海床上传播的解析解，并研究了波浪在局部可渗透海床上的透射、反射问题。研究中将计算域划分为4个区域，中间区域为流域，海底可渗透，其下区域为多孔介质海床，左右两个区域也为流域，但海底不可渗透。应用线性波浪理论，建立了各流域包含非传播模态的速度势表达式，给出了海床内部的压强表达式，并利用交界面上匹配条件，求解了表达式中的待定系数。基于该解析模型，探讨了海床渗透系数、相对水深、渗透海床长度对波浪传播变形的影响。结果表明，波高沿程衰减，强度随渗透系数、渗透海床长度的增加以及相对水深的减小而变大；局部可渗透海床会引起波浪的反射和透射，随着海床长度的增加，反射系数振荡变化，并最终趋于常数，透射系数指数衰减，并最终趋于0。
本文建立了波浪在局部可渗透水平海床上传播的解析解，并研究了波浪在局部可渗透海床上的透射、反射问题。研究中将计算域划分为4个区域，中间区域为流域，海底可渗透，其下区域为多孔介质海床，左右两个区域也为流域，但海底不可渗透。应用线性波浪理论，建立了各流域包含非传播模态的速度势表达式，给出了海床内部的压强表达式，并利用交界面上匹配条件，求解了表达式中的待定系数。基于该解析模型，探讨了海床渗透系数、相对水深、渗透海床长度对波浪传播变形的影响。结果表明，波高沿程衰减，强度随渗透系数、渗透海床长度的增加以及相对水深的减小而变大；局部可渗透海床会引起波浪的反射和透射，随着海床长度的增加，反射系数振荡变化，并最终趋于常数，透射系数指数衰减，并最终趋于0。
2021, 43(10): 97-105.
doi: 10.12284/hyxb2021137
摘要:
波浪破碎是海洋中最常见的现象之一，其能够对海洋中的结构物产生巨大的波浪力作用。本文在大比尺波浪水槽通过聚焦波的方法生成了极端波浪和不同破碎阶段的破碎波浪，并对其冲击桩柱过程中的点压力进行了测量，进而采用连续小波变换的方法，对桩柱上点压力的分布及大小进行了细致分析。结果表明，多次重复试验下，相比非破碎极端波浪，破碎极端波浪产生的点压力离散性更强；波浪破碎程度越大，测点位置越靠近波峰，则点压力离散程度越大；破碎波的最大点压力出现在1.2倍的最大波面附近，且其大小可达3倍的最大静水压力；基于点压力小波谱，不同破碎阶段破碎波产生冲击作用不同，对于波浪作用桩柱前波浪已经发生破碎的情况，其冲击区域更大，点压力分布更复杂；而对于桩面破碎的情况，其造成的波浪总力更大。
波浪破碎是海洋中最常见的现象之一，其能够对海洋中的结构物产生巨大的波浪力作用。本文在大比尺波浪水槽通过聚焦波的方法生成了极端波浪和不同破碎阶段的破碎波浪，并对其冲击桩柱过程中的点压力进行了测量，进而采用连续小波变换的方法，对桩柱上点压力的分布及大小进行了细致分析。结果表明，多次重复试验下，相比非破碎极端波浪，破碎极端波浪产生的点压力离散性更强；波浪破碎程度越大，测点位置越靠近波峰，则点压力离散程度越大；破碎波的最大点压力出现在1.2倍的最大波面附近，且其大小可达3倍的最大静水压力；基于点压力小波谱，不同破碎阶段破碎波产生冲击作用不同，对于波浪作用桩柱前波浪已经发生破碎的情况，其冲击区域更大，点压力分布更复杂；而对于桩面破碎的情况，其造成的波浪总力更大。
2021, 43(10): 106-114.
doi: 10.12284/hyxb2021133
摘要:
针对复坡堤越浪量的计算问题，提出了采用随机森林算法预测越浪量的方法。首先，通过对欧洲CLASH数据集进行筛选，挑选出符合复坡堤越浪量预测的数据；其次，对数据做无量纲化处理，建立以随机森林为基础的复坡堤越浪量预测模型，并通过网格搜索(GridSearchCV)方法对模型进行调参以改善模型的性能；最后，利用决定系数\begin{document}${R^2}$\end{document} ![]()
![]()
针对复坡堤越浪量的计算问题，提出了采用随机森林算法预测越浪量的方法。首先，通过对欧洲CLASH数据集进行筛选，挑选出符合复坡堤越浪量预测的数据；其次，对数据做无量纲化处理，建立以随机森林为基础的复坡堤越浪量预测模型，并通过网格搜索(GridSearchCV)方法对模型进行调参以改善模型的性能；最后，利用决定系数
2021, 43(10): 115-123.
doi: 10.12284/hyxb2021157
摘要:
中法海洋卫星散射计(CSCAT)使用扇形波束旋转扫描体制，能够以多角度测量同一海面的雷达后向散射系数，并具有空间分辨率较高的特点。这为近海岸海面风场反演提供了新的机遇。本文介绍了CSCAT近海岸海面风场处理的主要流程和关键技术。特别地，在风场反演之前，利用一种矩形窗算术平均的方法将L1B级的高分辨率条带数据组合平均到相应的风矢量单元中，从而实现近海岸风场反演的快速预处理。通过对比CSCAT、欧洲先进散射计(ASCAT)以及美国QuikSCAT的近海岸风场，发现CSCAT风场的质量在离岸40 km以外区域具有良好的一致性，而在离岸40 km以内显著恶化。分析表明，CSCAT近海岸区域风场统计特征恶化的原因可能是由潜在的海冰污染引起的。总体而言，CSCAT的近海岸风场与模式背景风场和浮标风场都具有良好的一致性。
中法海洋卫星散射计(CSCAT)使用扇形波束旋转扫描体制，能够以多角度测量同一海面的雷达后向散射系数，并具有空间分辨率较高的特点。这为近海岸海面风场反演提供了新的机遇。本文介绍了CSCAT近海岸海面风场处理的主要流程和关键技术。特别地，在风场反演之前，利用一种矩形窗算术平均的方法将L1B级的高分辨率条带数据组合平均到相应的风矢量单元中，从而实现近海岸风场反演的快速预处理。通过对比CSCAT、欧洲先进散射计(ASCAT)以及美国QuikSCAT的近海岸风场，发现CSCAT风场的质量在离岸40 km以外区域具有良好的一致性，而在离岸40 km以内显著恶化。分析表明，CSCAT近海岸区域风场统计特征恶化的原因可能是由潜在的海冰污染引起的。总体而言，CSCAT的近海岸风场与模式背景风场和浮标风场都具有良好的一致性。
2021, 43(10): 124-136.
doi: 10.12284/hyxb2021121
摘要:
基于中尺度数值模式WRF及其三维变分同化系统，自主构建了新的探测仪器GMI(Global Precipitation Measurement (GPM) Microwave Imager)的同化模块。本文以2014年太平洋台风季中台风“麦德姆”为例，实现了GMI资料在登陆台风中的有效应用。试验结果表明：晴空条件下GMI资料同化能够对模式背景场中的台风位置进行有效修正。与没有同化该资料的控制试验相比，同化GMI微波成像仪资料可以有效改进台风暖心结构的分析，同时使得台风涡旋环流结构增强，并进而提高了对台风路径的预报水平。
基于中尺度数值模式WRF及其三维变分同化系统，自主构建了新的探测仪器GMI(Global Precipitation Measurement (GPM) Microwave Imager)的同化模块。本文以2014年太平洋台风季中台风“麦德姆”为例，实现了GMI资料在登陆台风中的有效应用。试验结果表明：晴空条件下GMI资料同化能够对模式背景场中的台风位置进行有效修正。与没有同化该资料的控制试验相比，同化GMI微波成像仪资料可以有效改进台风暖心结构的分析，同时使得台风涡旋环流结构增强，并进而提高了对台风路径的预报水平。
2021, 43(10): 137-148.
doi: 10.12284/hyxb2021139
摘要:
粒子滤波器(PF)是一种非常具有应用前景的非线性资料同化方法。但由于其算法本身存在的粒子退化问题，目前尚未被广泛地应用于大型地球物理模式。目前主流的集合同化系统仍然倾向于使用集合卡尔曼滤波器(EnKF)及其衍生方法。一种新近被提出的局地化粒子滤波器(LPF)在经典的粒子滤波器算法中引入局地化技术，可以使用较小的计算成本有效地避免退化问题，具有非常大的业务应用潜力。本文在全耦合的通用地球系统模式中开展了LPF和EnKF的同化实验，同化资料为模拟的卫星海表温度资料。着重考察了不同局地化参数对两种方法的不同影响，对比了局地化粒子滤波器与集合卡尔曼滤波器的同化效果差异。比较的结果表明，LPF的同化效果对于局地化参数的选择非常敏感，在使用最优局地化参数的条件下，LPF能达到与EnKF相当甚至优于后者的同化效果，并具有较大的改进空间。
粒子滤波器(PF)是一种非常具有应用前景的非线性资料同化方法。但由于其算法本身存在的粒子退化问题，目前尚未被广泛地应用于大型地球物理模式。目前主流的集合同化系统仍然倾向于使用集合卡尔曼滤波器(EnKF)及其衍生方法。一种新近被提出的局地化粒子滤波器(LPF)在经典的粒子滤波器算法中引入局地化技术，可以使用较小的计算成本有效地避免退化问题，具有非常大的业务应用潜力。本文在全耦合的通用地球系统模式中开展了LPF和EnKF的同化实验，同化资料为模拟的卫星海表温度资料。着重考察了不同局地化参数对两种方法的不同影响，对比了局地化粒子滤波器与集合卡尔曼滤波器的同化效果差异。比较的结果表明，LPF的同化效果对于局地化参数的选择非常敏感，在使用最优局地化参数的条件下，LPF能达到与EnKF相当甚至优于后者的同化效果，并具有较大的改进空间。
2021, 43(10): 149-156.
doi: 10.12284/hyxb2021167
摘要:
海冰的精准分类对于掌握海冰生长发育状况，保障航海安全等具有重要意义。由于受数据源和分类方法等影响，使得海冰分类精度提高受限。本文面向高空间分辨率的光学遥感影像，提出了一种融合纹理特征和归一化差分植被指数（NDVI）的海冰精准分类方法，运用随机森林分类器构建海冰分类方法。以青岛胶州湾为实验区，高分二号（GF-2）为实验数据，进行了海冰类型提取，并与其他分类方法进行对比。结果显示：针对GF-2高分辨率光学遥感数据，融合纹理特征和NDVI的随机森林方法，相比于传统的随机森林、支持向量机、自动决策树和融合纹理特征的最大似然分类方法，总体分类精度分别提高13.70%、11.60%、19.22%、29.37%。Kappa系数分别提高0.16、0.13、0.22、0.44。相比于融合纹理特征和归一化水指数（NDWI）的随机森林方法，总体分类精度提高了9.67%，Kappa系数提高了0.09。这表明本文构建的海冰分类方法可有效提高海冰分类精度，为海冰的精确分类提供了一种有效的技术手段。
海冰的精准分类对于掌握海冰生长发育状况，保障航海安全等具有重要意义。由于受数据源和分类方法等影响，使得海冰分类精度提高受限。本文面向高空间分辨率的光学遥感影像，提出了一种融合纹理特征和归一化差分植被指数（NDVI）的海冰精准分类方法，运用随机森林分类器构建海冰分类方法。以青岛胶州湾为实验区，高分二号（GF-2）为实验数据，进行了海冰类型提取，并与其他分类方法进行对比。结果显示：针对GF-2高分辨率光学遥感数据，融合纹理特征和NDVI的随机森林方法，相比于传统的随机森林、支持向量机、自动决策树和融合纹理特征的最大似然分类方法，总体分类精度分别提高13.70%、11.60%、19.22%、29.37%。Kappa系数分别提高0.16、0.13、0.22、0.44。相比于融合纹理特征和归一化水指数（NDWI）的随机森林方法，总体分类精度提高了9.67%，Kappa系数提高了0.09。这表明本文构建的海冰分类方法可有效提高海冰分类精度，为海冰的精确分类提供了一种有效的技术手段。
Email alert
RSS
