2024年 第46卷 第12期
2024, 46(12): 1-12.
doi: 10.12284/hyxb2024107
摘要:
随着北极环境快速变化，北冰洋水团的分布特征也在发生改变，潜在地影响了海洋内部的物理和生物地球化学过程。本文使用最新的持续近1 a的MOSAiC海洋观测数据和高分辨率GLORYS12V1再分析数据分析了MOSAiC跨欧亚海盆漂流路径上水团温度和盐度的变化特征，并探究了大西洋水入流对路径水团温盐变化的影响。结果表明：（1）沿漂流路径海洋上100 m层的温盐自阿蒙森海盆至南森海盆呈现先升高后降低的变化特征，其中盐度在0～20 m层的空间差异最大，在南森海盆出现盐度大于34的高盐水；温度在100 m层空间差异最大，0℃等温线深度在南森海盆部分海区达到100 m以浅；虽然GLORYS12V1在南森海盆对上层温度模拟偏高，但其整体上抓住了漂流路径上温盐水平和垂向的主要变化特征，模拟水平较好。（2）高温高盐的大西洋水在欧亚海盆总体呈现为逆时针的流环，且输运过程中其深度逐渐加深，决定了中上层海洋温盐水平和垂向分布的整体差异；南森海盆表层20 m的高盐特征是由于漂流路径进入斯瓦尔巴群岛北部冬季深对流的势力范围，而大风事件对漂流路径上层温盐分布差异的作用有限。（3）在南森海盆西部100 m层，GLORYS12V1模拟的大西洋水水平扩展范围偏北，造成了该处模拟温度偏高的现象，分析认为改进边界大西洋入流通量的设置或可提升再分析数据精度。
随着北极环境快速变化，北冰洋水团的分布特征也在发生改变，潜在地影响了海洋内部的物理和生物地球化学过程。本文使用最新的持续近1 a的MOSAiC海洋观测数据和高分辨率GLORYS12V1再分析数据分析了MOSAiC跨欧亚海盆漂流路径上水团温度和盐度的变化特征，并探究了大西洋水入流对路径水团温盐变化的影响。结果表明：（1）沿漂流路径海洋上100 m层的温盐自阿蒙森海盆至南森海盆呈现先升高后降低的变化特征，其中盐度在0～20 m层的空间差异最大，在南森海盆出现盐度大于34的高盐水；温度在100 m层空间差异最大，0℃等温线深度在南森海盆部分海区达到100 m以浅；虽然GLORYS12V1在南森海盆对上层温度模拟偏高，但其整体上抓住了漂流路径上温盐水平和垂向的主要变化特征，模拟水平较好。（2）高温高盐的大西洋水在欧亚海盆总体呈现为逆时针的流环，且输运过程中其深度逐渐加深，决定了中上层海洋温盐水平和垂向分布的整体差异；南森海盆表层20 m的高盐特征是由于漂流路径进入斯瓦尔巴群岛北部冬季深对流的势力范围，而大风事件对漂流路径上层温盐分布差异的作用有限。（3）在南森海盆西部100 m层，GLORYS12V1模拟的大西洋水水平扩展范围偏北，造成了该处模拟温度偏高的现象，分析认为改进边界大西洋入流通量的设置或可提升再分析数据精度。
2024, 46(12): 13-25.
doi: 10.12284/hyxb2024125
摘要:
近几十年来，位于莱州湾东北部的界河两侧海滩（以下简称“界河海滩”）在河流入海泥沙减少背景下发生严重侵蚀，再加上裕龙岛（一个大型离岸人工岛）等沿海工程建设的影响，界河海滩的海岸线演变异常复杂。本文使用1984−2024年的1186 幅卫星图像，采用聚焦剖面方法和亚像素海岸线识别技术研究界河海滩的海岸线演变，评估河流输沙和沿海工程的影响。结果显示界河海滩早期（1984−2004年）的演变主要受界河河口的封闭和打开、沙嘴的沿岸运移以及沙坝的向岸运移控制，总体上发生侵蚀；界河海滩后期（2004−2024年）的演变主要受裕龙岛等沿海工程建造影响，总体上发生淤进。在沿海开发日益加剧的今天，合理布局沿海工程有望减缓海滩侵蚀。
近几十年来，位于莱州湾东北部的界河两侧海滩（以下简称“界河海滩”）在河流入海泥沙减少背景下发生严重侵蚀，再加上裕龙岛（一个大型离岸人工岛）等沿海工程建设的影响，界河海滩的海岸线演变异常复杂。本文使用1984−2024年的
2024, 46(12): 26-39.
doi: 10.12284/hyxb2024129
摘要:
泥沙输运是河口海岸研究的基础问题，对河口地貌演变、生态环境和工程建设具有重要的科学意义和应用价值。本文以漠阳江河口为例，基于船载和坐底三角架实测的海流、波浪和含沙量数据，分析漠阳江河口定点剖面上悬沙的沿岸和垂岸的输运趋势并计算泥沙输运通量，探讨波潮型河口的泥沙输移机制与运移规律，主要发现包括：（1）洪季口门处受径流作用主控，输沙量随着流量的增大而增大，沿岸输沙与垂岸输沙在流量最大的小潮期间达到最大值，分别为111.9 g/（m2·s）和269.5 g/（m2·s）；洪季拦门沙处则受波浪与潮流共同控制，沿岸输沙在大小潮期间皆为沿岸向西输运，垂岸输沙在大潮期间由落潮流主导离岸输沙4.0 g/（m2·s），小潮期间由波浪主导向岸输沙19.0 g/（m2·s）。（2）枯季拦门沙处受潮流和波浪主控，垂岸输沙以落潮流携沙向海输运为主，而沿岸输沙受波浪动力控制，在波生沿岸流作用下沿岸向东输沙；枯季拦门沙东侧同样受潮流和波浪主控，垂岸输沙在大潮期间为涨潮流主导携沙向岸输运，之后随着潮动力减弱转为离岸输运，沿岸输沙受波生沿岸流的影响沿岸向东输运。（3）洪季观测期间口门处向海输运显著，垂向上各水层流向一致；小潮期间出现水层流向分化，表层向海输运，底层向陆输运；拦门沙处大小潮时段垂向上各水层流向较为一致，但潮平均后大潮各水层向海输运，小潮各水层向岸输运，小潮期间受波浪作用明显，向岸输运占比达到79%。（4）漠阳江河口口门处在下泄径流与落潮流影响下以向海输沙为主，而口门外拦门沙处影响泥沙输运的最主要因素是潮流的向海输沙和波浪的沿岸输沙。
泥沙输运是河口海岸研究的基础问题，对河口地貌演变、生态环境和工程建设具有重要的科学意义和应用价值。本文以漠阳江河口为例，基于船载和坐底三角架实测的海流、波浪和含沙量数据，分析漠阳江河口定点剖面上悬沙的沿岸和垂岸的输运趋势并计算泥沙输运通量，探讨波潮型河口的泥沙输移机制与运移规律，主要发现包括：（1）洪季口门处受径流作用主控，输沙量随着流量的增大而增大，沿岸输沙与垂岸输沙在流量最大的小潮期间达到最大值，分别为111.9 g/（m2·s）和269.5 g/（m2·s）；洪季拦门沙处则受波浪与潮流共同控制，沿岸输沙在大小潮期间皆为沿岸向西输运，垂岸输沙在大潮期间由落潮流主导离岸输沙4.0 g/（m2·s），小潮期间由波浪主导向岸输沙19.0 g/（m2·s）。（2）枯季拦门沙处受潮流和波浪主控，垂岸输沙以落潮流携沙向海输运为主，而沿岸输沙受波浪动力控制，在波生沿岸流作用下沿岸向东输沙；枯季拦门沙东侧同样受潮流和波浪主控，垂岸输沙在大潮期间为涨潮流主导携沙向岸输运，之后随着潮动力减弱转为离岸输运，沿岸输沙受波生沿岸流的影响沿岸向东输运。（3）洪季观测期间口门处向海输运显著，垂向上各水层流向一致；小潮期间出现水层流向分化，表层向海输运，底层向陆输运；拦门沙处大小潮时段垂向上各水层流向较为一致，但潮平均后大潮各水层向海输运，小潮各水层向岸输运，小潮期间受波浪作用明显，向岸输运占比达到79%。（4）漠阳江河口口门处在下泄径流与落潮流影响下以向海输沙为主，而口门外拦门沙处影响泥沙输运的最主要因素是潮流的向海输沙和波浪的沿岸输沙。
2024, 46(12): 40-52.
doi: 10.12284/hyxb2024055
摘要:
渤海湾盆地莱州湾凹陷沙四上亚段至沙三下亚段广泛发育砂质滩坝与混积滩坝，具有良好的勘探潜力。但有关滩坝的沉积特征、成因机制及演化模式不清，严重制约了该类沉积的勘探与预测。因此，本文综合利用钻井、录井、地震等资料，精细恢复了研究区的微古地貌，明确了多级缓坡地貌对研究区不同位置滩坝发育的控制作用，总结了其沉积特征及主控因素，构建了沉积模式。结果表明：（1）砂质滩坝主要发育于沙四上亚段辫状河三角洲前端侧翼，主要受一级缓坡迎风地貌、强物源供给、古风向共同控制。（2）厚层混积滩坝主要发育在沙四上亚段次级缓坡迎风带，受古地貌、中−强物源、强沿岸流的共同影响。（3）薄层混积滩坝发育在沙三下亚段一级缓坡迎风带，受古地貌、弱物源、古风向、沿岸流的综合影响。通过对多级缓坡地貌的划分，沉积模式的建立，有助于预测滩坝砂体的分布，为渤海湾盆地滩坝砂体的勘探提供借鉴。
渤海湾盆地莱州湾凹陷沙四上亚段至沙三下亚段广泛发育砂质滩坝与混积滩坝，具有良好的勘探潜力。但有关滩坝的沉积特征、成因机制及演化模式不清，严重制约了该类沉积的勘探与预测。因此，本文综合利用钻井、录井、地震等资料，精细恢复了研究区的微古地貌，明确了多级缓坡地貌对研究区不同位置滩坝发育的控制作用，总结了其沉积特征及主控因素，构建了沉积模式。结果表明：（1）砂质滩坝主要发育于沙四上亚段辫状河三角洲前端侧翼，主要受一级缓坡迎风地貌、强物源供给、古风向共同控制。（2）厚层混积滩坝主要发育在沙四上亚段次级缓坡迎风带，受古地貌、中−强物源、强沿岸流的共同影响。（3）薄层混积滩坝发育在沙三下亚段一级缓坡迎风带，受古地貌、弱物源、古风向、沿岸流的综合影响。通过对多级缓坡地貌的划分，沉积模式的建立，有助于预测滩坝砂体的分布，为渤海湾盆地滩坝砂体的勘探提供借鉴。
2024, 46(12): 53-65.
doi: 10.12284/hyxb2024085
摘要:
琼东南盆地乐东凹陷梅山组海底扇天然气勘探潜力大。大多数学者认为梅山组海底扇为浊流成因，但钻井岩心揭示，砂砾岩中发育粒径高达5 cm的砾石，砂砾岩段磨圆度好，分选性差，海底扇的浊流成因无法解释此类砂砾岩成因，同时，经典的海底扇模式对砂体分布预测存在局限。基于岩心、薄片观察和粒度分析，对研究区海底扇岩石学特征和沉积构造开展系统研究，提出研究区海底扇为浊流和异重流交互沉积成因，区分了浊积岩与异重岩垂向叠置序列；结合古地貌特征，建立起梅山组海底扇成因演化模式。结果表明，研究区梅山组异重岩成分成熟度低，以长石质岩屑砂岩为主，岩石分选极差、磨圆次棱角−圆状，为中−高结构成熟度；块状砂质砾岩中，砾石定向排列、逆正粒序层理、平行层理、炭屑与生物化石碎片等构造是异重流沉积的典型特征；研究区海底扇发育多期浊积岩与异重岩叠置序列，梅山组早期以浊流沉积朵叶为主，中期以异重流沉积水道为主，晚期以浊流沉积水道为主，预测研究区南部发育更有利的海底扇储集砂体。成果可以为琼东南盆地海底扇有利砂体分布预测提供依据，对油气田勘探开发目标选取具有指导意义。
琼东南盆地乐东凹陷梅山组海底扇天然气勘探潜力大。大多数学者认为梅山组海底扇为浊流成因，但钻井岩心揭示，砂砾岩中发育粒径高达5 cm的砾石，砂砾岩段磨圆度好，分选性差，海底扇的浊流成因无法解释此类砂砾岩成因，同时，经典的海底扇模式对砂体分布预测存在局限。基于岩心、薄片观察和粒度分析，对研究区海底扇岩石学特征和沉积构造开展系统研究，提出研究区海底扇为浊流和异重流交互沉积成因，区分了浊积岩与异重岩垂向叠置序列；结合古地貌特征，建立起梅山组海底扇成因演化模式。结果表明，研究区梅山组异重岩成分成熟度低，以长石质岩屑砂岩为主，岩石分选极差、磨圆次棱角−圆状，为中−高结构成熟度；块状砂质砾岩中，砾石定向排列、逆正粒序层理、平行层理、炭屑与生物化石碎片等构造是异重流沉积的典型特征；研究区海底扇发育多期浊积岩与异重岩叠置序列，梅山组早期以浊流沉积朵叶为主，中期以异重流沉积水道为主，晚期以浊流沉积水道为主，预测研究区南部发育更有利的海底扇储集砂体。成果可以为琼东南盆地海底扇有利砂体分布预测提供依据，对油气田勘探开发目标选取具有指导意义。
2024, 46(12): 66-78.
doi: 10.12284/hyxb2024031
摘要:
新生古储的潜山油气已成为我国海域盆地的重要勘探领域。渤海湾盆地的沙西北地区是一个典型碳酸盐岩潜山带，由于对其发育的多期裂缝的控储作用及与之相关的岩溶性质缺乏研究，制约了碳酸盐岩潜山的油气勘探。本文通过详细分析沙西北地区碳酸盐岩潜山储层缝−洞系统发育特征，研究裂缝与岩溶的控储作用。结果表明，渤海海域渤中西南环下古生界碳酸盐岩潜山属于裂缝相关岩溶储层，储集空间主要为溶蚀孔洞、构造裂缝和沿构造裂缝溶蚀扩大孔洞，优质储层具有岩性选择性，泥晶白云岩和细晶白云岩发育的裂缝和溶蚀孔洞更好。储层主要发育3期裂缝，E−W向和NE向剪裂缝主要与印支期和燕山末期的两次构造挤压有关，第三期NW向张裂缝则与喜山期的拉张运动有关，挤压作用是形成高密度缝的主要机制，后期的伸展作用是裂缝松弛形成储集空间的必要条件。下古生界碳酸盐岩潜山储层经历了3期岩溶作用，分别为加里东稳定构造背景的岩溶、印支期挤压褶皱成山背景的岩溶和燕山期−新生代早期伸展背景的断块地垒岩溶。总之，渤海湾盆地沙西北地区碳酸盐岩潜山储层是多期次多类型构造−岩溶作用联合复合形成的，不同构造部位的联合复合程度差异分析是认识成储规律的重要因素。
新生古储的潜山油气已成为我国海域盆地的重要勘探领域。渤海湾盆地的沙西北地区是一个典型碳酸盐岩潜山带，由于对其发育的多期裂缝的控储作用及与之相关的岩溶性质缺乏研究，制约了碳酸盐岩潜山的油气勘探。本文通过详细分析沙西北地区碳酸盐岩潜山储层缝−洞系统发育特征，研究裂缝与岩溶的控储作用。结果表明，渤海海域渤中西南环下古生界碳酸盐岩潜山属于裂缝相关岩溶储层，储集空间主要为溶蚀孔洞、构造裂缝和沿构造裂缝溶蚀扩大孔洞，优质储层具有岩性选择性，泥晶白云岩和细晶白云岩发育的裂缝和溶蚀孔洞更好。储层主要发育3期裂缝，E−W向和NE向剪裂缝主要与印支期和燕山末期的两次构造挤压有关，第三期NW向张裂缝则与喜山期的拉张运动有关，挤压作用是形成高密度缝的主要机制，后期的伸展作用是裂缝松弛形成储集空间的必要条件。下古生界碳酸盐岩潜山储层经历了3期岩溶作用，分别为加里东稳定构造背景的岩溶、印支期挤压褶皱成山背景的岩溶和燕山期−新生代早期伸展背景的断块地垒岩溶。总之，渤海湾盆地沙西北地区碳酸盐岩潜山储层是多期次多类型构造−岩溶作用联合复合形成的，不同构造部位的联合复合程度差异分析是认识成储规律的重要因素。
2024, 46(12): 79-86.
doi: 10.12284/hyxb2024111
摘要:
对于细长杆件上的受力，工程上大多是通过Morison方程来计算波浪荷载。由于以往求解波浪力的Morison方程大部分都是简化方程，将桩体假设为刚体，没有考虑到桩体的弹性变形。基于径向基函数这一无网格方法，将考虑了桩体弹性变形的Morison方程和动力平衡方程联立求解，得到单桩在波浪荷载作用下的波浪力和动力响应，并将其与规范方法和以往的文献方法作对比，验证了此方法的准确性。将此方法应用于实际工程案例，可得到最不利工况下工作平台的动力响应。径向基函数计算简便，易于掌握，可将其应用于实际工程中，为以后的海上结构物计算提供了一个新的方向。
对于细长杆件上的受力，工程上大多是通过Morison方程来计算波浪荷载。由于以往求解波浪力的Morison方程大部分都是简化方程，将桩体假设为刚体，没有考虑到桩体的弹性变形。基于径向基函数这一无网格方法，将考虑了桩体弹性变形的Morison方程和动力平衡方程联立求解，得到单桩在波浪荷载作用下的波浪力和动力响应，并将其与规范方法和以往的文献方法作对比，验证了此方法的准确性。将此方法应用于实际工程案例，可得到最不利工况下工作平台的动力响应。径向基函数计算简便，易于掌握，可将其应用于实际工程中，为以后的海上结构物计算提供了一个新的方向。
2024, 46(12): 87-99.
doi: 10.12284/hyxb2024117
摘要:
真实海洋环境中的岛礁通常具有复合式地貌，礁坪往往呈现出非平整的特征。以往大量的研究工作主要关注简化的台阶式岛礁模型，并未对复合式岸礁非平整礁坪对波浪传播演变特性的影响开展深入的研究工作。为了弥补前人研究的不足，本文开展了物理模型试验，系统研究了类海啸波在复合式岸礁上的传播演变特性，以往的研究并没有考虑礁坪地形的非平整性对孤立波带来的影响，因此本文分析了入射波高、礁坪水深的影响。为了研究不同入射波条件下非平整礁坪几何特征对类海啸波传播演变以及海墙载荷特性的影响，本文进一步开展了一系列的高分辨率数值计算。先通过物理试验来验证数值模拟方法的准确性，再用数值计算研究了孤立波的入射波高和礁坪淹没水深2种波浪要素以及第二礁坪高度、礁坪台阶位置和礁前斜坡坡度3种复杂岛礁地形因素影响下孤立波的沿程最大波高、反射系数、最大爬高、海墙的最大冲击压强分布、海墙的最大总力与总力矩的变化规律。研究结果表明：孤立波的反射系数随入射波高的增大而减小，随礁坪水深的增大而增大，最大爬高随入射波高的增大而增大，随礁前斜坡的cot α增大而减小。海墙的最大总力与最大总力矩随入射波高和礁坪水深的增大而增大，随第二礁坪的高度增大而降低。海墙上最大冲击压强出现的位置会随入射波高的增大、礁坪水深的增大、礁坪台阶距离海墙距离的减小而上升。研究结果可为进一步保护沿海设施免受极端海洋环境的影响提供一定的参考。
真实海洋环境中的岛礁通常具有复合式地貌，礁坪往往呈现出非平整的特征。以往大量的研究工作主要关注简化的台阶式岛礁模型，并未对复合式岸礁非平整礁坪对波浪传播演变特性的影响开展深入的研究工作。为了弥补前人研究的不足，本文开展了物理模型试验，系统研究了类海啸波在复合式岸礁上的传播演变特性，以往的研究并没有考虑礁坪地形的非平整性对孤立波带来的影响，因此本文分析了入射波高、礁坪水深的影响。为了研究不同入射波条件下非平整礁坪几何特征对类海啸波传播演变以及海墙载荷特性的影响，本文进一步开展了一系列的高分辨率数值计算。先通过物理试验来验证数值模拟方法的准确性，再用数值计算研究了孤立波的入射波高和礁坪淹没水深2种波浪要素以及第二礁坪高度、礁坪台阶位置和礁前斜坡坡度3种复杂岛礁地形因素影响下孤立波的沿程最大波高、反射系数、最大爬高、海墙的最大冲击压强分布、海墙的最大总力与总力矩的变化规律。研究结果表明：孤立波的反射系数随入射波高的增大而减小，随礁坪水深的增大而增大，最大爬高随入射波高的增大而增大，随礁前斜坡的cot α增大而减小。海墙的最大总力与最大总力矩随入射波高和礁坪水深的增大而增大，随第二礁坪的高度增大而降低。海墙上最大冲击压强出现的位置会随入射波高的增大、礁坪水深的增大、礁坪台阶距离海墙距离的减小而上升。研究结果可为进一步保护沿海设施免受极端海洋环境的影响提供一定的参考。
2024, 46(12): 100-110.
doi: 10.12284/hyxb2024115
摘要:
海洋流场的流线构造与放置对于认识和理解海洋流场具有重要意义。在流线绘制过程中，积分步长的选择至关重要，能够直接影响流线放置效果。固定步长算法由于无法适应曲率不断变化的情形往往不被采用，以往自适应步长流线算法存在自由度低以及多尺度适用性差的问题。针对上述问题，本文首次将信息熵引入到步长计算中，提出了信息熵控制的海洋流线自适应步长算法。该算法首先通过计算流场信息熵得到熵场，然后依据熵值大小将流场划分为高熵区域和低熵区域，并为每个积分点赋予新的步长，使得流场可以根据变化剧烈程度自适应调整步长大小，即高熵区域（变化剧烈的区域）步长较小，低熵区域（变化平缓的区域）步长较大。实验结果表明，本文算法能够显著增加变化剧烈区域的积分点数目和流线条数，更好地绘制特征处的流线细节，同时在不会影响放置效果的前提下减少了非重要区域的积分点数目和流线条数以提高计算效率，相比以往自适应步长算法显著提高了步长调节的自由度以及尺度适用性，可以应用于不同尺度的海洋流场。
海洋流场的流线构造与放置对于认识和理解海洋流场具有重要意义。在流线绘制过程中，积分步长的选择至关重要，能够直接影响流线放置效果。固定步长算法由于无法适应曲率不断变化的情形往往不被采用，以往自适应步长流线算法存在自由度低以及多尺度适用性差的问题。针对上述问题，本文首次将信息熵引入到步长计算中，提出了信息熵控制的海洋流线自适应步长算法。该算法首先通过计算流场信息熵得到熵场，然后依据熵值大小将流场划分为高熵区域和低熵区域，并为每个积分点赋予新的步长，使得流场可以根据变化剧烈程度自适应调整步长大小，即高熵区域（变化剧烈的区域）步长较小，低熵区域（变化平缓的区域）步长较大。实验结果表明，本文算法能够显著增加变化剧烈区域的积分点数目和流线条数，更好地绘制特征处的流线细节，同时在不会影响放置效果的前提下减少了非重要区域的积分点数目和流线条数以提高计算效率，相比以往自适应步长算法显著提高了步长调节的自由度以及尺度适用性，可以应用于不同尺度的海洋流场。
2024, 46(12): 111-121.
doi: 10.12284/hyxb2024127
摘要:
厄尔尼诺−南方涛动预测是气候变化研究的热点问题之一。本文将Swin-Transformer模型与时空融合注意力机制相结合，采用1850−2014年CMIP6多模式模拟历史数据、1871−1979年SODA同化数据和1980−2023年GODAS同化数据，构建厄尔尼诺−南方涛动预测模型，即ENSO-STformer。该模型通过在CMIP6和SODA数据集上进行充分的训练，并在GODAS数据上进行评估，结果表明：本文模型在提前11个月的Niño3.4指数相关技巧的平均值上分别比CanCM4、CCSM3、GFDLaer04动力预报系统高出5.1%、21.6%和12.4%，同时，在中长期的Niño3.4指数相关技巧上显著优于其他深度学习模型，并可以进行长达24个月的有效ENSO预测，此外，在对2015−2016年厄尔尼诺事件模拟中表现出较强的应对春季预报障碍能力。
厄尔尼诺−南方涛动预测是气候变化研究的热点问题之一。本文将Swin-Transformer模型与时空融合注意力机制相结合，采用1850−2014年CMIP6多模式模拟历史数据、1871−1979年SODA同化数据和1980−2023年GODAS同化数据，构建厄尔尼诺−南方涛动预测模型，即ENSO-STformer。该模型通过在CMIP6和SODA数据集上进行充分的训练，并在GODAS数据上进行评估，结果表明：本文模型在提前11个月的Niño3.4指数相关技巧的平均值上分别比CanCM4、CCSM3、GFDLaer04动力预报系统高出5.1%、21.6%和12.4%，同时，在中长期的Niño3.4指数相关技巧上显著优于其他深度学习模型，并可以进行长达24个月的有效ENSO预测，此外，在对2015−2016年厄尔尼诺事件模拟中表现出较强的应对春季预报障碍能力。
2024, 46(12): 122-134.
doi: 10.12284/hyxb2024119
摘要:
短临降水预报是气象学和水文学中的重要任务之一，但在现有深度学习方法中，其预测结果模糊不清，并且累计误差大。为了克服这些预测方法中存在累计误差的局限性，以及预测序列结果模糊不清的问题，本文构建了一种基于多尺度注意力编码−动态解码网络（Multi-scale Attention Encoding-Dynamic Decoding Network, MAEDDN）的短临降水预报方法，通过学习输入数据的时空特征来预测未来的降水情况。为了得到更多输入序列的特征信息，在编码过程中，使用带有空间及通道注意力的卷积块进行编码，并增加多尺度融合模块解决降水分布中小尺度与大尺度信息无法同时捕获的问题；增强预测序列的清晰度，需要模型更好地理解降水过程，因此在解码过程中，针对短临降水过程伴随的生成与消散过程，提出了一种动态解码网络，通过学习输入过去数据的强度分布及变化趋势对解码过程进行灵活地筛选。使用公开数据集SEVIR的降水数据进行实验，并与现有最好模型进行对比，实验结果表明：（1）MAEDDN提升了在高强度降水区域的预测能力；（2）MAEDDN预测的图像序列清晰度显著优于其他模型。构建的多尺度注意力编码能够更好地捕捉气象数据的复杂关系；动态解码能够根据不同的情况自适应地选择解码过程，提供更准确的预测结果。
短临降水预报是气象学和水文学中的重要任务之一，但在现有深度学习方法中，其预测结果模糊不清，并且累计误差大。为了克服这些预测方法中存在累计误差的局限性，以及预测序列结果模糊不清的问题，本文构建了一种基于多尺度注意力编码−动态解码网络（Multi-scale Attention Encoding-Dynamic Decoding Network, MAEDDN）的短临降水预报方法，通过学习输入数据的时空特征来预测未来的降水情况。为了得到更多输入序列的特征信息，在编码过程中，使用带有空间及通道注意力的卷积块进行编码，并增加多尺度融合模块解决降水分布中小尺度与大尺度信息无法同时捕获的问题；增强预测序列的清晰度，需要模型更好地理解降水过程，因此在解码过程中，针对短临降水过程伴随的生成与消散过程，提出了一种动态解码网络，通过学习输入过去数据的强度分布及变化趋势对解码过程进行灵活地筛选。使用公开数据集SEVIR的降水数据进行实验，并与现有最好模型进行对比，实验结果表明：（1）MAEDDN提升了在高强度降水区域的预测能力；（2）MAEDDN预测的图像序列清晰度显著优于其他模型。构建的多尺度注意力编码能够更好地捕捉气象数据的复杂关系；动态解码能够根据不同的情况自适应地选择解码过程，提供更准确的预测结果。
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