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利用长短期记忆网络LSTM对赤道太平洋海表面温度短期预报
2024年
海表面温度作为海中一个最重要的变量,对全球气候、海生态等有很大的影响,因此十分有必要对海表面温度(SST)进行预报。深度学习具备高效的数据处理能力,但目前利用深度学习对整个赤道太平洋的SST短期预报及预报技巧的研究仍较少。本文基于最优插值海表面温度(OISST)的日平均SST数据,利用长短期记忆(LSTM)网络构建了未来10天赤道太平洋(10°S~10°N,120°E~80°W)SST的逐日预报模型。LSTM预报模型利用1982~2010年的观测数据进行训练,2011~2020年的观测数据作为初值进行预报和检验评估。结果表明:赤道太平洋东部地区预报均方根误差(RMSE)大于中、西部,东部预报第1天RMSE为0.6℃左右,而中、西部均小于0.3℃。在不同的年际变化位相,预报RMSE在拉尼娜出现时期最大,正常年份次之,厄尔尼诺时期最小,RMSE在拉尼娜时期比在厄尔尼诺时期可达20%。预报偏差整体表现为东正、西负。相关预报技巧上,中部最好,可预报天数基本为10天以上,赤道冷舌附近可预报天数为4~7天,赤道西边部分地区可预报天数为3天。预报模型在赤道太平洋东部地区各月份预报技巧普遍低于西部地区,相比较而言各区域10、11月份预报技巧最低。总的来说,基于LSTM构建的SST预报模型能很好地捕捉到SST在时序上的演变特征,在不同案例中预报表现良好。同时该预报模型依靠数据驱动,能迅速且较好地预报未来10天以内的日平均SST的短期变化。
张桃林鹏飞刘海龙刘海龙王鹏飞郑伟鹏李逸文王鹏飞陈铖
关键词:海表面温度SHORT-TERM赤道太平洋
ENSO振幅不对称与赤道太平洋大气对流–海温非线性敏感性的关系研究
2024年
ENSO (El Niño-Southern Oscillation)冷暖位相的强度存在着明显的非对称性,即El Niño强于La Niña,前人的研究将其归因于海非线性动力加热。本文利用再分析资料比较了ENSO发展期线性动力加热的贡献,发现El Niño发展期内赤道中东太平洋混合层海流及温跃层深度对海面异常风应力的响应要强于La Niña发展期的响应强度,这导致纬向平流反馈以及温跃层反馈均对El Niño的发展产生更大的贡献。这种海动力响应的不对称源自于El Niño期间热带中太平洋的异常西风响应强于La Niña时期间的异常东风响应。研究还发现热带太平洋大气对流–海温的非线性敏感性是风场对ENSO冷暖位相海温产生非对称响应的诱因,即在赤道中东太平洋25.5℃~29℃的背景海温区间,海温升高导致的大气对流加强的幅度要强于等量的海温降低引发的对流减弱的幅度,因此El Niño能激发更强的异常西风。由此,本文揭示了海气耦合的不对称性在“海温→大气对流→海面风应力→海流、温跃层→海温”这一动力链条中的传递过程,为解释ENSO振幅不对称提供了动力逻辑上的依据。
姜明宏谢瑞煌
赤道太平洋温跃层内部湍流混合层与弱剪切非湍流层分布和变异规律
在海中,湍流混合是指不同性质的流体之间的混合过程。由于湍流混合对海中水体交换、物质和能量输运以及不同尺度的海水运动都有重要影响,所以对湍流混合时空分布特征的研究是物理海学中的重要内容之一。最新研究表明,由于沿赤道传...
张晶晶
关键词:赤道潜流
赤道太平洋高生产力和热液活动叠加沉积环境铁组分特征及其古海意义被引量:1
2023年
沉积物Fe组分是研究不同地质历史时期古海氧化还原环境的重要指标,而现代海不同沉积环境下的Fe组分变化特征则是限定这一指标适用范围的基础。东赤道太平洋巴拿马海盆作为高生产力和热液活动的叠加作用沉积区,代表了地质历史上大陆边缘海的一类典型沉积环境,但前人对这类沉积环境的Fe组分研究较为缺乏。本次研究分析了巴拿马海盆氧化底水下ODP 677钻孔(1°12.138′N, 83°44.220′W, 3461 m)约300 m长的岩心柱有机C、Fe组分及氧化还原敏感元素(U、Mo)含量的变化。结果表明, ODP 677钻孔Fe/Al值大约为0.78±0.14(n=35,σ),明显高于上部陆壳的平均值0.44,而Al/Ti值与上部陆壳接近且保持稳定在22.4±1.3(n=35,σ),可以推测,相当一部分Fe应来源于活跃热液活动和高生产力背景下有机碳颗粒对水柱中Fe氢氧化物微粒的吸附或Fe的自聚集/沉淀。高活性Fe与总Fe的比值(FeHR/FeT)大约为0.30±0.10(n=35,σ),远低于活性Fe加入通量的预期,表明一部分活性Fe可能在高生产力背景下转化为活性较差的组分。同时,部分活性Fe发生了黄铁矿化,黄铁矿Fe与高活性Fe比值(Fepy/FeHR)大约为0.39±0.14(n=35,σ),最高可达0.7左右。ODP677钻孔在1.5~2.2Ma(钻孔深度90m处)记录到强烈的有机碳通量增高现象,有机C含量可达4.61%,其高Mo和U通量指示了该时期早期成岩中孔隙水可能处于高硫化环境,但钻孔中黄铁矿埋藏通量或Fepy/FeHR的高值则出现在钻孔更深的位置,表明孔隙水中部分还原态硫和铁可能发生迁移并在更深处沉淀。与目前已发表的氧化性底水环境下沉积物的Fe组分相比,ODP677钻孔部分样品具有较高程度的Fepy/FeHR和FeHR/FeT值同时升高的现象,与典型的“铁化海”沉积特征吻合。本次研究进一步证实在利用Fe组分解释古深水的氧化还原环境时,需可靠分析沉积环境并排除高生产力和热液活动叠加作用的潜在影�
郭柏胡镕魏广祎曲扬李达殷一盛凌洪飞陈天宇
关键词:热液活动
赤道太平洋季节海面高变化及与ENSO指数的关系
2023年
为了探寻海面高的长期趋势变化、季节变化与厄尔尼诺南方涛动(ENSO)现象的关系,对赤道太平洋区域验潮站数据,利用设计的滑动窗口,开展调和分析,得到时变的平均海面项以及Sa、Ssa长周期分潮项,利用Doodson滤波及二次拟合滤波的融合方法,得到多年的月均海面年变化过程以及年较差,利用MK突变分析法判定海面高变化突变时间点。分析结果表明:海面高变化速率的突变与ENSO存在关联关系;气象分潮Sa和Ssa与ENSO具有一定的相关性;以上关联特征在不同地理环境下存在差别。本文发现的不同时间尺度的海面高变化与ENSO指数的关系一定程度上能够辅助判断ENSO的特征规律,有助于对ENSO开展进一步的研究和预测。
李雨青暴景阳
关键词:潮汐调和分析厄尔尼诺-南方涛动
应用Attention-LSTM算法预测赤道太平洋浮标观测站位海表温度的方法被引量:1
2023年
ENSO(El Nino/Southern Oscillation)是发生在赤道太平洋海域重要的海气耦合现象,在全球气候变化中起着重要作用。当热带太平洋东部的海表温度(Sea Surface Temperature,SST)出现连续5个月以上的异常升温/降温现象,就会产生厄尔尼诺现象/拉尼娜现象。因此,研究和预测这一区域的SST动态具有重要的科学意义。本文采用输入层附加Attention机制的长短时记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)神经网络(Attention-LSTM)模型,对多时段、多站位的热带太平洋观测浮标站位获取的厄尔尼诺年和拉尼娜年的SST数据进行一年的预测。研究发现:实验站位SST预测中,LSTM算法的均方误差在0.5℃左右,而Attention-LSTM算法的均方误差均不超过0.31℃,证明了Attention-LSTM算法的预测精度高于传统的LSTM模型;在发生ENSO现象年份的东太平洋海域不同站,Attention-LSTM算法对SST的春季预报障碍(Spring Predictability Barrier,SPB)现象也有一定的精度改善作用。
邱钰丁军航徐腾飞官晟
关键词:海表温度拉尼娜
赤道太平洋障碍层混合及其影响
赤道太平洋障碍层是全球海大气耦合系统相互作用的关键区域,障碍层的时空变异研究更成为预测和研究全球大尺度气候活动的重要内容。赤道太平洋拥有西太平洋特殊的障碍层结构和暖池系统,调节全球气候变化,使得赤道太平洋障碍层成为研究...
霍丹
关键词:湍流混合赤道太平洋障碍层ENSO
赤道太平洋西风爆发事件的时空特征
2022年
赤道太平洋西风爆发事件(简称“西风事件”)对厄尔尼诺有重要的触发作用。基于ERA-Interim和NCEP2(NCEP-DOE Reanalysis 2)风场资料以及OI(NOAA OI SST V2 High Resolution Dataset)海表面温度资料,本文对西风事件的时空特征进行了研究诊断,并初步分析了ENSO(El Nino-Southern Oscillation)对西风事件的影响。结果显示,西风事件发展初期主要集中在中西部太平洋,季节性变化表现为冬春季较强,夏秋季较弱。西风事件频次和强度都有一定的年际变化特征,其中中太平洋西风事件的强度与ENSO信号的关系更紧密。当Nino3.4指数大于1℃时,西风事件的频次和强度与ENSO信号相关性好;当Nino3.4指数小于1℃时,西风事件频次的随机性增加,但其强度仍受到赤道中东太平洋海温异常信号的制约。
庄镇郑建王法明
关键词:西风爆发厄尔尼诺海气相互作用
全球变暖背景下赤道太平洋温跃层的快慢变化特征与机制被引量:1
2021年
本文利用GFDL CM2.1模拟的1%CO2增长理想试验结果,分析了在全球变暖背景下赤道太平洋温跃层深度的快慢两个时间尺度的变化特征。研究表明:在CO2浓度快速增加的阶段,赤道太平洋上层海层结增强,温跃层深度快速变浅(该阶段称为“快速变化阶段”)且存在空间上的不均匀:在赤道中西太平洋(160°E~160°W之间)变浅最明显(约20 m),在赤道太平洋(160°W向东)其变浅程度越来越小;在CO2浓度达到稳定的阶段,赤道太平洋温跃层深度呈现缓慢变化阶段。研究发现,温跃层快速变化的空间不均匀是因为在赤道太平洋和东太平洋温跃层快速变化的机制不同:在赤道太平洋背景东风加强,上层层结与上升流的都加强有利于抬升温跃层,而在赤道太平洋背景东风减弱,导致上升流减弱不利于温跃层变浅;上升流变化的作用部分抵消了上层层结加强对温跃层变浅的作用,故温跃层变浅要小于160°W以西。在赤道以外海区(南北纬3°~7°),海层结减弱和垂直流速变化分别加深和抬升温跃层,导致此处温跃层变浅不明显。而在CO2浓度达到稳定后的140年,即温跃层缓慢变化阶段,海层结缓慢加强,温跃层变化幅度远小于快过程。
解晗郑小童龙上敏
关键词:温跃层深度全球变暖热带太平洋
Zebiak-Cane模式中赤道太平洋次表层海温的参数化研究及其应用
赤道太平洋次表层海温是控制海表温度(Sea Surface Temperature,SST)及其年际变率的重要因子,也是中等复杂程度耦合模式动力框架中的重要一环。然而,目前赤道太平洋次表层海温的观测难度以及参数化方案的不...
袁心仪
关键词:ENSO
文献传递

相关作者

陈锦年
作品数:47被引量:260H指数:13
供职机构:中国科学院海洋研究所
研究主题:西太平洋暖池 赤道太平洋 ENSO 潜热通量 赤道潜流
金海燕
作品数:122被引量:619H指数:16
供职机构:同济大学海洋与地球科学学院海洋地质国家重点实验室
研究主题:长江口 营养盐 表层沉积物 楚科奇海 浮游植物
王彰贵
作品数:60被引量:345H指数:11
供职机构:国家海洋环境预报中心
研究主题:厄尔尼诺 数值模拟 海流 赤道太平洋 厄尔尼诺现象
蔡怡
作品数:40被引量:243H指数:10
供职机构:国家海洋环境预报中心
研究主题:全球变暖 ENSO 海温 热带印度洋 赤道太平洋
蒲书箴
作品数:34被引量:205H指数:10
供职机构:国家海洋局第一海洋研究所
研究主题:热带西太平洋 厄尔尼诺 海流 热带太平洋 深层水