海洋預(yù)報技術(shù)及其應(yīng)用研究

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1、海洋預(yù)報技術(shù)及其應(yīng)用研究海洋預(yù)報，是指根據(jù)海洋環(huán)境特征值的歷史資料和實時觀測結(jié)果，運用專門設(shè)計的物理模型和數(shù)學(xué)模型，對一定海域未來時間內(nèi)的海洋要素、海洋現(xiàn)象、海洋變異及其可能造成的影響，以一定的文字、圖表、聲像等形式進行描述和發(fā)布。海洋預(yù)報包括風(fēng)暴潮、海浪、海嘯、海冰、海流、海溫、鹽度、潮汐、海平面變化、厄爾尼諾、水質(zhì)、海岸侵蝕等。海洋積聚著巨大能量，這些能量一旦以某種突發(fā)的方式釋放，則可能對人類構(gòu)成非常大的危害，包括風(fēng)暴潮、巨大海浪、嚴重海冰、海嘯、赤潮等突發(fā)性較強的災(zāi)害；海平面變化、海岸侵蝕以及沿岸土地鹽漬化等緩發(fā)性海洋災(zāi)害。我國沿海地區(qū)人口稠密、經(jīng)濟發(fā)達，海上各類生產(chǎn)活動

2、蓬勃發(fā)展，但頻受海洋災(zāi)害襲擊，每年因海洋災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟損失在100億元以上。風(fēng)暴潮、海浪、赤潮、海水入侵和海岸侵蝕等較為嚴重。進行海洋預(yù)報可以有效地對海洋災(zāi)害進行預(yù)警，有效經(jīng)濟損失和人員傷亡，在經(jīng)濟社會發(fā)展當(dāng)中發(fā)揮了重要的作用。目前人類社會對海洋分析預(yù)報的需求包括：海洋業(yè)務(wù)化預(yù)報、臺風(fēng)預(yù)報、季節(jié)和氣候預(yù)測、全球變化研究、海上航運、漁業(yè)、目標漂浮物的跟蹤預(yù)報、海上搜救、溢油預(yù)報、海上執(zhí)法和管理、海上石油和天然氣作業(yè)、海洋旅游等。軍事方面，海軍對海洋分析預(yù)報的需求有：水面艦艇的航行安全、作戰(zhàn)訓(xùn)練、武器裝備性能的發(fā)揮、維護國家海上權(quán)益、海外救援等。海洋預(yù)報可以對國防安全、海洋經(jīng)濟

3、發(fā)展、海洋防災(zāi)減災(zāi)、海上重大活動、海洋權(quán)益維護等起到很好的促進和強有力的支撐，很多海洋預(yù)報的產(chǎn)品對軍事活動和國防的安全等也有重要的作用。海洋預(yù)報是一切海上活動的基礎(chǔ)。隨著海洋數(shù)值模擬技術(shù)、全球海洋觀測系統(tǒng)和海洋數(shù)據(jù)同化方案技術(shù)的發(fā)展，以及社會和軍事活動對海洋環(huán)境信息的迫切需求，驅(qū)動著海洋分析預(yù)報技術(shù)的不斷發(fā)展。海洋預(yù)報的具體內(nèi)容有：研制深、淺水海浪數(shù)值預(yù)報模式，研制適合于海洋環(huán)境預(yù)報的有限區(qū)域海面風(fēng)場數(shù)值預(yù)報模式和臺風(fēng)風(fēng)場數(shù)值預(yù)報模式，實現(xiàn)中海及鄰近海域海浪數(shù)值預(yù)報。研制高分辨率風(fēng)暴潮即近岸海浪耦合數(shù)值預(yù)報模式和典型區(qū)域風(fēng)暴潮漫灘數(shù)值預(yù)報模式。研制溫、流、冰數(shù)值預(yù)報模式，實現(xiàn)中

4、國海表層海水溫度（SST）業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報、渤海海冰的中期（周）數(shù)值預(yù)報、中國海三維海洋溫度、流場的試預(yù)報。研制厄爾尼諾的區(qū)域和全球數(shù)值預(yù)測模式。發(fā)展赤潮衛(wèi)星遙感跟蹤預(yù)報、統(tǒng)計預(yù)報及數(shù)值預(yù)報技術(shù)。一、海洋預(yù)報技術(shù)發(fā)展概況近年來，CTD、XBT、衛(wèi)星高度計資料、Argo溫鹽剖面數(shù)據(jù)、高精度融合SST產(chǎn)品、海冰等海洋觀測數(shù)據(jù)和松弛逼近、最優(yōu)插值、三維變分和Kalman濾波等海洋數(shù)據(jù)同化技術(shù)的發(fā)展促進了海洋預(yù)報的快速發(fā)展。隨著遙感衛(wèi)星和互聯(lián)網(wǎng)的廣泛使用，解決了海洋觀測數(shù)據(jù)稀少、時空分布不均勻的難題，形成了全球準實時海洋觀測系統(tǒng)，提高了海洋預(yù)報的準確度。隨著人類開發(fā)利用海洋的腳步加快，海

5、洋生態(tài)環(huán)境預(yù)報越來越受到重視，海洋環(huán)境多學(xué)科要素預(yù)報和海洋環(huán)境耦合模式開始繁榮發(fā)展。海洋模式和海洋預(yù)報系統(tǒng)不斷完善，至今已經(jīng)有40多個海洋模式，無結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格可以在海峽、海灣和河口等面積狹小的重點海域進行網(wǎng)格加密，提高模式水平分辨率。在人類社會活動需求的驅(qū)動下，根據(jù)所關(guān)注的預(yù)報海域和預(yù)報要素，世界各國使用各種海洋模式通過區(qū)域嵌套技術(shù)等建立了全球海洋預(yù)報系統(tǒng)、區(qū)域嵌套高分辨率海洋預(yù)報系統(tǒng)以及針對海灣、河口和內(nèi)陸湖泊等的多重嵌套高分辨率海洋預(yù)報系統(tǒng)。1.美國海洋預(yù)報技術(shù)美國海洋局曾經(jīng)預(yù)測未來海洋預(yù)報發(fā)展的預(yù)測取決于計算處理能力和有效利用新型高速計算機的能力。通過更新強大的計算機系

6、統(tǒng)，研究人員能夠用不同的水平和垂直分辨率來測試和評價大范圍海洋模塊的運行情況。美國海軍海洋研究部門開發(fā)了模塊化海洋數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)（MODAS），通過提高計算機處理能力和網(wǎng)絡(luò)通信能力，來不斷縮短嵌套式氣象海洋全球/區(qū)域/戰(zhàn)術(shù)/實時運算系統(tǒng)（GOODA），極大減少了海洋預(yù)報的數(shù)據(jù)處理時間，為海洋預(yù)報應(yīng)用與軍事戰(zhàn)場提供了可能。隨著全球海洋數(shù)據(jù)同化試驗（ODAS）的建立，美國相關(guān)海洋部門設(shè)計了關(guān)于全球海洋觀測系統(tǒng)的實驗性計劃（ARGO），建立了一個全球的海洋監(jiān)測體系，以便有能力提供從每個季度到多年的變化特征的觀察資料。這個全球觀察系統(tǒng)通過從海面到水下漂浮物的配置，能夠以10d為周期不斷的

7、返回從水下2000米深處到海平面的溫度和鹽度剖面數(shù)據(jù)。這些漂浮物在全球海洋的預(yù)期分布是在經(jīng)度和緯度上都是每三度一個，獲取的信息通常在少于12小時內(nèi)個返給數(shù)字化海洋氣象中心。美國海洋預(yù)報模式發(fā)展主要體現(xiàn)在促進大范圍和小尺度海洋模式的發(fā)展，提高全球海洋應(yīng)用性預(yù)報在實時性和分辨率等方面。美國主要海洋預(yù)報模式見表１。美國主要使用其共同開發(fā)的NEMO模式建立的海洋預(yù)報系統(tǒng)的HYCOM、ROMS和POM等海洋環(huán)流模式；使用HYCOM模式建立的海洋預(yù)報系統(tǒng)的HYCOM/NCODA系統(tǒng)和RTOFS系統(tǒng)；渦旋