海洋学研究 ›› 2024, Vol. 42 ›› Issue (1): 69-82.DOI: 10.3969/j.issn.1001-909X.2024.01.007
林连杰1(), 董昌明1,*(), 嵇宇翔2, LIM KAM SIAN Kenny Thiam Choy3, 李兆鑫4, 蒋星亮5, 曹玉晗6, 高慧1, 王胜强1, 曹茜1
收稿日期:
2023-03-15
修回日期:
2023-09-08
出版日期:
2024-03-15
发布日期:
2024-05-11
通讯作者:
* 董昌明(1974—),男,教授,主要从事物理海洋学、海洋数值模拟、人工智能海洋学及实验地球流体力学等方面的研究,E-mail:002537@nuist.edu.cn。
作者简介:
林连杰(1998—),男,福建省泉州市人,主要从事海洋气象及数值模拟等方面的研究,E-mail:20211209005@nuist.edu.cn。
基金资助:
LIN Lianjie1(), DONG Changming1,*(), JI Yuxiang2, LIM KAM SIAN Kenny Thiam Choy3, LI Zhaoxin4, JIANG Xingliang5, CAO Yuhan6, GAO Hui1, WANG Shengqiang1, CAO Qian1
Received:
2023-03-15
Revised:
2023-09-08
Online:
2024-03-15
Published:
2024-05-11
摘要:
浒苔暴发是影响全球近岸海域最为严重的海洋灾害之一,引起了社会各方的重视。该研究基于大气-波浪-海洋集合模式,根据卫星遥感数据提取浒苔位置,采用拉格朗日漂流模式对浒苔进行追踪并预报其漂移路径。与卫星观测结果对比表明,该集合模式能够较好地预报浒苔的位置、分布及其漂移路径。此外,该研究还讨论了Stokes漂流对于模式预报的影响,结果表明考虑Stokes漂流可以修正浒苔漂移路径,有效提高预报的准确性。
中图分类号:
林连杰, 董昌明, 嵇宇翔, LIM KAM SIAN Kenny Thiam Choy, 李兆鑫, 蒋星亮, 曹玉晗, 高慧, 王胜强, 曹茜. 基于遥感数据与数值模式的浒苔漂移输运预报:以江苏近海为例[J]. 海洋学研究, 2024, 42(1): 69-82.
LIN Lianjie, DONG Changming, JI Yuxiang, LIM KAM SIAN Kenny Thiam Choy, LI Zhaoxin, JIANG Xingliang, CAO Yuhan, GAO Hui, WANG Shengqiang, CAO Qian. Prediction of UIva prolifera drift and transportation based on remote sensing data and numerical models: A case study in the offshore area of Jiangsu Province[J]. Journal of Marine Sciences, 2024, 42(1): 69-82.
图2 WRF模式范围设置示意图 (黑色框区域为WRF模式的计算范围,红色框区域为浒苔预报范围。)
Fig.2 Diagram of WRF model range setting (The black box area is the calculation range of WRF model, and the red box area is the UIva prolifera forecast range.)
图6 ASCAT观测的(a)和WRF模式模拟的(b)2019年9月研究区海面10 m风速月平均数据对比
Fig.6 Comparison between ASCAT observation (a) and WRF model simulation (b) in monthly average sea surface wind speed data at 10 meters in the study area in September 2019
图7 ASCAT观测的和WRF模式模拟的2019年9月研究区月平均海面10 m风速相对误差空间分布
Fig.7 Spatial distribution of relative errors in monthly average sea surface wind speed data at 10 meters observed by ASCAT and simulated by WRF model in the study area in September 2019
图8 ERA5(a)和SWAN模式(b)模拟的2019年9月研究区月平均有效波高对比
Fig.8 Comparison the of monthly average significant wave heights simulated by ERA5 (a) and SWAN model (b) in the study area in September 2019
图9 ERA5和SWAN模式模拟的2019年9月研究区月平均有效波高相对误差空间分布
Fig.9 Spatial distribution of relative errors in monthly average significant wave height simulated by ERA5 and SWAN modes in the study area in September 2019
图10 RSS提供的卫星观测的(a)和ROMS模式模拟的(b) 2019年6月研究区海表面温度对比
Fig.10 Comparison of sea surface temperature between satellite observation provided by RSS (a) and simulated by ROMS model (b) in the study area in June 2019
图12 2017年5月27日与28日模式预报的浒苔覆盖区域与卫星观测结果对比 (虚框表示浒苔出现区块。)
Fig.12 Comparison of the coverage area of UIva prolifera predicted by the model and satellite observations on May 27th and 28th, 2017 (The dashed box represents the appearance block of UIva prolifera.)
区域 | 浒苔覆盖面积 | 浒苔中心点位置 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
卫星观测/km2 | 模式预报/km2 | 误差/% | 卫星观测 | 模式预报 | 误差/km | ||
连云港近岸 | 38.89 | 31.56 | 23.20 | 34.88 °N,119.25 °E | 34.89 °N,119.24 °E | 0.01 | |
黄海北部离岸 | 975.17 | 1 170.60 | 16.70 | 35.01 °N,121.41 °E | 34.87 °N,121.23 °E | 0.28 | |
长江口 | 133.82 | 166.23 | 19.50 | 31.48 °N,121.93 °E | 31.64 °N,121.86 °E | 0.28 | |
江苏近海 | 1 147.88 | 1 368.39 | 16.11 |
表1 48 h模式预报与卫星观测的浒苔覆盖面积及中心点位置(2017年5月27日与28日的平均值)
Tab.1 48-hour model prediction and satellite observation of the coverage area and center point position of UIva prolifera (average values of May 27th and 28th, 2017)
区域 | 浒苔覆盖面积 | 浒苔中心点位置 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
卫星观测/km2 | 模式预报/km2 | 误差/% | 卫星观测 | 模式预报 | 误差/km | ||
连云港近岸 | 38.89 | 31.56 | 23.20 | 34.88 °N,119.25 °E | 34.89 °N,119.24 °E | 0.01 | |
黄海北部离岸 | 975.17 | 1 170.60 | 16.70 | 35.01 °N,121.41 °E | 34.87 °N,121.23 °E | 0.28 | |
长江口 | 133.82 | 166.23 | 19.50 | 31.48 °N,121.93 °E | 31.64 °N,121.86 °E | 0.28 | |
江苏近海 | 1 147.88 | 1 368.39 | 16.11 |
区域 | 5月27日浒苔漂移方向/(°) | 5月28日浒苔漂移方向/(°) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
卫星观测 | 模式预报 | 误差 | 卫星观测 | 模式预报 | 误差 | ||
连云港近岸 | 275.49 | 214.42 | 61.07 | 88.85 | 52.59 | 36.26 | |
黄海北部离岸 | 39.88 | 48.84 | -8.96 | 33.60 | 137.89 | -104.29 | |
长江口 | 294.16 | 334.53 | -40.37 | 95.58 | 86.68 | 8.90 |
表2 48 h模式预报与卫星观测的浒苔漂移方向(2017年5月27日和28日)
Tab.2 48-hour model prediction and satellite observation of the drift direction of UIva prolifera (May 27th and 28th, 2017)
区域 | 5月27日浒苔漂移方向/(°) | 5月28日浒苔漂移方向/(°) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
卫星观测 | 模式预报 | 误差 | 卫星观测 | 模式预报 | 误差 | ||
连云港近岸 | 275.49 | 214.42 | 61.07 | 88.85 | 52.59 | 36.26 | |
黄海北部离岸 | 39.88 | 48.84 | -8.96 | 33.60 | 137.89 | -104.29 | |
长江口 | 294.16 | 334.53 | -40.37 | 95.58 | 86.68 | 8.90 |
图14 2017年6月16日与17日模式预报的浒苔覆盖区域与卫星观测结果对比
Fig.14 Comparison of the coverage area of UIva prolifera predicted by the model and satellite observations on June 16th and 17th, 2017
区域 | 浒苔覆盖面积 | 浒苔中心点位置 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
卫星观测/km2 | 模式预报/km2 | 误差/% | 卫星观测 | 模式预报 | 误差/km | ||
黄海北部 | 1 270.30 | 1 212.00 | 4.81 | 35.61°N,120.85°E | 34.88°N,121.17°E | 1.20 | |
黄海南部 | 440.61 | 155.71 | 182.97 | 32.89°N,122.84°E | 31.62°N,121.85°E | 2.04 | |
江苏近海 | 1 710.91 | 1 367.71 | 25.09 |
表3 48 h模式预报与卫星观测的浒苔覆盖面积及中心点位置(2017年6月16日和17日的平均值)
Tab.3 48-hour model prediction and satellite observation of the coverage area and center point position of UIva prolifera (average values of June 16th and 17th, 2017)
区域 | 浒苔覆盖面积 | 浒苔中心点位置 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
卫星观测/km2 | 模式预报/km2 | 误差/% | 卫星观测 | 模式预报 | 误差/km | ||
黄海北部 | 1 270.30 | 1 212.00 | 4.81 | 35.61°N,120.85°E | 34.88°N,121.17°E | 1.20 | |
黄海南部 | 440.61 | 155.71 | 182.97 | 32.89°N,122.84°E | 31.62°N,121.85°E | 2.04 | |
江苏近海 | 1 710.91 | 1 367.71 | 25.09 |
区域 | 6月16日浒苔漂移方向/(°) | 6月17日浒苔漂移方向/(°) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
卫星观测 | 模式预报 | 误差 | 卫星观测 | 模式预报 | 误差 | ||
黄海北部 | 58.61 | 66.13 | -7.52 | 47.53 | 126.43 | -78.90 | |
黄海南部 | 229.13 | 224.27 | 4.86 | 48.73 | 268.99 | -220.26 |
表4 48 h模式预报与卫星观测的浒苔漂移方向(2017年6月16日和17日)
Tab.4 48-hour model prediction and satellite observation of the drift direction of UIva prolifera (June 16th and 17th, 2017)
区域 | 6月16日浒苔漂移方向/(°) | 6月17日浒苔漂移方向/(°) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
卫星观测 | 模式预报 | 误差 | 卫星观测 | 模式预报 | 误差 | ||
黄海北部 | 58.61 | 66.13 | -7.52 | 47.53 | 126.43 | -78.90 | |
黄海南部 | 229.13 | 224.27 | 4.86 | 48.73 | 268.99 | -220.26 |
图15 考虑Stokes漂流模式和不考虑Stokes漂流模式24 h预报的浒苔分布与卫星观测结果的对比(2017年5月27日)
Fig.15 Comparison between the distribution of UIva prolifera predicted by the 24-hour forecast considering and without considering the Stokes Drift model and the satellite observation results (May 27th, 2017)
区域 | 浒苔覆盖面积/km2 | 模式预报浒苔覆盖面积与卫星观测结果的误差/% | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
卫星观测 | 考虑Stokes漂流模式 | 不考虑Stokes漂流模式 | 考虑Stokes漂流模式 | 不考虑Stokes漂流模式 | ||
连云港近岸 | 34.34 | 32.26 | 26.65 | 0.06 | 28.84 | |
黄海北部离岸 | 1 029.70 | 1 200.77 | 1 474.32 | 14.25 | 30.16 | |
长江口 | 143.42 | 175.35 | 200.60 | 18.21 | 28.50 | |
江苏近海 | 1 207.46 | 1 408.38 | 1 701.57 | 14.27 | 29.04 |
表5 考虑Stokes漂流模式和不考虑Stokes漂流模式预报的24 h浒苔覆盖面积与卫星观测结果对比(2017年5月27日)
Tab.5 Comparison of 24-hour UIva prolifera coverage area predicted by considering and without considering the Stokes Drift model with satellite observation results (May 27th, 2017)
区域 | 浒苔覆盖面积/km2 | 模式预报浒苔覆盖面积与卫星观测结果的误差/% | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
卫星观测 | 考虑Stokes漂流模式 | 不考虑Stokes漂流模式 | 考虑Stokes漂流模式 | 不考虑Stokes漂流模式 | ||
连云港近岸 | 34.34 | 32.26 | 26.65 | 0.06 | 28.84 | |
黄海北部离岸 | 1 029.70 | 1 200.77 | 1 474.32 | 14.25 | 30.16 | |
长江口 | 143.42 | 175.35 | 200.60 | 18.21 | 28.50 | |
江苏近海 | 1 207.46 | 1 408.38 | 1 701.57 | 14.27 | 29.04 |
区域 | 浒苔中心点位置 | 模式预报浒苔中心点位置与卫星观测结果的误差/km | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
卫星观测 | 考虑Stokes漂流模式 | 不考虑Stokes漂流模式 | 考虑Stokes漂流模式 | 不考虑Stokes漂流模式 | ||
连云港近岸 | 34.87°N,119.25°E | 34.87°N,119.24°E | 34.88°N,119.23°E | 0.01 | 0.02 | |
黄海北部离岸 | 34.96°N,121.34°E | 34.86°N,121.23°E | 34.86°N,121.24°E | 0.19 | 0.19 | |
长江口 | 31.45°N,121.93°E | 31.64°N,121.76°E | 31.63°N,121.86°E | 0.38 | 0.32 |
表6 考虑Stokes漂流模式和不考虑Stokes漂流模式预报的24 h浒苔中心点位置与卫星观测结果对比(2017年5月27日)
Tab.6 Comparison of the 24-hour center position of UIva prolifera predicted by considering and without considering the Stokes Drift model with satellite observation results (May 27th, 2017)
区域 | 浒苔中心点位置 | 模式预报浒苔中心点位置与卫星观测结果的误差/km | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
卫星观测 | 考虑Stokes漂流模式 | 不考虑Stokes漂流模式 | 考虑Stokes漂流模式 | 不考虑Stokes漂流模式 | ||
连云港近岸 | 34.87°N,119.25°E | 34.87°N,119.24°E | 34.88°N,119.23°E | 0.01 | 0.02 | |
黄海北部离岸 | 34.96°N,121.34°E | 34.86°N,121.23°E | 34.86°N,121.24°E | 0.19 | 0.19 | |
长江口 | 31.45°N,121.93°E | 31.64°N,121.76°E | 31.63°N,121.86°E | 0.38 | 0.32 |
区域 | 浒苔漂移方向/(°) | 模式预报浒苔漂移方向与卫星观测结果的误差/(°) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
卫星观测 | 考虑Stokes漂流模式 | 不考虑Stokes漂流模式 | 考虑Stokes漂流模式 | 不考虑Stokes漂流模式 | ||
连云港近岸 | 275.49 | 279.85 | 214.42 | -4.36 | 61.07 | |
黄海北部离岸 | 39.88 | 40.44 | 48.84 | -0.57 | -8.96 | |
长江口 | 294.16 | 156.28 | 334.53 | 137.88 | -40.37 |
表7 考虑Stokes漂流模式和不考虑Stokes漂流模式预报的24 h浒苔漂移方向(2017年5月27日)
Tab.7 Comparison of 24-hour drift directions of UIva prolifera predicted by considering and without considering the Stokes Drift model with satellite observation results (May 27th, 2017)
区域 | 浒苔漂移方向/(°) | 模式预报浒苔漂移方向与卫星观测结果的误差/(°) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
卫星观测 | 考虑Stokes漂流模式 | 不考虑Stokes漂流模式 | 考虑Stokes漂流模式 | 不考虑Stokes漂流模式 | ||
连云港近岸 | 275.49 | 279.85 | 214.42 | -4.36 | 61.07 | |
黄海北部离岸 | 39.88 | 40.44 | 48.84 | -0.57 | -8.96 | |
长江口 | 294.16 | 156.28 | 334.53 | 137.88 | -40.37 |
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