Multi-step ahead short-term predictions of storm surge level using CNN and LSTM network     

Bao Wang  Shichao Liu  Bin Wang  Wenzhou Wu  Jiechen Wang  Dingtao Shen 《海洋学报(英文版)》2021,40(11):104-118

Storm surges pose significant danger and havoc to the coastal residents' safety, property, and lives, particularly at offshore locations with shallow water levels. Predictions of storm surges with hours of warning time are important for evacuation measures in low-lying regions and coastal management plans. In addition to experienced predictions and numerical models, artificial intelligence (AI) techniques are also being used widely for short-term storm surge prediction owing to their merits in good level of prediction accuracy and rapid computations. Convolutional neural network (CNN) and long short-term memory (LSTM) are two of the most important models among AI techniques. However, they have been scarcely utilised for surge level (SL) forecasting, and combinations of the two models are even rarer. This study applied CNN and LSTM both individually and in combination towards multi-step ahead short-term storm surge level prediction using observed SL and wind information. The architectures of the CNN, LSTM, and two sequential techniques of combining the models (LSTM–CNN and CNN–LSTM) were constructed via a trial-and-error approach and knowledge obtained from previous studies. As a case study, 11 a of hourly observed SL and wind data of the Xiuying Station, Hainan Province, China, were organised as inputs for training to verify the feasibility and superiority of the proposed models. The results show that CNN and LSTM had evident advantages over support vector regression (SVR) and multilayer perceptron (MLP), and the combined models outperformed the individual models (CNN and LSTM), mostly by 4％–6％. However, on comparing the model computed predictions during two severe typhoons that resulted in extreme storm surges, the accuracy was found to improve by over 10％ at all forecasting steps.  相似文献   

河口挡潮闸对三角洲潮汐不对称时空变化的影响*     

沈倩颖  季小梅  张蔚  徐龑文 《热带海洋学报》2021,40(5):1-9

三角洲内部潮汐不对称性与三角洲地貌演变方向有重要关系。目前诸多研究关注海洋、陆地边界的改变对三角洲内的潮汐不对称性演变规律的影响。实际上, 大规模的河口工程也会对三角洲内的潮汐不对称性产生影响。在众多河口工程中, 河口挡潮闸由于直接削弱口门处海洋潮动力, 影响最为直接。荷兰三角洲是潮动力主导型三角洲, 受洪潮灾害影响较为严重, 为此在荷兰西南部修建了世界上著名的三角洲挡潮闸工程。文章以荷兰莱茵河-默兹河三角洲为研究对象, 分析以挡潮闸为主的河口工程对三角洲内河网潮汐不对称性演变特征的影响。选取莱茵河-默兹河三角洲13个潮位站点的50~60年的水文资料, 利用非平稳调和分析方法计算分析三角洲内部潮汐传播特性, 并进一步研究潮汐涨落潮历时不对称性演变特征, 揭示河口挡潮闸工程对潮汐河网中潮汐动力和潮汐不对称性的影响。研究表明, 莱茵河-默兹河三角洲为显著的涨潮占优型河口, 潮汐不对称现象总体向上游沿程增强。河口挡潮闸修建后受河网径流量和潮动力剧烈变化的影响, 封闭的南部通道内的潮波大幅度削弱, 潮汐不对称现象在下游增强在上游减弱。北部、中部通道其他站点则因为通道径流增大, 潮汐不对称现象增强, 中部站点变化更为显著。  相似文献   

1957—2017年厦门市马銮湾国土开发动态规律          下载免费PDF全文

崔胜辉  丁晟平  徐礼来  汤剑雄  李方一  沈育生 《应用海洋学学报》2021,40(3):502-510

以厦门市马銮湾为研究区,从规模、速度和结构3方面全面分析了1957—2017年马銮湾陆域和海域土地利用的演变特征。结果表明:(1) 60年间马銮湾从半农半渔的农村地区发展到现在高度城市化的城区,经历了"滩涂大开发-养殖和工业快速扩张-城镇扩张"的国土开发过程,土地利用变化速度呈加快趋势,后30年为前30年的2.1倍,近10年更为显著,为前30年的4.7倍,且海域利用变化速度总体快于陆域;(2)马銮湾作为我国的典型海湾地区,其国土开发有以下规律:1957—1987年土地利用变化的驱动作用为农业现代化,1987—2007年为农业现代化与工业化,2007—2017年则主要来自城镇化;农业现代化主要驱动了海域开发,工业化和城镇化主要驱动了陆域开发,而城镇化驱动的土地利用变化速度最快;前期的海域开发以围垦滩涂为主,后期主要是填海造地。陆海统筹需要针对所处的发展阶段,根据国土开发的综合效益制定相应的国土开发政策。  相似文献   

泰来草WOX转录因子的筛选与结构分析          下载免费PDF全文

沈捷  陈石泉  吴钟解  蔡泽富 《应用海洋学学报》2021,40(4):597-607

WOX转录因子家族是植物中特有的一类转录因子家族,其主要参与调控干细胞多能性、侧生器官的发育、花器官的形成和胚发育等多种生物学功能,同时是一类比较古老的转录因子,因此也有以此为基准进行进化分析的研究。目前,WOX转录因子家族在大多数陆生植物和淡水生植物中被发现,在海洋植物中,这一类转录因子的研究尚较少。泰来草(Thalassia hemprichii)是一种热带区域常见的海洋单子叶植物,具有重要生态功能。本研究利用高通量测序技术获得泰来草的转录组信息,从中筛选获得了一个WOX基因(命名为ThWOX8),CDS序列全长597 bp,编码198个氨基酸,对其进行三维结构建模,显示其具有典型的HB结构,属于WOX转录因子家族中的中间分支。由于对海洋植物的WOX基因研究较少,本研究收集了93个位于中间进化支的WOX转录因子进行了同源比较分析和进化树分析,结果显示了泰来草与豆科和毛茛目莲科植物的亲缘关系较为接近,这可能暗示了泰来草在水生植物和陆生植物之间存在演化关系。鉴于泰来草是一种重要的潮间带植物,对于平衡海洋生态环境较为重要,深入研究泰来草WOX转录因子家族基因有助于我们进一步认识泰来草在进化中的关系,以及为针对性地改进泰来草的人工繁育提供理论依据。  相似文献   

川中高石梯地区灯四段藻丘类型与沉积模式     

郭恒玮  伏美燕  宋荣彩  刘文  赵亮  沈秋媛 《沉积学报》2022,40(1):217-228

四川盆地高石梯地区震旦系灯影组四段台缘带油气资源储量巨大,藻丘的发育是优质储层形成的基础,因此讨论四川盆地高石梯地区的藻丘类型与沉积模式就显得尤为重要.通过岩心观察、薄片鉴定并结合测井资料,详细阐述了高石梯地区灯四段的藻丘类型与沉积模式.研究结果表明:1)该地区岩石类型可分为富藻类云岩和贫藻类云岩:富藻类云岩是藻丘的丘...  相似文献   

基于NPSVM模型的超新星识别方法          下载免费PDF全文

王精东  陈星星  梁吴颖  黄泽锋  全少武  沈锦泫  石雄辉 《天文学报》2021,62(2):15-53

巡天观测与高能物理、黑洞天文等领域均有密切的联系.基于星系-超新星二分类问题,研究光谱数据预处理,结合余弦相似度改善PCA(Principal Component Analysis)光谱分解特征提取方法,用SDSS(the Sloan Digital Sky Survey)、WISeREP(the Weizmann Interactive Supernova data REPository)组成的5620条光谱数据集训练支持向量机,可以得到0.498%泛化误差的识别模型和新样本分类概率.使用Neyman-Pearson决策方法建立NPSVM(Neyman-Pearson Support Vector Machine)模型可进一步降低超新星的漏判率.  相似文献   

关于确保甘肃省祁连山生态保护红线落地并严守的科技支撑建议   总被引：1，自引：0，他引：1  

王宝  王涛  王勤花  王鹏龙  徐冰鑫  高峰 《中国沙漠》2019,39(1):7-11

祁连山是中国西部重要生态安全屏障，是国家重点生态功能区，其生态保护与治理一直受到国家、地方政府和当地居民高度关注。目前，在祁连山的生态保护工作中，缺乏对现状基础数据的全面掌握，区域经济发展与生态环境保护矛盾突出，生态环境综合监测系统不完备，生态补偿机制推进实施缺乏创新。在全面梳理祁连山目前存在的重大生态问题的基础上，提出了祁连山生态保护红线落地并严守的建议，包括加快开展祁连山综合科学考察、完善并落实开展生态补偿机制、探索以正面清单为导向的协调发展模式、促进生态安全与地方经济社会可持续发展相协调、进一步实施重大配套政策、完善保障支撑体系等。  相似文献   

13世纪以来中国海洋盐业动态演变及驱动因素     

鲍俊林  高抒 《地理科学》2019,39(4):596-605

海洋盐业是中国海洋经济的重要部分,也是沿海传统产业之一,13世纪以来不断发展演变。将沿海分为北、东、南3个地带,搜集整理与海盐经济相关的多种历史文献及方志资料,运用地理学方法分析评估了海洋盐业百年尺度的动态演化过程,并比较了资源环境与管理政策的驱动作用及其差异。研究表明：① 沿海盐业表现为传统煎法长期主导、逐步废煎改晒的过程,不同盐区的演化进程存在显著差异,北部盐区最快,东部次之,南部整体发展缓慢;② 海盐生产重心长期位于东部的两淮盐区,19世纪后期向北部盐区快速迁移;③ 资源环境与生态差异促进了各岸段海盐生产演化分异,垄断性管理政策迟滞了海洋盐业的空间集聚进程,未来沿海开发与海洋盐业的可持续发展将主要依靠基于资源生态约束的管理政策与技术。  相似文献   

九孔鲍MSTN基因cSNP多态性及与生长性状关联分析   总被引：1，自引：0，他引：1  

艾加林  栗志民  刘建勇  申玉春 《热带海洋学报》2019,38(2):78-85

九孔鲍(Haliotis diversicolor supertexta)是中国南方具有较高经济价值的养殖贝类。肌肉生长抑制素(Myostatin, MSTN)是转化生长因子β超家族(TGF-β)中参与动物肌肉生长的重要调控因子, 因此MSTN基因是动物遗传改良的重要候选基因。为探究九孔鲍MSTN基因的多态性及其生长相关性, 实验采用PCR产物直接测序方法对九孔鲍MSTN基因进行单核苷酸多态性(SNP)筛选, 对MSTN基因SNP与体质量、壳长、壳宽进行关联性分析, 运用实时荧光定量PCR (qRT-PCR)技术检测九孔鲍MSTN基因不同基因型的表达水平。结果显示: 在九孔鲍MSTN基因中共筛选出9个SNP位点。SNP位点与生长性状关联分析发现, 九孔鲍MSTN基因编码区SNP位点g909C>T发生C/T同义突变与九孔鲍体质量、壳长、壳宽显著相关。TT基因型九孔鲍的体质量显著高于CC基因型和TC基因型个体; TT基因型的壳长、壳宽显著高于CC基因型(p<0.05)。通过qRT-PCR检测显示, 在九孔鲍MSTN基因SNP位点g909C>T的3种基因型中, TC和CC基因型的基因表达量显著高于TT基因型(p<0.05)。研究结果表明MSTN基因SNP位点g909C>T可作为九孔鲍标记辅助选择育种重要候选标记。  相似文献   

生态地貌学研究体系及其功能提升探讨     

申元村  程维明 《地理研究》2019,38(2):348-356

地球表层是人类生存的家园,地表形态直接或间接影响人类生活、生产和社会经济活动。地貌学和生态学是与人类关系密切的学科。自然实体与人文实体都依附于地表,研究生态与地貌关系的科学便统称为生态地貌学,直接影响人类生存选址、生存保障、生产方向、产业布局、交通、城乡建设等,因此,生态地貌学是保障人类生存与社会经济可持续协调发展的基础性与应用性极强的学科,是国家实现生态文明战略的基础性学科。生态地貌学研究生态与地貌两者相互作用形成的生态地貌综合实体,学科体系包含地貌基础学科、生态基础学科及其相互作用形成的生态地貌学科。生态地貌学科下又包含生态地貌区划学、生态地貌类型学、生态地貌资源学、生态地貌岩态学、生态地貌遥感与GIS技术、生态地貌管理与规划等分支学科,是目前仍然属于探索性的学科。生态地貌结构可表达为：由地貌与生物成分、类型、区域组合、数量构成及其空间排列组合方式。从生态地貌结构理论出发,对其功能进行系统梳理,主要可以归纳为区域结构、类型结构、资源结构、岩态结构等多种类型。不同结构类型具有不同的功能,主要功能有提升中国自然地理区划质量与空间定位功能、生态评估与生态设计功能、土地利用评估与利用结构调整功能、地质地貌灾害成因和防灾减灾对策功能等。故该研究意在实现生态地貌功能间协调、高效可持续,通过对各功能进行整合,形成功能体系,并从调控管理上提出了提升功能能力的设计路径。  相似文献