海洋海氧之家

1、项目简介中尺度海洋动力过程是指时间尺度从数天至数月,空间尺度从数公里到数百公里的海洋动力过程,主要包括中尺度涡、内波、锋面等.
中尺度海洋动力过程在中国近海广泛分布且频繁发生,对中国近海环境起主要控制作用,因此中尺度海洋动力环境监测、预报及其信息服务对于国土安全、近海环境保障、资源的可持续利用和防灾减灾等都具有十分重要的作用和地位.
本世纪初,美国在中国近海开展中尺度过程及其声学效应海上试验,并建立起我国近海环境测报模式,分辨率达到1/16°,而我国尚未开展中尺度过程系统研究.
在该背景下,在中科院重大项目、国家自然科学重点基金等项目支持下,通过中国科学院海洋研究所、声学研究所等4家单位近百名科研人员的近10年的联合攻关,围绕黑潮入侵中国近海和关键海域中尺度动力过程,综合利用和发展现场调查、理论研究、数值模拟、遥感反演、声学研究、地理信息系统等手段,获得了许多新技术、新发现,系统揭示了中国近海中尺度过程的时空分布特征和生消规律,解决了中国近海海洋动力环境监测预报中的关键科学技术问题,构建了关键海域海洋环境预报模式和海洋信息动态服务平台,系统推进了对中国近海海洋动力过程产生、消亡以及演变机理及其声学效应的认知水平和模拟、预报能力.
项目的主要技术和创新包括:1、国内首次开展了长时序深水潜标、船载X波段雷达观测内波、海洋学-声学一体化潜标等多种中尺度动力环境观测技术.
针对浅海声学层析这个世界难题提出了一种具有自主知识产权的水平短阵浅海声学层析新方法,从根本上解决了浅海声学层析的工程可实现性.
在新观测技术支撑下,获得了许多新发现,取得了南海西北部海域内波目前国内外最全面和系统的认识.
2、项目在黑潮与中国近海水交换、中尺度涡旋和锋面特征及演变机理等方面取得了许多创新性的发现,实现了复杂海洋环境下的宽带声传播场的快速预报算法、系统推进了对海洋中尺度过程产生、消亡以及演变机理及其声学效应的认知水平,为海洋动力环境预报与信息服务奠定了理论和技术支撑.
3、发展了原理先进的海洋资料同化系统,构建了包括中国近海在内的关键海域高分辨海洋预报模式,水平分辨率达到1/24°,5天的海表温度预报误差小于0.
5℃,预报误差和中尺度过程测报精度达到国际先进水平.
研发了中国近海海洋动力环境信息网格集成及远程可视化平台,为海洋观测与研究提供了新的共享和协同工作技术平台.
构建的中国近海高分辨率同化预报模式和海洋环境信息网络集成及可视化平台在军民等多个部门得到广泛应用项目成果在我国军民两方面多个业务部门得到了移植和应用.
例如本项目研发的海洋资料同化系统构成了亚丁湾海洋三维温盐流分析系统的核心,为军方相关部门在亚丁湾护航行动中提供服务发挥了重要作用.
项目发表论文125篇,其中SCI论文66篇,EI论文15篇,取得软件登记7项.
部分研究成果获2013年海洋工程科学技术奖一等奖.
2、主要完成单位及创新推广贡献(1)单位名称:中国科学院海洋研究所排名:1对本项目科技创新和推广应用情况的贡献:中国科学院海洋研究所作为本项目支持计划(中国科学院知识创新工程重大项目、国家自然科学基金重点基金、中国海洋石油总公司与中国科学院合作重大项目课题)的主持单位,承担了项目的总体设计和协调组织.
在现场观测实验、黑潮对中国近海动力环境的驱动作用、近海动力过程机理、海洋遥感技术等方面具有突破性研究成果:开展了海洋学-声学联合调查试验、实现了船载X波段雷达应用到现场海洋内波调查的新技术、揭示了黑潮地非线性演变机制、南海内波的多模态结构、建立了内波、海气通量等遥感新技术.
本单位的船舶中心、分析测试中心、高性能计算中心、中国科学院近海观测网络等支撑部门和平台为项目的顺利实施提供了船只、航次、数据、高性能计算等方面的支持.
我单位积极推动项目成果在总参相关业务部门、国家海洋预报中心、中国海洋石油总公司等部门的应用,为促进与发挥科研成果的业务服务职能提供了条件.
项目多项成果被相关部门实际应用.
(2)单位名称:中国科学院声学研究所排名:2对本项目科技创新和推广应用情况的贡献:中国科学院声学研究所主要负责中国近海动力环境声学探测技术研究,在海洋中尺度过程对声场影响效应和机理及中尺度过程的声学反演两方面做出了创新性贡献.
具体贡献有以下4点:①建立了适合我国近海海域的二维声场快速计算模型,在耦合简正波PE模型的基础上完成基于集群机的声场并行快速算法,速度提高1个数量级,精度小于2dB.
可用于分析有海洋中尺度过程条件下的声场规律;②建立了孤立子内波和线性内波等海洋中尺度现象的声速场重构模型.
可由内波特征参数重构出随时空变化的4维声速分布,并与声场模型进行集成,分析总结了我国南海和黄海等等关键海域声场时间相关半径随内波起伏、声波频率等的统计规律和经验关系式;③完成适合于我国关键海域的声纳性能评估算法及软件,可用于评估中尺度过程下声纳的探测性能.
该软件系统已在国家"全球变化与海气相互作用专项"中研制12套,有力地推动了我国军事海洋学发展;④提出了基于水平短阵的海洋声学层析新方法,能快速高精度地反演出声传播路径上平均海水声速或温度剖面,解决了浅海声学层析系统的适装性问题.
研制成功可用于声学层析的声学发射潜标和声学接收潜标,并在南海海域进行了2次综合性海上实验.
声学层析方法和潜标技术已经推广应用到863重大项目"南海海底观测网试验系统"和国家"全球变化与海气相互作用专项"海洋声学调查中.
(3)单位名称:中国科学院大气物理研究所排名:3对本项目科技创新和推广应用情况的贡献:完成包括中国近海在内的关键海域三重嵌套高分辨率海洋模式的优化和模拟检验,较好模拟出了中尺度涡、跃层以及锋面.
发展了一个可同化高度计、SST和Argo廓线等观测资料的原理先进的海洋资料同化系统,并通过富有创新的动态更新样本和新的局地化方案减小采样误差,提出了一个基于等密度面模式的ARGO同化新方案和基于集合样本的观测稀疏化方案以及在包含潮汐过程的海洋环流模式中有效同化中尺度信息的同化方法.
通过模式和资料同化的系统集成,完成了一个关键海域预报系统,该系统可较好克服由于我国近海海岸线复杂、陆架海和外海之间极为剧烈的地形梯度变化和强烈的盛行风的季节变化所造成的复杂(沿岸流、季风环流、黑潮、近岸淡水入流和潮流等)及其派生出的中尺度涡旋、跃层和锋面的剧烈时空变化.
通过一年的逐日海洋预报试验检验,并与国内外近五年同类系统的结果进行了比较,对SST预报优于大部分同类系统,同时本系统在南海中尺度涡的预报方面展示了较好的预报技巧.
本项目相关研究成果已在我国多个业务部门(如国家海洋环境预报中心和军队)得到了移植和应用.
其中该海洋资料同化系统构成了短期气候数值预报系统(型号装备研制项目)的关键分系统,移植到总参数值预报中心,为相关部门提供保障,得到军方高度重视和赞赏.
(4)单位名称:中国科学院地理科学与资源研究所排名:4对本项目科技创新和推广应用情况的贡献:构建了多源异构海洋网格体系,实现了海洋三维动态信息的网络发布、查找、分析、可视化以及下载等功能,在海洋信息组织、网络信息管理和远程动态可视化等方面具有创新性.
其中,在海洋信息组织中,将元数据描述的方法推进至语义本体描述的水平;在海洋现象描述方面,面向海洋过程整体描述,克服了GIS图层将海洋时空动态过程从空间和时间上割裂的限制;在海洋立体空间表达方面,克服将三维立体空间投影到二维空间的表达方式,实现了以三维立体的地球为空间参考标准的海洋三维空间表达.
在此基础上,构建了海洋信息动态服务网络平台,突破了当前海洋信息网络信息服务的静态方式,实现了网络动态信息服务和可视化.
该技术方法目前在解放军及国家业务部门得到了推广应用,取得了重要的社会效益.
3、推广应用情况本项目成果已被环保部、海洋局、中海油及军队等系统相关部门的代表性单位进行了长期应用.
关于南海北部内波的多模态结构研究,现已被中国海洋石油总公司作为工程设计条件应用于南海番禺30-1平台设计中,对海上工程具有重要的指导意义.
根据合成孔径雷达SAR图像信息编制的内波定位和主要特征量提取软件,现已作为解放军理工大学教学训练软件使用并成功应用到总装预研项目中.
自主研发的数值同化方案被解放军61741部队数值预报中心、总参大气环境研究所等业务需求单位应用于型号装备研制项目和国家***专项工程建设中.
海洋信息网络技术,被国家海洋环境预报中心、环境保护部环境与经济政策研究中心、解放军大连舰艇学院等多家研究机构和院校使用.
主要应用单位情况应用单位名称应用技术应用的起止时间应用单位联系人/电话经济社会效益中国海洋石油总公司南海海洋内波特性2008年01月01日至今刘育丰海洋开发中国人民解放军理工大学气象海洋学院海洋内波信息遥感提取软件2010年03月01日至今蒋国荣项目保障及教学国家海洋环境预报中心海洋数值同化、预报技术2012年07月01日至今梅山预报业务化中国人民解放军总参谋部大气环境研究所三维变分海洋资料同化系统2008年12月01日至2013年12月游小宝项目应用61741部队数值预报中心集合最优插值海洋资料同化系统2012年02月01日至2014年06月薛鸿滨项目应用南海舰队气象水文中心海洋数值同化、预报技术2009年05月01日至2010年04月刘正奇海洋军事保障国家海洋环境预报中心海洋信息网络技术2009年01月01日至今仉天宇业务化应用环境保护部环境与经济政策研究中心海洋信息技术2011年01月01日至今安彤项目应用中国人民解放军海军大连舰艇学院海洋信息技术2010年01月01日至今张利华项目应用4、曾获科技奖励情况获奖项目名称获奖时间奖项名称奖励等级主要获奖人授奖单位中国近海中尺度海洋动力过程时空特征研究及其应用2014年1月8日海洋工程科学技术奖一等奖侯一筠,朱江,潘锋,周成虎,申辉等中国海洋工程咨询协会5、主要知识产权证明目录知识产权类别知识产权具体名称国家(地区)授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态论文Anewlocalizationimplementationschemeforensembledataassimilationofnon-localobservations2011中国科学院大气物理研究所朱江、郑飞、李熙晨计算机软件著作权海洋信息网格多维操作分析系统V1.
0中国2008SR045582008年1月10日软著登字第091737号中国科学院地理科学与资源研究所周成虎、苏奋振计算机软件著作权海岸带遥感信息服务系统[简称:CRS-ServiceSystem]V1.
0中国2010SR0657892010年12月6日软著登字第0264062号中国科学院地理科学与资源研究所周成虎、苏奋振、吴文周计算机软件著作权海洋信息网格门户系统V1.
0中国2008SR045592008年1月10日软著登字第091738号中国科学院地理科学与资源研究所周成虎、苏奋振计算机软件著作权海岸带时空演变遥感监测服务云平台中国2010SR0657912010年12月6软著登字第0264064中国科学院地理科学周成虎、苏奋振、日号与资源研究所吴文周6、主要完成人情况(1)姓名:侯一筠排序:1技术职称:研究员工作单位:中国科学院海洋研究所完成单位:中国科学院海洋研究所对本项目技术创造性贡献:为本项目3个支持计划的负责人,是项目的总体设计者和组织者,直接领导和产出了重大研究成果.
对项目创新点1、2做出了贡献.
揭示了黑潮的非线性演变机制、系统阐释了黑潮入侵中国南海的具体形式及其变化规律、揭示了南海内波的多模态结构、系统研究了南海内孤立波时空演变规律及其与建筑物的相互作用,对跃层、锋面及其与大尺度波动的关系方面给出了理论解释.
成果发表于高水平杂志,并被直接应用于指导中国海洋石油总公司等业务化部门的生产活动.
曾获国家科技奖励情况:"中国海岸带环境遥感监测与信息系统技术集成及其应用"2005年获国家科技进步二等奖,排名第三.
证书号:2005-J-210-2-02-R03.
(2)姓名:朱江排序:1技术职称:研究员工作单位:中国科学院大气物理研究所完成单位:中国科学院大气物理研究所对本项目技术创造性贡献:对项目创新点3做出了贡献.
设计和领导研究团队发展了一个可以同化高度计、SST和Argo观测资料的关键海域中尺度和锋面资料同化系统和数值预报.
本成果研发的关键技术在亚丁湾护航行动保障和印度洋业务预报系统发展等方面获得了应用,并且移植到军队和国家海洋局相关单位.
作为作者在国际专业期刊发表本报奖项目相关论文多篇.
2013年获得何梁何利科技进步奖.
曾获国家科技奖励情况:"Argo大洋观测与资料同化及其对我国短期气候预测的改进"2012年获得国家科技进步二等奖,排名第三.
证书号:2012-J-232-2-03-R03.
(3)姓名:潘锋排序:3技术职称:研究员工作单位:中国科学院声学研究所完成单位:中国科学院声学研究所对本项目技术创造性贡献:对项目创新点1做出了贡献.
作为中国科学院知识创新工程重大项目的首席技术专家,负责了"关键海域中尺度物理海洋过程的声学反演及其快速评估关键技术"的总体研究.
指导并开展可在水下长期自主工作的声学与海洋一体化潜标设计研制工作,解决了中尺度海洋环境下声学观测所需的固定式声学发射和声学接收系统,具有高可靠性等特点,大大推动了我国海洋声学实验技术的发展.
曾获国家科技奖励情况:无.
(4)姓名:周成虎排序:4技术职称:院士、研究员工作单位:中国科学院地理科学与资源研究所完成单位:中国科学院地理科学与资源研究所对本项目技术创造性贡献:对项目创新点3做出了贡献.
推进了海洋信息组织、网络信息管理和远程动态可视化等方面技术方法.
其中,在海洋信息组织中,将元数据描述的方法推进至语义本体描述的水平;在海洋现象描述方面,面向海洋过程整体描述,克服了GIS图层将海洋时空动态过程从空间和时间上割裂的限制;在海洋立体空间表达方面,克服将三维立体空间投影到二维空间的表达方式,实现了以三维立体的地球为空间参考标准的海洋三维空间表达.
曾获国家科技奖励情况:2005年/2008年国家科技进步二等奖.
(5)姓名:申辉排序:5技术职称:副研究员工作单位:中国科学院海洋研究所完成单位:中国科学院海洋研究所对本项目技术创造性贡献:对项目创新点1、2做出了贡献.
设计了海洋内孤立波信息提取系统模块,建立了从合成孔径雷达SAR图像中提取南海海洋内孤立波信息的方法,并构建海洋内孤立波的三维遥感仿真流程,成果直接应用于国防服务.
曾获国家科技奖励情况:无.
(6)姓名:李整林排序:6技术职称:研究员工作单位:中国科学院声学研究所完成单位:中国科学院声学研究所对本项目技术创造性贡献:对项目创新点1、2做出了贡献.
发展了声场快速计算模型和有内波条件下的三维声速场重构模型.
揭示了孤立子内波引起的简正波到达时间起伏机理,研究成果对浅海声学层析声源频率、声源深度的选择具有重要指导意义,使得层析精度大大提高.
发展了基于水平阵声学层析新方法,并在东海和黄海进行了海上试验验证,能快速高精度地反演出声传播路径上平均海水声速剖面,解决了浅海声学层析系统的适装性问题.
曾获国家科技奖励情况:无.
(7)姓名:苏奋振排序:7技术职称:研究员工作单位:中国科学院地理科学与资源究所完成单位:中国科学院地理科学与资源研究所对本项目技术创造性贡献:对项目创新点3做出了贡献.
发展了多源异构海洋网格体系,实现了海洋三维动态信息的网络发布、查找、分析、可视化以及下载等功能,在海洋信息组织、网络信息管理和远程动态可视化等方面具有创新性.
在此基础上,构建了海洋信息动态服务网络平台,突破了当前海洋信息网络信息服务的静态方式,实现了网络动态信息服务和可视化.
多项成果为业务应用部门服务.
曾获国家科技奖励情况:2008年国家科技进步二等奖等.
(8)姓名:闫长香排序:8技术职称:副研究员工作单位:中国科学院大气物理研究所完成单位:中国科学院大气物理研究所对本项目技术创造性贡献:对项目创新点3做出了贡献.
参与完成包括中国近海在内的关键海域三重嵌套高分辨率海洋模式的优化和模拟检验,较好模拟出了中尺度涡、锋面等海洋中尺度现象.
采用集合同化方法,基于国际先进的HYCOM海洋模式,开发和建立了适应于中国近海海域复杂地形和边界条件的先进海洋资料同化系统,实现了多观测变量如SLA、SST和温盐廓线等的协调同化,负责了同化系统在军队和国家海洋局业务化部门的移植以及推广应用.
曾获国家科技奖励情况:"Argo大洋观测与资料同化及其对我国短期气候预测的改进"2012年获得国家科技进步二等奖,排名第七.
证书号:2012-J-232-2-03-R07.
(9)姓名:胡珀排序:9技术职称:副研究员工作单位:中国科学院海洋研究所完成单位:中国科学院海洋研究所对本项目技术创造性贡献:对项目创新点1、2做出了贡献.
作为首席科学家和科考队长参加了本项目2个航次的现场调查任务,成果组织布放回收了3套深水潜标系统,获得了10个月的连续观测资料.
利用现场观测资料、卫星遥感资料和数值模拟结果开展了吕宋海峡水交换和和南海北部中尺度涡旋特征研究,给出了吕宋海峡水交换特征和南海东北部涡旋的时空变化特征;构建1.
5层浅水约化重力模式,给出了黑潮入侵南海出现入侵、流套、跨越等多流态的非线性特征,并给出了中尺度涡旋与黑潮相互作用的机制.
曾获国家科技奖励情况:无.
(10)姓名:徐振华排序:10技术职称:副研究员工作单位:中国科学院海洋研究所完成单位:中国科学院海洋研究所对本项目技术创造性贡献:对项目创新点1、2做出了贡献.
基于南海北部长时间海流观测发现半日内潮存在罕见的多模态结构且呈现季节性规律,并且多模态内潮主要是局地生成;发现该海域内潮呈强非平稳性,对"第一模态平稳内潮主导能量"的传统观点补充了新的认识;发现内潮的不稳定性主要是因黑潮、中尺度涡等多尺度过程和地形影响产生,且因其较小尺度而具有强剪切混合效应,对大尺度环流维持起重要作用.
本项目资助相关研究成果发表于本学科国际重要期刊J.
Geophys.
Res.
-Oceans、Estuar.
Coast.
ShelfSci.
和Ann.
Geophys.
上,引起了国内外学者的广泛关注.
曾获国家科技奖励情况:无.
(11)姓名:王凡排序:11技术职称:研究员工作单位:中国科学院海洋研究所完成单位:中国科学院海洋研究所对本项目技术创造性贡献:对项目创新点2做出了贡献.
对中国近海跃层与锋面开展了创新性研究,详细地阐明了中国近海海洋跃层和主要锋面的时空分布结构和变异规律.
揭示了跃层、锋面与中国近海陆架环流的关系.
研发了重点海域中尺度现象同化预测模式演示系统.
在JGR等领域内顶尖杂志发表多篇论文,成果被直接应用于国防信息保障.
曾获国家科技奖励情况:无.
(12)姓名:尹宝树排序:12技术职称:研究员工作单位:中国科学院海洋研究所完成单位:中国科学院海洋研究所对本项目技术创造性贡献:对项目创新点1、2做出了贡献.
揭示了南海西北部内孤立波的季节性变化特征及规律;在该海域首次现场观测发现了上凸型内孤立波;提供了该海域局地生成的内孤立波存在的证据;揭示了台风期间内孤立波的演化过程和机理.
项目资助在国内外重要SCI刊物发表文章9篇,参与出版英文专著1部,取得的系列成果引起了国内外学者的广泛关注.
曾获国家科技奖励情况:无.
(13)姓名:郑飞排序:13技术职称:副研究员工作单位:中国科学院大气物理研究所完成单位:中国科学院大气物理研究所对本项目技术创造性贡献:对项目创新点3做出了贡献.
发展了集合同化新的局地化方法和提出多源观测资料的动力平衡约束等,使得发展的海洋资料同化系统一方面能够有效地利用不同类型观测资料的影响半径,避免了同化后产生虚假信息;另一方面能够协调地将海洋温度和高度计观测同时同化入海洋模式中,保证了两者间的动力平衡关系,进而提高了海洋资料同化系统的同化精度,为关键海域预报系统提供精确的初始场.
曾获国家科技奖励情况:无.
(14)姓名:何利排序:14技术职称:副研究员工作单位:中国科学院声学研究所完成单位:中国科学院声学研究所对本项目技术创造性贡献:对项目创新点1、2做出了贡献.
发展了基于垂直阵和水平阵的浅海并行化声学层析方法,实现了海水声速剖面的准实时声学层析.
针对水平阵空间相关半径大导致的匹配场声学层析多值性问题,提出了改进的匹配处理器代价函数,并结合多维空间滤波技术使得声学层析结果更加稳定、可靠.
反演方法在2009年的南海综合海上试验和2010年的海洋声学层析专题试验中得到了验证.
曾获国家科技奖励情况:无.
(15)姓名:吴文周排序:15技术职称:工作单位:中国科学院地理科学与资源研究所完成单位:中国科学院地理科学与资源研究所对本项目技术创造性贡献:对项目创新点3做出了贡献.
参与研发多源异构海洋网格体系,实现了海洋三维动态信息的网络发布、查找、分析、可视化以及下载等功能,采用海洋立体空间表达方式,克服将三维立体空间投影到二维空间的表达方式,实现了以三维立体的地球为空间参考标准的海洋三维空间表达.
作为主要参加人,参加了海洋信息动态服务网络平台研究,突破了当前海洋信息网络信息服务的静态方式,实现了网络动态信息服务和可视化.
曾获国家科技奖励情况:无.