激流怪潮發(fā)生機(jī)理研究與預(yù)警統(tǒng)計(jì)模式研究.pdf

1、蘇北淺灘南通海域附近在最近幾年經(jīng)常會(huì)發(fā)生海難事故,事故過(guò)程類似。海水經(jīng)常莫名其妙地洶涌而至,而且漲潮速度很快。這給生活在該區(qū)域的漁民的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了極大的隱患。而這種看似詭異的漲潮也被民間百姓稱為“怪潮”。為了解決“怪潮”給當(dāng)?shù)貪O民所帶來(lái)的恐懼問(wèn)題,國(guó)家海洋局組織了大量的人力、物力以及財(cái)力,重點(diǎn)突擊解決這一高難度問(wèn)題。本課題組作為該國(guó)家海洋公益性項(xiàng)目的子課題承擔(dān)單位之一,提出了采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的數(shù)學(xué)方法針對(duì)該區(qū)域發(fā)生的事故原因進(jìn)行深入

2、分析。主要的研究成果如下所示。根據(jù)該淺灘區(qū)域的高分辨率和低分辨率的遙感影像圖,可以清晰地看出該近海區(qū)域地形地貌的變化。主要是由于河流的搬運(yùn)作用,將陸源沉積物不斷向海岸搬遷。根據(jù)高分辨率的遙感影像圖,可以發(fā)現(xiàn),人為的近岸灘涂圍墾也向海域延伸,這也就加劇了該區(qū)域地形的變動(dòng)。
　　本文針對(duì)地形對(duì)“怪潮”發(fā)生的影響,建立了溝槽流速通量分析模型。通過(guò)ArcGIS軟件對(duì)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行了插值分析,可以發(fā)現(xiàn),蘇北淺灘的地形特殊,成多條沙脊?fàn)?到近海

3、地帶,地形會(huì)變淺變窄。根據(jù)流量與流速的量化關(guān)系,采用MATLAB、EXCEL等數(shù)據(jù)編程軟件,量化得出了近海岸流速會(huì)增加的結(jié)論。在使用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)海洋要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析,主要分成以下三種模型:多變量自回歸模型;人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型;非線性混沌動(dòng)力學(xué)模型。多變量自回歸模型(AR模型),是將各個(gè)按時(shí)間尺度排列的海洋要素,按照時(shí)間序列的處理方法,尋找到最適的模型階數(shù)。這也就得出能夠影響當(dāng)前的海洋要素?cái)?shù)值的時(shí)間尺度。根據(jù)最適模型階數(shù),采用極大似然法計(jì)算

4、出模型的自相關(guān)系數(shù),建立起AR模型。模型的自相關(guān)系數(shù)矩陣,就充分反映出各個(gè)海洋要素在不同時(shí)間維度上的相互之間的線性定量關(guān)系。通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方法尋找到流速突變的原因。在本文重點(diǎn)的研究時(shí)間段內(nèi),風(fēng)速會(huì)對(duì)潮位產(chǎn)生一定的影響,會(huì)造成潮位增加或者減小,而潮位的變化會(huì)對(duì)海洋的流速產(chǎn)生影響。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的目的是,通過(guò)建立時(shí)間延遲網(wǎng)絡(luò),尋找出各個(gè)海洋要素在不同時(shí)間維度上相互之間的非線性關(guān)系。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是,在每個(gè)神經(jīng)元內(nèi)所發(fā)生的計(jì)算都很簡(jiǎn)單,但是每個(gè)

5、簡(jiǎn)單的神經(jīng)元一層接一層地連接起來(lái),就形成了龐大復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),猶如腦神經(jīng)一般。在進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合的過(guò)程中,多變量的輸入向量使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擬合,效果并不好,不如單變量的輸入向量擬合效果好。而采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行預(yù)測(cè),效果也并不理想,這主要是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中權(quán)重個(gè)數(shù)太多,使得預(yù)測(cè)出的結(jié)果會(huì)發(fā)生很大的偏差。非線性混沌動(dòng)力學(xué)模型,也是尋找出各個(gè)海洋要素之間的非線性關(guān)系。還有一個(gè)重要作用就是計(jì)算出分析數(shù)據(jù)的Lyapunov指數(shù)和kolmogrov熵。根據(jù)