基于LSTM网络的海水温度剖面预报研究

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读书小笔记

作者：范培勤1 过武宏1 唐帅1 张驰1 曲泓玥2

单位：1. 海军潜艇学院, 山东 青岛 266199;2. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室, 山东 青岛 266000

分类号：P731.31

出版年·卷·期（页码）：2024·41·第三期（33-43）

摘要：基于海水温度历史观测和海洋模式数值预报数据，利用长短期记忆（LSTM）神经网络开展了海水温度剖面短时预报方法研究。以南海17°46.91'N，112°03.24'E处海水温剖面预报为研究对象，利用模式预报数据和观测数据，构建了观测、预报、观测和预报混合 3个样本数据集。基于LSTM神经网络模型，建立了由编码器-解码器组成的多对多海水温度剖面序列预报模型，并开展了模型的训练和性能验证分析工作。结果表明：该模型具有较高的预报精度，对小样本问题的处理具有良好的稳定性；采用深度分层预报，可有效提高模型预报精度，改善模型泛化能力；与只使用观测数据集的预报相比，混合样本集预报误差下降明显，为基于小样本观测数据的海洋环境要素预报研究提供了一种思路。

关键词：深度学习 长短期记忆神经网络 海水温度 短时预报

Abstract：Based on ocean temperature historical observations and ocean model data, the short-term forecasting method for ocean temperature profile is studied using Long Short -Term Memory (LSTM) neural network. For the ocean temperature profile forecasts at (17°46.91'N, 112°03.24'E) in the South China Sea, three sample sets of observation, forecasts, mixed observation-forecasts are constructed using the observational and forecasting data. Based on the LSTM neural network, a many-to-many ocean temperature profile forecasting model composed of encoder and decoder is established, and model training and verification are carried out. The results show that the model has a high forecasting accuracy and a good stability for processing small sample problems. Utilizing deep layered forecasting method can effectively improve the forecasting accuracy and generalization ability. The forecasting error of mixed sample set decreases significantly in comparison with that of observation sample set, which provides an idea for marine environment forecasts of small sample problems.

Key words：deep learning; LSTM; ocean temperature; short-term prediction

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未来两天海洋环境预报

预计明天，

渤海有0.5到0.8米的轻浪；

黄海有1.3到2.1米的中浪区；

东海北部有1.2到1.6米的轻浪到中浪；

东海南部有1.6到2米的中浪区；

台湾海峡有1.1到1.9米的轻浪到中浪；

台湾以东洋面有2到2.4米的中浪区；

巴士海峡有1.3到1.8米的中浪；

南海北部有1.4到1.9米的中浪；

南海中部有1.9到2.3米的中浪区；

南海南部有1到1.9米的轻浪到中浪；

北部湾有1.3到1.8米的中浪。

预计后天，

我国近海无大浪区。

7月28日~8月1日西北太平洋海浪数值预报

美丽海岛海域海况

预计明天，

永兴岛附近海域有2.1米的中浪，不适宜乘船出行；

钓鱼岛附近海域有2米的中浪，东极岛、洞头岛、南麂岛、嵛山岛、平潭岛、东山岛、川山群岛、海陵岛、涠洲岛、分界洲岛、蜈支洲岛、黄岩岛附近海域有1.3~1.5米的中浪，这些海岛较适宜乘船出行和海岛游玩；

我国其他美丽海岛附近海域都是轻浪，海况不错，非常适宜乘船出行和海岛游玩。

美丽海岛是指以下的35个海岛：

觉华岛、长山群岛、菩提岛、长岛、刘公岛、灵山岛、秦山岛、连岛、崇明岛、嵊泗列岛、岱山岛、东极岛、普陀山、大陈岛、玉环岛、洞头岛、南麂岛、嵛山岛、三都岛、平潭岛、湄洲岛、东山岛、钓鱼岛、南澳岛、万山群岛、川山群岛、海陵岛、南三岛、东海岛、涠洲岛、分界洲岛、蜈支洲岛、永兴岛、黄岩岛、永暑礁。

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