基于自注意力机制的深度学习的海洋三维温度场预测

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读书小笔记

作者：岳伟豪 1 2 徐永生 2 3 4 朱善良 1

单位：1. 青岛科技大学, 山东 青岛 266061;2. 中国科学院海洋研究所, 山东 青岛 266071;3. 中国科学院大学，北京 100094；

4. 青岛海洋科技中心，山东 青岛 266000

分类号：P731.31

出版年·卷·期（页码）：2024·41·第三期（22-32）

摘要：目前主要从时空角度出发对海洋三维温度场进行预测，却忽略了相邻位置的海温相关关系。为弥补这一不足，构建一种融合了自注意力记忆模块与卷积式长短时记忆神经网络（ConvLSTM）模型的 SA-ConvLSTM 三维温度场预测模型，不仅可以从历史三维温度场中提取海温时空特征，还能获取并记忆相邻点位置信息，从而实现对三维温度场时空变化的把握。实验结果表明：相较于ConvLSTM模型，SA-ConvLSTM模型在滑动预测与多步长递归预测实验下的均方根误差和平均绝对误差提升约 14%，且整体预测效果均优于基线模型、长短时记忆神经网络模型和ConvLSTM模型。

关键词：海水温度 三维温度场预测 自注意力记忆机制 SA-ConvLSTM多步长递归预测

Abstract：While previous researches on the 3-D ocean temperature field prediction mainly focused on the perspective of spatial and temporal relationship which ignored the relationship of relative location, this article proposes a SA-ConvLSTM 3-D ocean temperature field prediction model which combines self-attention memory module and ConvLSTM. The new model is not only able to extract the spatial-temporal features in historical 3-D ocean temperature fields, but can obtain and record the information of location to learn the laws of seawater in both space and time. The experimental results show that the RMSE and MAE of the SA-ConvLSTM forecasts have approximately increased by 14% in sliding prediction and multi-step recursive prediction, and its overall performance is better than the persistence, LSTM and ConvLSTM model. Our research provides a new idea for the prediction of the 3-D seawater temperature field.

Key words：seawater temperature; 3-D ocean temperature field prediction; self-attention memory; SA-Conv-LSTM; multi-step recursive 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1米的轻浪；

黄海北部有1到1.6米的轻浪到中浪；

黄海南部有1.6到2.5米的中浪到大浪区；

东海北部有1.6到2.2米的中浪区；

东海南部有1.4到1.7米的中浪；

台湾海峡有0.9到1.1米的轻浪；

台湾以东洋面有1.3到1.4米的中浪；

巴士海峡有1.5到1.6米的中浪；

南海北部、中部有1.7到2米的中浪区；

南海南部有1.3到2.3米的中浪区；

北部湾有0.8到1米的轻浪。

预计后天，

黄海南部的大浪区减弱消失；

南海南部将生成新的大浪区，浪高2到3米。

7月17~21日西北太平洋海浪数值预报

美丽海岛海域海况

预计明天，

嵊泗列岛、东极岛、永暑礁附近海域有1.9~2米的中浪，岱山岛、普陀山、大陈岛、洞头岛、南麂岛、万山群岛、川山群岛、海陵岛、东海岛、分界洲岛、蜈支洲岛、永兴岛、黄岩岛附近海域有1.3~1.7米的中浪，这些海岛较适宜乘船出行；

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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