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深度学习方法在北极海冰预报中的应用

大气科学学报 2022年第1期45卷 14-21页

作者：刘泉宏张韧汪杨骏闫恒乾国防科技大学气象海洋学院湖南长沙410000 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044

在全球气候变暖背景下,北极海冰呈现出逐年消融的趋势。海冰的消融给北极的开发利用带来了重要机遇,例如北极航道通航潜力的显现。但北极航道开通还面临着诸多困难,尤其是海冰变化机理的复杂性和海冰预报的不确定性以及由此带来的航行... 详细信息

在全球气候变暖背景下,北极海冰呈现出逐年消融的趋势。海冰的消融给北极的开发利用带来了重要机遇,例如北极航道通航潜力的显现。但北极航道开通还面临着诸多困难,尤其是海冰变化机理的复杂性和海冰预报的不确定性以及由此带来的航行安全风险。近年来,深度学习因其强大的非线性拟合能力,逐渐在海冰预报领域中崭露头角。本文对近年来深度学习在北极海冰预报中的国内外研究状况进行了梳理,分析了深度学习在海冰预报中的应用背景,指出了单纯地应用深度学习进行海冰预报的局限性,阐述了深度学习方法与气象海洋专业知识的结合点,展望了未来的研究动态和发展趋势。

关键词：北极海域海冰预报深度学习北极航道

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基于Logistic回归和DEA的水资源供需月风险评价模型及其应用

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自然资源学报 2016年第1期31卷 177-186页

作者：钱龙霞张韧王红瑞汪杨骏解放军理工大学气象海洋学院南京211101 北京师范大学水科学研究院水沙科学教育部重点实验室北京100875

我国城市水资源供需研究多集中在供需平衡分析方面,而忽略了供需风险的研究。针对这一问题,论文从危险性、脆弱性和损失的角度构建水资源供需风险指标体系,建立了危险性和损失的函数表达式,并且考虑了随机性对损失的影响。利用Logistic... 详细信息

我国城市水资源供需研究多集中在供需平衡分析方面,而忽略了供需风险的研究。针对这一问题,论文从危险性、脆弱性和损失的角度构建水资源供需风险指标体系,建立了危险性和损失的函数表达式,并且考虑了随机性对损失的影响。利用Logistic回归模型模拟供水量和需水量系列的概率分布,建立了基于数据包络分析的水资源供需风险评价模型,对2020年北京市水资源供需月风险进行定量评价。结果表明:在1956—2012年的来水条件下,北京市月风险具有明显的季节变化特征,其中春季和夏季的风险系数值比较小,在0.4左右波动,秋季的风险系数值较大,基本在0.4到0.6之间波动,冬季的风险系数值最大,在0.6到1之间波动,如果不采取一些措施进行风险调控,1—10月的水资源供需风险会不断增大;利用再生水和南水北调水后,1—12月的风险均有了大幅度的降低,但是1—10月和12月的风险仍然有增大的趋势。

关键词：危险性脆弱性损失水资源供需月风险 Logistic回归数据包络分析

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基于多保真深度神经网络的船型优化

中国舰船研究 2024年第6期19卷 74-81页

作者：魏亚博汪杨骏万德成上海交通大学船海计算水动力学研究中心上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 国防科技大学前沿交叉学科学院江苏南京210000

[目的]为了提高优化效率并获得更好的优化结果,将不同精度数据进行有机融合,利用多保真深度神经网络开展船型优化设计。[方法]基于多源数据融合和迁移学习思想,构建了一种多保真深度神经网络。通过将大量低保真数据与少量高保真数据融... 详细信息

[目的]为了提高优化效率并获得更好的优化结果,将不同精度数据进行有机融合,利用多保真深度神经网络开展船型优化设计。[方法]基于多源数据融合和迁移学习思想,构建了一种多保真深度神经网络。通过将大量低保真数据与少量高保真数据融合学习,构建与高保真数据之间的线性项和非线性项,得到高保真近似模型。基于此方法开展针对DTMB 5415船静水阻力的优化设计。分别采用势流和黏流样本点阻力进行评估,势流计算结果作为低保真数据,黏流计算结果作为高保真数据,构建多保真深度神经网络近似模型。借助遗传算法获得优化解并与只使用单一高保真数据构建的Kriging近似模型的优化结果进行对比。[结果]基于多保真神经网络方法,DTMB 5415阻力减少了6.73%。基于Kriging模型,DTMB 5415阻力减少了5.59%。[结论]多保真深度神经网络近似模型可以兼顾效率和精度,可以用于优化求解,且由其得到的优化船型阻力优化效果更为显著。

关键词：船舶设计人工智能减阻船型优化多保真深度神经网络数据融合迁移学习

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潜艇近水面操纵运动数值模拟与流场特性研究

水动力学研究与进展A辑 2024年

作者：郭恩锴汪杨骏曹留帅万德成上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院船海计算水动力学研究中心(CMHL) 国防科技大学前沿交叉学科学院

除深水作业外，现代潜艇还需在自由面附近完成更多任务。因此，潜艇的操纵性能及流动特性均会受到自由面的影响，进而发生改变。该文采用计算流体力学方法对近水面的潜艇回转运动以及Z形操纵运动开展了数值模拟研究，以Joubert BB2潜艇... 详细信息

除深水作业外，现代潜艇还需在自由面附近完成更多任务。因此，潜艇的操纵性能及流动特性均会受到自由面的影响，进而发生改变。该文采用计算流体力学方法对近水面的潜艇回转运动以及Z形操纵运动开展了数值模拟研究，以Joubert BB2潜艇标准模型和Marine 7371R型螺旋桨为研究对象，采用RANS方程求解方法，结合SST k-ω湍流模型，并通过流体体积法(Volume of Fluid, VOF)捕捉自由液面。然后，基于多级动态重叠网格方法实现潜艇的操纵运动模拟和艇-桨-舵的耦合控制，对深水和近水面工况下的潜艇自航运动、20°舵角下定常回转运动及20/20 Z形操纵运动进行了数值模拟。结果表明：在相同航速下，自由面的存在使得自航点的转速和相应螺旋桨推力逐渐增大，回转半径和战术直径都会增加；近水面潜艇在Z形操纵中超越角增大，转艏周期降低。最后，该文还探讨了操纵运动中自由面对流场特性、兴波特性和涡旋结构的影响。

关键词：潜艇近水面重叠网格定常回转 Z形操纵

北极多源海冰厚度数据产品的定量分析与综合评估

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极地研究 2023年

作者：李彤彤汪杨骏吴鸿乾刘科峰陈希李明李洪臣江苏海洋大学海洋技术与测绘学院国防科技大学前沿交叉学科学院国防科技大学系统工程学院国防科技大学气象海洋学院

北极海冰厚度的研究对探究全球气候变化和开辟北极航道具有重要意义。虽然卫星遥感和数值模拟技术已广泛应用于海冰厚度的研究，但相比于海冰密集度的研究，不同海冰厚度数据产品在时空上存在着较大差异。因此，本文为了客观定量地... 详细信息

北极海冰厚度的研究对探究全球气候变化和开辟北极航道具有重要意义。虽然卫星遥感和数值模拟技术已广泛应用于海冰厚度的研究，但相比于海冰密集度的研究，不同海冰厚度数据产品在时空上存在着较大差异。因此，本文为了客观定量地衡量不同海冰厚度数据产品的准确性和适用性，提出1种海冰厚度数据产品的综合质量评估框架。该框架提取了2010—2020年不同海冰厚度产品的数字统计特征、局地空间分布和时间变化规律，构建9类评估指标，通过与实测数据的对比分析，实现海冰厚度产品的多维度定量评估。结果表明， (1) CryoSat-2和SMOS(CS2SMOS)产品在统计特征相关性、空间结构相似度、年际变化偏差、逐月变化相关性和逐月变化偏差等 5 个指标中表现突出; (2)PIOMAS 产品最能反映冬半年海冰厚度随时间的变化特征和最优的年际变化相关性; (3) CPOM产品在特征统计偏差、空间分布相关性和空间分布偏差等3个指标表现最优。以上研究结果可用于海冰厚度数据产品融合，可为不同海冰厚度数据产品在不同时空进行赋权，因而提高海冰厚度数据产品融合的客观性和可靠性。

关键词：多源数据海冰厚度评估北极

基于动态极值理论和Copula函数的极端海平面高度预测建模

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海洋工程 2016年第4期34卷 62-70页

作者：汪杨骏侯太平张韧钱龙霞王锋龙强解放军理工大学气象海洋学院江苏南京211101 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044 河北省唐山市曹妃甸工业区气象局河北唐山063000

全球气候变化背景下,海平面上升是一个潜在的重大风险,为防范气候灾害,应对极端气象海洋事件,需客观、定量地对未来极端海平面变化进行科学预测。为此,基于Copula函数和动态极值分析理论,综合考虑平均海平面变化(包括垂直陆地运动和基... 详细信息

全球气候变化背景下,海平面上升是一个潜在的重大风险,为防范气候灾害,应对极端气象海洋事件,需客观、定量地对未来极端海平面变化进行科学预测。为此,基于Copula函数和动态极值分析理论,综合考虑平均海平面变化(包括垂直陆地运动和基准的局地变化)与潮、涌、浪等其他气候变化的增水对极端海平面高度的影响,采用DREAM方法改进Bayes推断对动态极值模型的参数空间估计问题,提出一种新的模型对未来极端海平面高度变化进行预测,旨在改进传统模型存在的不确定性问题,并运用该模型对气候变化背景下厦门地区未来35年的海平面变化情景进行了模型应用和实验模拟。

关键词：极端海平面高度动态极值模型 DREAM方法 Bayes推断 Copula函数

北极海冰消融情景下环北极国家利益争端的动态博弈建模技术

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极地研究 2016年第2期28卷 257-266页

作者：汪杨骏张韧钱龙霞葛珊珊洪梅解放军理工大学气象海洋学院军事海洋环境军队重点实验室江苏南京211101 南京信息工程大学气象灾害预警与评估协同创新中心江苏南京210044

以气温升高为主要特征的全球气候变化,致使北极海冰持续融化,北极地区丰富的资源、便捷的航行通道、重要的战略地位以及军事价值逐渐凸显出来。北冰洋沿岸的美国、俄罗斯、加拿大、丹麦和挪威等国家纷纷加入到北极利益争夺的行列中。为... 详细信息

以气温升高为主要特征的全球气候变化,致使北极海冰持续融化,北极地区丰富的资源、便捷的航行通道、重要的战略地位以及军事价值逐渐凸显出来。北冰洋沿岸的美国、俄罗斯、加拿大、丹麦和挪威等国家纷纷加入到北极利益争夺的行列中。为模拟和评估环北极国家在利益追逐中的合作与冲突行为的演化,基于博弈论思想,构建了环北极五国博弈的动态争端模型,提出了物质收益、惩罚损失和名誉收益等三个机制,综合考虑了气候变化、物质收益、国家关系与国家威望、国际法律法规等因素对环北极五国行为的综合影响。针对当前环北极各国在北极问题上的合作与争端开展了动态博弈建模,并对北极海冰完全消融情景时环北极各国在多种不同合作模式下的争端情况进行了模拟预估与实验仿真。

关键词：北极海冰融化环北极五国博弈论动态争端模型

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海洋环境风险分析人才培养与课程体系建设

科学咨询(科技·管理) 2022年第3期 44-46页

作者：洪梅史剑张永垂汪洋汪杨骏张韧国防科技大学气象海洋学院海洋科学与技术系

面向社会多样性保障人才培养的迫切需要，陈述和探讨如何看待社会多样性保障人才转型教育面临的挑战与机遇，以及应有的思想准备和应对措施，率先提出海洋环境风险分析理念和评估思想，建立海洋环境风险认知教学体系，出版海洋环境风险... 详细信息

面向社会多样性保障人才培养的迫切需要，陈述和探讨如何看待社会多样性保障人才转型教育面临的挑战与机遇，以及应有的思想准备和应对措施，率先提出海洋环境风险分析理念和评估思想，建立海洋环境风险认知教学体系，出版海洋环境风险评估研究专著，建设海洋环境风险分析相关的本科生和研究生课程以及在线课程，提出了需要改革海洋环境风险分析的教学内容和教学方法，希望能够找到更加贴近社会需求的海洋环境风险分析教学内容和教学方法。积极培养相应专业人才，形成海洋环境风险分析特色培养方向。通过海洋环境风险分析人才培养与课程体系建设，希望对海洋环境风险分析专业相关教学内容和教学方法的改革研究有一定的帮助和作用。

关键词：海洋环境风险分析人才培养课程建设 “层次”教育训练模式

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气候变化背景下北极航线综合评估模型研究

海洋开发与管理 2017年第12期34卷 118-124页

作者：汪杨骏张韧王哲朱颖倩国防科技大学气象海洋学院南京211101 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京师范大学文学院南京210023

在全球持续变暖的影响下,北极部分地区夏季出现无冰期,北极航线具有更短的航运距离和相对稳定的地缘政治人文环境。文章从气候变化角度出发,构建包含航行环境模块、航迹规划模块和航线经济效益模块在内的综合评估模型,评估北极地区海冰... 详细信息

在全球持续变暖的影响下,北极部分地区夏季出现无冰期,北极航线具有更短的航运距离和相对稳定的地缘政治人文环境。文章从气候变化角度出发,构建包含航行环境模块、航迹规划模块和航线经济效益模块在内的综合评估模型,评估北极地区海冰、风、浪、流等气象水文地理要素对船舶航速的影响,确定北极地区的可航行天数;在此基础上,利用A-Star算法寻找北极航线的最优路径,并分析该路径上的航运经济效益;采用该评估模型对比在RCP4.5情景下2050年船舶往返欧亚大陆之间经东北航线与经苏伊士运河航线的经济效益,结果表明,苏伊士运河航线的经济效益更高,北极航线可作为替补航线。

关键词：北极航线气候变化航行速度航线规划经济效益