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基于PCA-GAM的阿拉伯海鸢乌贼(Sthenoteuthis oualaniensis)资源量空间分布预测模型研究

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水产学报 2022年

作者：范秀梅崔雪森唐峰华樊伟伍玉梅张衡中国水产科学研究院渔业资源与遥感信息技术重点开放实验室中国水产科学研究院东海水产研究所农业农村部远洋与极地渔业创新重点实验室

鸢乌贼是阿拉伯海重要的渔业资源之一，科学预测鸢乌贼资源量的分布有利于其资源的合理开发和利用。本研究利用2017-2019年阿拉伯海公海灯光围网鸢乌贼生产数据，结合同期的盐度、温度、混合层厚度、海表面高度异常、叶绿素a浓度、海表...

鸢乌贼是阿拉伯海重要的渔业资源之一，科学预测鸢乌贼资源量的分布有利于其资源的合理开发和利用。本研究利用2017-2019年阿拉伯海公海灯光围网鸢乌贼生产数据，结合同期的盐度、温度、混合层厚度、海表面高度异常、叶绿素a浓度、海表流速、经度、纬度数据构建了阿拉伯海鸢乌贼渔场的PCA-GAM预报模型。环境因子间的相关性会形成多重共线性，易造成模型过拟合，降低模型的预报能力。基于主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）降维技术，将环境数据转变成少数几个不相关但保留重要信息的主成分（Principal Component，PCs），将前8个PCs作为GAM模型的解释变量，构建模型。利用交叉验证得到预报值和实际CPUE(经过ln(CPUE+1)变换)的相关系数的均值为0.5327，回归模型斜率的均值为0.7087，截断的均值为1.4711。模型预报的鸢乌贼资源量分布和实际的CPUE(经过ln(CPUE+1)变换)在空间上重叠度较高，表明PCA-GAM模型能够较好的预报阿拉伯海鸢乌贼资源量的空间分布。

关键词：

CNN-LSTM在日本鲭捕捞渔船行为提取中的应用

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农业工程学报 2022年第7期38卷 200-209页

作者：王书献张胜茂唐峰华石永闯范秀梅樊伟孙宇大连海洋大学航海与船舶工程学院大连116023 农业农村部渔业遥感重点试验室中国水产科学研究院东海水产研究所上海200090

目前,国内外部分自动化程度较高的捕捞渔船逐渐开始采用人类观察员与电子观察员相结合的捕捞监控方式。为简化电子监控系统数据处理流程、提高电子监控系统自动化程度、增强相关渔业公司及政府部门的管理效率,该研究提出将卷积神经网络(... 详细信息

目前,国内外部分自动化程度较高的捕捞渔船逐渐开始采用人类观察员与电子观察员相结合的捕捞监控方式。为简化电子监控系统数据处理流程、提高电子监控系统自动化程度、增强相关渔业公司及政府部门的管理效率,该研究提出将卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)与长短期记忆模块(Long Short Term Memory, LSTM)应用在传统电子监控系统数据中,用于灯光渔业日本鲭捕捞渔船行为提取。根据日本鲭捕捞渔船工作特点,划分出放网、收网、进鱼、转载等9种捕捞作业行为。设计4组平行试验,分别对比3层卷积神经网络、带有LSTM模块的3层卷积神经网络、8层卷积神经网络、带有LSTM模块的8层卷积神经网络在日本鲭捕捞渔船行为提取中的表现。试验结果显示,在测试集中该4种神经网络训练得到的模型综合评价指标F1分数分别达到了0.794、0.799,0.966及0.972,在配备NVIDIA Tesla V100 32GB高性能GPU的超算环境下5 000组数据平均每次检测耗时分别为34.66、34.50、37.41、37.61 ms。在一定范围内,网络深度的增加会显著提升模型的效果,但检测耗时也会有明显增加;LSTM模块的加入对网络模型效果有一定程度的提升,且不会显著影响检测耗时。因此,CNN-LSTM模块在电子监控系统高实时性、高精度场景下均有较大的应用前景,能够提高电子监控系统自动化程度,提高相关部门的管理效率。

关键词：电子监控系统卷积神经网络长短期记忆日本鲭捕捞行为

基于PCA-GAM的阿拉伯海公海鸢乌贼资源量空间分布预测模型研究

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水产学报 2022年第12期46卷 2340-2348页

作者：范秀梅崔雪森唐峰华樊伟伍玉梅张衡中国水产科学研究院东海水产研究所农业农村部远洋与极地渔业创新重点实验室中国水产科学研究院渔业资源与遥感信息技术重点开放实验室

为了科学预测鸢乌贼资源量的分布，更加合理开发和利用其资源，实验利用2017—2019年阿拉伯海公海灯光围网鸢乌贼生产数据，结合同期的盐度、温度、混合层厚度、海面高度异常、叶绿素a浓度、海表流速、经度和纬度数据构建了阿拉伯海鸢... 详细信息

为了科学预测鸢乌贼资源量的分布，更加合理开发和利用其资源，实验利用2017—2019年阿拉伯海公海灯光围网鸢乌贼生产数据，结合同期的盐度、温度、混合层厚度、海面高度异常、叶绿素a浓度、海表流速、经度和纬度数据构建了阿拉伯海鸢乌贼渔场的PCA-GAM预报模型。环境因子间的相关性会形成多重共线性，易造成模型过拟合，降低模型的预报能力。基于主成分分析(principal component analysis,PCA)降维技术，将环境数据转变成少数几个不相关但保留重要信息的主成分(PCs)，将前8个PCs作为广义加性模型(GAM)的解释变量构建模型。利用交叉验证得到预报值和实际单位捕捞努力量渔获量(CPUE)[经过ln(CPUE+1)变换]相关系数均值为0.532 7，回归模型斜率的均值为0.708 7，截断的均值为1.471 1。模型预报的鸢乌贼资源量分布和实际的CPUE[经过ln(CPUE+1)变换]在空间上重叠度较高，表明PCA-GAM模型能够较好地预报阿拉伯海鸢乌贼资源量的空间分布。

关键词：鸢乌贼广义加性模型(GAM) 主成分分析(PCA) 空间分布模型阿拉伯海

高度计波高数据同化对印度洋海域海浪数值预报影响研究

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高度计波高数据同化对印度洋海域海浪数值预报影响研究

作者：范秀梅中国科学院研究生院（海洋研究所）

学位级别：硕士

海浪预报准确度的提高一直是海浪数值预报追求的目标，现在海浪都是由海浪模式来预报，如果输入模式的初始有效波高场更准确，那么模式的预报自然就更准确。于是为模式提供更准确的初始场是提高预报精确度的方法之一。目前各种同化方法... 详细信息

海浪预报准确度的提高一直是海浪数值预报追求的目标，现在海浪都是由海浪模式来预报，如果输入模式的初始有效波高场更准确，那么模式的预报自然就更准确。于是为模式提供更准确的初始场是提高预报精确度的方法之一。目前各种同化方法都日趋成熟，利用观测值和同化技术来同化模式输出的背景场，可以为模式预报提供更准的初始场。本文利用最优插值(Optimal Interpolation)的同化方法，向WWATCH Ⅲ3.14中加入同化模块，由大气模式WRF一小时一次的输出风场驱动模式，以北印度洋为计算区域（由全球区域为其提供边界条件），在模式积分的过程中连续同化了2010年12月15日、16日和17日这三天的由JASON-2高度计观测的波高数据，需要注意的是在每次同化过后需要利用同化后得到的有效波高重构相应的二维海浪波谱。使得同化后的波浪能量谱能够替换无同化的波能谱，从而达到同化的效果，为模式的预报提供更准确的波浪初始场。在处理同化的背景误差协方差矩阵B占用内存过多的问题时，本文采用的稀疏矩阵的存储方法，以节省内存。对稀疏矩阵的运算采用Sparse Blas函数库里的相关函数。为了充分利用模式的并行运行的功能和提高模式的运行速度，按照模式的并行设计思路，设计同化模块。把得到的同化后的有效波高和同化前的波高分别与高度计数据进行比较，结果表明采用最优插值的方法，利用卫星高度计的观测波高同化由WWATCH Ⅲ模式算出的背景场，获得了海浪有效波高的最优估计，可以为预报海浪提供更准确的初始场。得到经过同化的分析场后，利用其作为有效波高初始场预报了三天的海浪有效波高。取同化阶段某一时刻的卫星轨道的经纬度，输出预报时刻该轨道线上的波高值，并把它与无同化相同预报时刻和位置的值相比，检验同化预报的时效性。从结果可看出同化的效果在72小时以内，同化和无同化的预报效果区别较明显，并且随着预报时间的增长两者的预报结果区别逐渐减小直至消失。同时利用得到的同化后的有效波高场作为初始场预报了三天的波浪，并把无同化预报和同化预报在有卫星观测值的时刻进行的比较，得出同化可以提高波浪预报的水平。

关键词： WAVEWATCH Ⅲ 最优插值同化卫星高度计海浪同化

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热带中西太平洋黄鳍金枪鱼栖息水层空间分析

中国农业科技导报 2022年第1期24卷 183-191页

作者：杨胜龙史慧敏范秀梅崔雪森王斐张衡中国水产科学研究院渔业资源与遥感信息技术重点开放实验室上海200090 中国水产科学研究院东海水产研究所农业农村部远洋与极地渔业创新重点实验室上海200090 上海海洋大学信息学院上海201306

为了解热带中西太平洋黄鳍金枪鱼(Thunnus albacares)延绳钓适宜水层的空间分布,分析黄鳍金枪鱼垂直空间分布对渔获率的影响,采用Argo浮标剖面温度数据挖掘热带中西太平洋17℃和距海洋表层水温8℃(Δ8℃)的月平均等温线场,网格化计算17... 详细信息

为了解热带中西太平洋黄鳍金枪鱼(Thunnus albacares)延绳钓适宜水层的空间分布,分析黄鳍金枪鱼垂直空间分布对渔获率的影响,采用Argo浮标剖面温度数据挖掘热带中西太平洋17℃和距海洋表层水温8℃(Δ8℃)的月平均等温线场,网格化计算17、Δ8℃等温线深度值和下界深度差,量化黄鳍金枪鱼游动水层,并结合中西太平洋渔业委员会(the Western and Central Pacific Fisheries Commission,WCPFC)黄鳍金枪鱼延绳钓商业生产数据,以高渔获率评估黄鳍金枪鱼索饵水层空间分布及其对延绳钓渔获率的影响。空间分布结果表明,高单位捕捞努力量渔获率(catch per unite of effort,CPUE)出现的海域17℃等温线深度值在180~279 m之间,平均深度为228 m,深度值超过300 m的海域CPUE较小。Δ8℃等温线高值CPUE出现的海域深度值主要在130~239 m之间,平均深度为186 m。在5°N—10°S纬向区域,全年月平均CPUE均较高,该区域17℃等温线深度值在200~240 m之间;Δ8℃等温线深度值在150~220 m之间。全年在5°N—10°S纬向区域,高渔获率的垂直分布深度更加集中。Δ8和17℃等温线分布影响热带大西洋黄鳍金枪鱼的垂直下游深度;温跃层下界温度影响黄鳍金枪鱼的索饵水层。研究初步得出了热带大西洋黄鳍金枪鱼适宜的水平和垂直深度分布区间,有助于辅助渔情预报,为热带中西太平洋黄鳍金枪鱼实际生产作业和资源管理提供参考依据。

关键词：黄鳍金枪鱼次表层环境热带中西太平洋 Argo浮标

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径向复合环形压电超声光纤切割刀的理论研究

径向复合环形压电超声光纤切割刀的理论研究

作者：范秀梅中国计量大学

学位级别：硕士

1966年诺贝尔物理学奖获得者高锟博士提出并验证了光纤可以作为信息传递的媒质,自此光纤传输作为一种新的信息传递方式走进千家万户。可通过改善光纤加工工艺中的切割技术来提高光纤的质量,在传统切割方式基础上提出了利用超声切割技术... 详细信息

1966年诺贝尔物理学奖获得者高锟博士提出并验证了光纤可以作为信息传递的媒质,自此光纤传输作为一种新的信息传递方式走进千家万户。可通过改善光纤加工工艺中的切割技术来提高光纤的质量,在传统切割方式基础上提出了利用超声切割技术来切割光纤的方法。为实现光纤的超声切割,本文设计了三种径向复合圆环光纤切割刀和两种径向复合圆环压电超声光纤切割换能器。径向复合圆环压电超声换能器是在径向复合圆环切割刀的内侧面处添加一个压电陶瓷圆环,压电陶瓷圆环作径向伸缩振动,带动切割刀向光纤端面划擦,实现径向超声切割。超声光纤切割相较于传统光纤具有切割端面光滑,切割质量高等优点。主要研究内容如下:（1）基于变厚度金属薄圆环的径向应力方程,建立了等厚度圆环和幂函数圆环光纤切割刀的等效电路模型,这两种切割刀的等效电路模型均为非互易二端口等效网络。（2）结合单圆环等效电路模型,建立了三种径向复合环形光纤切割刀的等效电路模型,根据等效电路推导出切割刀的一阶、二阶径向共振频率方程和位移放大系数。（3）在径向复合环形光纤切割刀的内侧面处添加压电陶瓷圆环,组成压电超声光纤切割换能器。推导了阶梯圆环压电超声光纤切割换能器、幂函数圆环和等厚度圆环径向复合形成的压电超声光纤切割换能器的一阶、二阶径向共振和反共振频率方程。在理论计算的基础上,对不同结构形状的径向复合环形光纤切割刀和压电超声光纤切割换能器的径向振动性能进行了仿真模拟,理论分析结果与有限元仿真结果基本一致。研究结果表明:径向复合环形光纤切割刀的一阶径向共振频率和位移放大系数的变化幅度均小于二阶,且二阶径向共振模式下存在位移放大系数大于1的情况,实现由内向外的聚能。压电超声光纤切割换能器的一阶有效机电耦合系数始终大于二阶,且二阶径向共振模态存在位移节圆,在切割光纤时可作为与外部设备连接点,来固定换能器。

关键词：光纤切割刀径向振动复合圆环压电超声换能器

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WAVEWATCHⅢ同化模块的建立和检验

海洋科学 2013年第10期37卷 111-119页

作者：齐鹏范秀梅中国科学院海洋研究所山东青岛266071 中国科学院海洋环流与波动重点实验室山东青岛266071 中国科学院大学北京100049 中国水产科学研究院东海水产研究所上海200090

将基于最优插值（OI）的同化并行模块植入全谱空间的第三代海浪模式 WAVEWATCH III ver-sion3.14,建立数据同化的海浪模式预报系统,并通过实际的预报个例对同化系统进行检验。个例实验是以5°S以北的印度洋海域为目标计算区域,海面风场... 详细信息

将基于最优插值（OI）的同化并行模块植入全谱空间的第三代海浪模式 WAVEWATCH III ver-sion3.14,建立数据同化的海浪模式预报系统,并通过实际的预报个例对同化系统进行检验。个例实验是以5°S以北的印度洋海域为目标计算区域,海面风场强迫采用业务单位的中尺度天气预报模式WRF （weather research and forecast）提供的逐时海面风场预报产品。模式积分过程中连续同化2010年12月15日、16日和17日过境北印度洋的Jason-2卫星高度计沿轨有效波高（SWH）数据（需要指出的是,每次同化得到新的SWH分析场后需重构相应的二维海浪谱用于谱模式）。SWH同化分析值和无同化的对照组分别与高度计沿轨观测数据比较发现,就日平均统计来看,同化较无同化使SWH分析值的均方根误差减小约25%-50%。以 SWH同化分析场作为初始场的预报表明,同化对预报影响的时效性可延长至48-60 h。本研究目的是通过将高度计测量的SWH数据同化到海浪模式进一步提升海浪数值预报的准确度。

关键词： WAVEWATCH III 最优插值(OI) 数据同化卫星高度计波高数据

阶梯圆环压电超声换能器径向振动性能的理论研究

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应用声学 2021年第6期40卷 878-888页

作者：许龙范秀梅中国计量大学理学院杭州310018

提出了一种阶梯圆环径向振动压电超声换能器,根据力电类比原理建立了阶梯圆环及阶梯圆环换能器的径向振动等效电路,推导了阶梯圆环的径向共振频率方程和位移放大系数,在此基础上进一步推导了换能器的径向共振和反共振频率方程。通过理... 详细信息

提出了一种阶梯圆环径向振动压电超声换能器,根据力电类比原理建立了阶梯圆环及阶梯圆环换能器的径向振动等效电路,推导了阶梯圆环的径向共振频率方程和位移放大系数,在此基础上进一步推导了换能器的径向共振和反共振频率方程。通过理论推导和有限元仿真模拟分析了阶梯圆环压电超声换能器的径向振动性能。结果表明,增大阶梯圆环中内外环的径向厚度之比K_(1)或减小轴向厚度之比K_(2),阶梯圆环的一阶径向共振频率减小,二阶径向共振频率增大;在二阶径向共振模式下,K_(1)、K_(2)值在一定范围内阶梯圆环可实现由内向外的径向位移振幅放大;随着压电陶瓷圆环的内半径增大,阶梯圆环压电超声换能器的一阶、二阶径向共振和反共振频率减小,二阶径向共振下的有效机电转换系数趋于零;增大阶梯圆环内环的外半径,换能器的一阶径向共振和反共振频率减小,二阶径向共振和反共振频率先增大后减小,理论推导与仿真模拟结果符合良好。该文研究结果为阶梯圆环压电超声换能器的工程应用提供理论参考。

关键词：阶梯圆环径向振动压电超声换能器

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中国高中英语学习者英语习语学习策略的研究

中国高中英语学习者英语习语学习策略的研究

作者：范秀梅辽宁师范大学

学位级别：硕士

无论是以英语为母语或是以英语为第一语言或外语的学习者都感到英语习语的学习有一定的困难,而后者尤其感到吃力。对于外语学习者而言,熟练地使用英语习语可以令英语表达更地道,交流更通畅,所以有必要掌握一定的英语习语学习策略。传统... 详细信息

无论是以英语为母语或是以英语为第一语言或外语的学习者都感到英语习语的学习有一定的困难,而后者尤其感到吃力。对于外语学习者而言,熟练地使用英语习语可以令英语表达更地道,交流更通畅,所以有必要掌握一定的英语习语学习策略。传统的观点认为习语的语义具有不可分析性,其意义不能直接从各个独立组成部分的综合意义来获得,因此习语只能被看成一个意义整体。而认知语言学认为,绝大多数习语的意义具有可分析性,而概念隐喻的分析方法能够为习语的理解提供一种根本的途径,也能为习语的教学提供一种新的教学方法。本文首先以问卷的形式对当前高中学生英语习语的学习情况进行了初步调查,发现被调查者对英语习语的了解非常少,认识有待加深。32名受试随机被分成实验组和控制组,在Lakoff提出的概念隐喻理论的基础之上,分别对两组受试进行概念隐喻方法和传统的习语学习方法指导,通过对比受试在前测和后测中分数的变化,来分析他们在两种学习方法影响下对有、无具体语境的英语习语的学习策略以及学习效果;测试结束后,通过师生问答的形式对能够正确理解习语意义的学习者进行了采访,目的在于探索有效的习语学习策略。本文旨在探索概念隐喻思维是否能够帮助高中英语学习者理解英语习语;在两种学习方法指导下,习语的语境是否能够促进学习者更好的加工习语?在加工习语的过程中,中国高中英语学习者主要采取哪些有效策略学习英语习语? 通过对比受试在两组习语测试中的分数,发现他们在前测中的成绩没有明显的差异;而在后测中,实验组的成绩明显高于控制组,同时前者比后者更善于采取较为复杂的认知策略,并能准确地结合语境来分析习语的意义,这说明概念隐喻思维能够促进学习者对英语习语的学习。但在零语境的情况下,两组受试均依靠字面翻译法,而且准确率不高,由此可见恰当的语境是理解习语的重要保障。通过采访发现,Cooper的七种学习策略只有部分适合中国高中英语学习者,其中有效的学习策略按使用的频率排列如下：语境猜测>概念整合>字面翻译>背景知识>母语对照等方法,因此在日常的英语教学过程中,教师应充分考虑学习者的认知水平,对其进行概念隐喻知识的讲解,从根本上促进学习者对英语习语的理解和应用。

关键词：高中生英语习语概念隐喻学习策略