《海洋预报》| 基于深度学习的潮位预报订正技术研究

基于深度学习的潮位预报订正技术研究

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读书小笔记

作者：吕忻1 丁骏2

单位：1. 国家海洋局东海预报中心, 上海 200136;
2. 上海市海洋监测预报中心, 上海 200062

分类号：P731.34

出版年·卷·期（页码）：2022·39·第二期（70-79）

摘要：引入长短期记忆神经网络（LSTM）深度学习先进算法，通过3折滑动时间序列交叉验证结合网格搜索方法确定最佳参数，构建了吴淞口潮位预报订正深度学习模型。结合风、压气象参数，对调和分析的预报潮位进行订正，得到更为准确的订正潮位，并与非线性自回归动态神经网络（NARX）浅层学习预报订正结果对比。结果表明：120 h预报潮位经LSTM模型订正后的均方根误差为0.102 m，平均绝对误差为0.084 m，订正后误差降低了52.8%；前72 h预报潮位经LSTM模型订正后误差降低了57.3%。对比发现，LSTM模型在短期和中长期潮位预报订正中均有较好表现，NARX模型在短期预报订正中表现出色。“海神”台风风暴潮过程期间，120 h、前72 h和“主振”48 h特征时段预报潮位经LSTM模型订正后，均方根误差为0.114～0.119 m，平均绝对误差为0.100～0.102 m。

关键词：长短期记忆神经网络；深度学习；预报订正；潮位；吴淞口

Abstract：In this paper, a deep learning model to correct the tide level prediction in Wusongkou area is established based on the advanced long short term memory (LSTM) neural network and the best parameters determined by 3-fold cross validation of sliding time series and grid search method. The forecast tide level of harmonic analysis is corrected with higher accuracy using wind and pressure meteorological parameters, and is compared with the correction result of the nonlinear autoregressive exogenous (NARX) dynamic neural network. The results show that the root mean square error (RMSE) and the mean absolute error (MAE) of the 120 h forecast tide level corrected by LSTM model is 0.102 m and 0.084 m, respectively, and the error is reduced by 52.8%. Moreover, the error of 72 h forecast tide level corrected by LSTM model is reduced by 57.3%. By comparison, it is found that the LSTM model performs well in the correction of short-term and medium-term and long-term tide level forecast, while the NARX model performs well only in the correction of short-term forecast. During the storm surge process caused by typhoon Haishen, the RMSE and MAE of the forecast tide level corrected by LSTM model for the characteristic periods of 120 h, the first 72 h and 48 h are 0.114～0.119 m and 0.100～0.102 m.

Key words：long short term memory; deep learning; forecast correction; tide level; Wusongkou area

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未来两天海洋环境预报

预计明天，

渤海、黄海有0.8到1.3米的轻浪到中浪；

东海、钓鱼岛附近海域有2到3米的中浪到大浪区；

台湾海峡、台湾以东洋面有1.5到2.3米的中浪区；

巴士海峡、南海北部、中部有1.2到1.8米的轻浪到中浪区；

南海南部有0.8到1.2米的轻浪；

北部湾有1.2到1.6米的轻浪到中浪。

预计后天，

东海、钓鱼岛附近海域的大浪区维持，浪高2到3米。

6月9~13日西北太平洋海浪数值预报动图

美丽海岛海域海况

预计明天，

嵊泗列岛、岱山岛、东极岛附近海域有2.1~2.2米的中浪，这些海岛不适宜乘船出行；

普陀山、钓鱼岛、万山群岛、川山群岛附近海域有1.8~2米的中浪，崇明岛、大陈岛、洞头岛、南麂岛、平潭岛、东山岛、南澳岛、海陵岛、涠洲岛、分界洲岛、蜈支洲岛、永兴岛附近海域有1.3~1.7米的中浪，这些海岛较适宜乘船出行；

我国其他各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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