Kinetic energy of eddy-like features from sea surface altimetry
中尺度涡场在海洋物理和生物特性的混合和输送以及能量收支的再分配中起着关键作用。涡流动能通常定义为速度场随时间变化的分量的动能。然而，这个定义包含了所有随时间变化的过程，包括相干的中尺度涡旋、喷流、波浪和大尺度运动。本文着重研究相干中尺度涡旋中所含的涡旋动能。本文提出了一种将涡旋动能分解为海洋过程的新方法。该方法采用了一种新的涡流识别算法（TrackEddy）。该算法基于相干涡旋的海平面特征可以近似为高斯特征的前提。涡高斯签名，然后允许通过地转近似的涡场的动能的计算。利用合成海平面高度资料对TrackEddy进行了验证，并利用卫星海平面高度距平（AVISO+）研究了南大洋涡旋动能的变化趋势。我们探测到南大洋中尺度涡旋的涡旋动能有增加的趋势。这种趋势与近20年来相干涡振幅的增加和风应力的加强有关。
2019-08-24 physics.ao-ph
On the potential of mapping sea level anomalies from satellite altimetry with Random Forest Regression
卫星测高术的海平面观测具有时空覆盖稀疏的特点。因此，沿航迹数据通常被插入每日网格。后者在时间和空间上被强烈平滑，并且使用需要几个预处理步骤和协方差表征的最佳插值例程来生成。在这项研究中，我们评估了随机森林回归估计每日海平面异常的潜力。2004年的沿航迹海平面数据被用来建立一个训练数据集，其预测因子是相邻的观测。验证是基于与验潮仪的日平均值的比较。所生成的数据集与验潮仪记录的相关性平均比常用的哥白尼产品高10%。虽然后者是更优化的空间中尺度的检测，我们展示了如何本研究的方法有可能提高海平面变化的特性。
2022-08-05 physics.ao-ph physics.data-an physics.geo-ph
Validation of the multi-mission altimeter wave height data for the Baltic Sea region
我们提出了一个完整的交叉验证的显着波高（SWH）提取的测高数据从所有现有的10个卫星与现场（浮标和回声测深仪）波测量的波罗的海盆地。其主要目的是选择一个适当的测高数据子集的波候的后续评估。后向散射系数> 13.5 cdb、SWH归一化标准差误差> 0.5 m和质心距地小于0.2 °的快照是不可靠的。冰旗通常表示冰浓度> 50%。冰的存在从浓度10%开始影响SWH数据，但实质性影响仅在浓度> 30%时明显。根据这些标准选择的测高数据与现场数据有很好的对应关系，但GEOSAT第一阶段数据（1985-1989年）无法验证。测高数据和现场数据的均方根差在0.23-0.37范围内，与~1 m的平均波高相比，这对于波罗的海来说很重要。CRYOSAT-2、ERS-2、JASON-1/2和SARAL数据的偏差低于0.06米。ENVISAT、ERS-1、GEOSAT和TOPEX卫星显示的偏差较大，最高可达0.23米。几对卫星（ENVISAT/JASON-1、SARAL/JASON-2、ERS-1/TOPEX）的SWH时间序列表现出很大的相互时间漂移，其中一部分在时间上明显不均匀。来自SARAL卫星的一组新的高分辨率SWH数据显示，与现场数据和来自以前卫星的数据流有很好的对应关系。
2016-08-26 physics.ao-ph
Sea level Projections with Machine Learning using Altimetry and Climate Model ensembles
University of Colorado（科罗拉多大学）；National Center for Atmospheric Research（美国国家大气研究中心）
研究提出一种结合卫星测高观测与气候模式模拟的机器学习框架，通过训练全连接神经网络融合历史后报数据，并利用空间聚类策略提升模型性能，成功生成了未来30年2度分辨率的海平面上升预测。
2023-08-02 cs.LG physics.ao-ph
Training neural mapping schemes for satellite altimetry with simulation data
Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；IRD（法国发展研究院）；Datlas（Datlas公司）；IMT Atlantique（大西洋国立高等矿业电信学校）；INRIA（法国国家信息与自动化研究所）
本文利用NEMO海洋模拟和4DVarNet训练海面高度神经映射方案，揭示更真实的富涡旋无潮汐模拟可显著提升真实卫星测高数据的插值性能。
2023-09-19 cs.LG physics.ao-ph
Spatial variations in the Caspian Sea wave climate in 2002-2013 from satellite altimetry
根据卫星测高术任务JASON-1的结果，根据2002-2013年的年平均有效波高及其区域变化，确定了里海波候及其变化的核心特征。远程估计的波高进行验证，对属性的经验分布的仪器测量波高在里海南部和每月平均的目视观测波高在三个位置。系统差异的校正导致每月平均原位和卫星数据之间的良好对应关系，典型的均方根差为0.06米。里海北部海盆的平均有效波高为0.5-0.7米，中部和南部海盆的大部分地区约为1.2米，中部海盆的北部最高可达1.8米。2002-2013年，全流域平均波强在1.02-1.14 m范围内变化不显著。由于忽略了低波条件，这些估算值高估了约30%的波高。在某些区域，波高发生了实质性的和统计学上显著的变化。中部盆地东段的波高减少了0.019 +- 0.007 m/yr，南部盆地西段减少了0.04 +- 0.04 m/yr。这些变化可以解释为西风频率的增加，而南风频率的增加。全流域和区域极值波高都表现出较大的年际变化，但没有显示出任何显著的趋势。平均和极值波高的变化规律不同。在南部海盆东部，平均波高增加，而极值波高减少。
2019-12-02 physics.ao-ph physics.space-ph
Inversion of sea surface currents from satellite-derived SST-SSH synergies with 4DVarNets
IMT Atlantique（大西洋国立高等矿业电信学院）；Ifremer（法国海洋开发研究院）；CNRS（法国国家科学研究中心）
卫星测高术是直接观测海面动态的一种独特手段。然而，这仅限于表面约束的地转分量的海面速度。而在100公里以下的水平尺度和10天以下的时间尺度上，非地转动力学是显著的。海洋环流模式的同化可能只揭示了一小部分非地转分量。在这里，我们探索一个基于学习的计划，以更好地利用观测到的海面示踪剂，特别是海面高度（SSH）和海面温度（SST）之间的协同作用，以更好地告知海表层洋流。更具体地说，我们开发了一个4DVarNet计划，利用可训练的观测和{ \em先验}条款的变分资料同化制定。在墨西哥湾流区域进行的观测系统模拟实验（OSSE）表明，SST-SSH协同作用可以揭示时间尺度为2.5-3.0天、水平尺度为0.5 $^\circ$-0.7 $^\circ$的海面速度，包括非地转动力学的重要部分（$\approx$ 47\%）。分析了不同观测数据（即最低点沿航迹测高、宽测绘带SWOT测高和SST数据）的贡献，强调了SST特征在水平空间尺度（从\nicefrac{1}{20} $^\circ$到\nicefrac{1}{4} $^\circ$）重建中的作用。
2023-01-06 cs.LG physics.ao-ph
The GNSS-R Eddy Experiment I: Altimetry from Low Altitude Aircraft
我们报告的结果从涡流实验，同步GPS接收机对飞行在飞机上收集采样的L1信号和它们的反射从海面调查的高度精度的GNSS-R。在实验期间，表面风速（U10）为10 m/s的数量级，显著波高高达2 m，如在配套文件中进一步讨论的。在通过对全球定位系统代码进行解扩对两个信号进行软件跟踪之后，使用了一个包含海面状况描述的参数波形模型来拟合波形（重新跟踪），并估计直接全球定位系统信号与其反射信号之间的时间间隔。估计的失误，然后被用来估计海面高度（SSH）沿飞机轨迹使用微分几何模型。正如预期的那样，全球导航卫星系统-R测距的精度在1秒积分后为3米。更重要的是，相对于Jason-1 SSH和现场全球定位系统浮标测量，GNSS-R测高解的精度为10厘米，这是所用实验装置的目标。这一新结果证实了GNSS-R在海洋中尺度测高监测方面的潜力，并为实现空间任务提供了一个重要的里程碑。
2003-10-20 physics.ao-ph physics.geo-ph
Neural ocean forecasting from sparse satellite-derived observations: a case-study for SSH dynamics and altimetry data
IMT Atlantique（大西洋国立高等矿业电信学院）；CNRS（法国国家科学研究中心）；INRIA（法国国家信息与自动化研究所）；Ifremer（法国海洋开发研究院）；OceanDataLab；Mercator Ocean International（国际墨卡托海洋组织）；IRD（法国国家可持续发展研究所）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）
本文提出基于稀疏卫星观测的端到端神经预报框架，用于预测海面异常和流，展示其在数据稀疏条件下的有效性。
2025-12-15 cs.AI cs.LG physics.ao-ph
Generative Diffusion Model-based Downscaling of Observed Sea Surface Height over Kuroshio Extension since 2000
Fudan University（复旦大学）；Shenyang Kangtao Technology Co., Ltd.（沈阳康涛科技有限公司）
提出一种生成扩散模型，将黑潮延伸区卫星测高数据从0.25°降尺度至1/16°，优于现有方法并揭示小于250公里涡旋动能自2004年来显著增强。
2024-08-22 cs.AI physics.ao-ph
A retrospective on the 2025 Atlantic hurricane season
ICCS & DAMTP, University of Cambridge（剑桥大学计算科学系与理论物理系）
本文回顾2025年大西洋飓风季节的活动情况，分析气候因素对飓风形成的影响，指出尽管海水温度高且处于La Nina阶段，但总体活动接近平均水平。
2026-04-20 physics.ao-ph
Anthropogenic Mixing of Seasonally Stratified Shelf Seas by Offshore Wind Farm Infrastructure
海上风能部门在过去二十年中迅速扩大，为沿海国家提供了可再生能源解决方案。行业发展在欧洲领先，但在全球范围内正在增长。到目前为止，大多数开发都是在混合良好的，即不分层的，靠近海岸的浅水区。行业增长首次将开发推向深水，进入一个全新的环境：季节性分层的陆架海。季节性分层的陆架海，其水密度随深度而变化，在初级生产量、海洋生态系统和生物化学循环中发挥着不成比例的关键作用。基础设施将直接混合分层的陆架海。除了自然背景过程之外，这种混合的程度尚未完全量化。如果足够大，它可能会侵蚀陆架海分层。因此，海上风电的增长可能会破坏并从根本上改变大陆架海洋系统。然而，混合的加强也可能对某些海洋生态系统产生积极影响。本文设置场景的部门发展到这个新的环境中，审查潜在的物理和环境效益和影响的大规模工业化的季节性分层的陆架海，并确定需要研究的领域，以最好地利用，管理和减轻环境变化。
2021-12-18 physics.ao-ph physics.flu-dyn
On the existence of stable seasonally varying Arctic sea ice in simple models
在低阶热力学理论的框架内，北极海冰的气候演变，我们隔离的稳定的季节性变化的解决方案，其中冰形成每年冬天和融化每年夏天的存在所需的条件。这是通过从Eisenman和Wettlaufer（2009）的连续演化理论构建一个两季模型来完成的，并表明季节变化的状态在恒定的年平均短波辐射强迫下是不稳定的。然而，将夏季分为两个时间段（有冰和无冰）提供了足够的自由度来稳定季节性冰。简单的摄动理论表明，稳定性的条件是由冰在夏季何时消失，从而夏季海洋热通量与冰的相对大小决定的。在温室气体变暖的背景下，作为一个功能，其中稳定条件被识别，这种情况下进行检查。
2012-05-07 nlin.CD physics.ao-ph
Long-term and seasonal variability of wind and wave extremes in the Arctic Ocean
近几十年来，由于气候变化，北冰洋经历了巨大的变化。海冰的消退打开了大片的海洋，导致了波候气候的增强。考虑到强烈的季节性和快速变化的北极气候，一个非平稳的方法是适用于随时间变化的统计特性，调查的历史趋势的极值。该分析基于28年的波浪后报（从1991年到2018年），采用WAVEWATCH III波浪模型，由ERA 5风速强制进行。结果表明，极端波高和风速具有明显的季节差异和强劲的正趋势，特别是在波弗特海和东西伯利亚海，风速的100年重现期区域平均增长率约为4%，显著波高可达60%。得出的结论是，在极端有效波高的显着增加，在很大程度上与海冰退缩和增强可用于造波的提取。
2020-10-13 physics.ao-ph physics.geo-ph
