Wind-induced Cross-Strait Sea Level Variability in the Strait of Gibraltar using Coastal Altimetry and In-Situ Measurements
本文利用ALES重跟踪器处理欧空局ERS-2 RA和Envisat RA-2卫星在直布罗陀海峡东侧的测高波形，以研究风致跨海峡海平面变化。
2023-07-10 physics.ao-ph
Evidence for increasing frequency of extreme coastal sea levels
极端海平面（ESL）的预测对于管理沿海风险至关重要，但由于深度不确定性而变得复杂。一个关键的不确定性是用于估计沿海灾害的模型结构的选择。模型结构选择的差异有助于估计沿海灾害的不确定性，因此，重要的是要描述模型结构选择如何影响ESL的估计。在这里，我们提出了一个收集的36 ESL数据集，从验潮站沿美国东部和墨西哥湾沿岸。数据处理使用年度块极大值和峰值超过阈值的方法来模拟极端的分布。我们使用这些数据集，以适应一套潜在的非平稳极值模型，通过协变ESL统计与多个气候变量。我们展示了如何利用这些数据集来探究沿海灾害的深层不确定性。对于这里考虑的所有模型和网站，我们发现，占沿海极端海平面的频率变化提供了一个更好的拟合比使用一个固定的极值模型。
2020-06-11 physics.ao-ph physics.data-an
Carriers of \emph{Sargassum} and mechanism for coastal inundation in the Caribbean Sea
我们确定了有效的运营商\emph{Sargassum}在加勒比海，并描述了沿海窒息的机制。卫星测高术显示，\emph{Sargassum}的载体是具有相干物质的中尺度涡旋（半径为50公里或更大的涡旋）（即，流体）边界。这些都是独立的- \emph{unlike}涡流边界与瞬时闭合流线的测高海面高度场-此外港口有限时间吸引子网络的弹性连接的有限大小的浮力或“惯性”粒子拖动洋流和风，数学抽象的\emph{Sargassum}筏。沿海淹没的机制，确定使用表面增强的加勒比海涡旋的极小模型，是热不稳定的存在下，海底地形。
2021-12-31 nlin.CD physics.ao-ph
Impacts of Antarctic fast dynamics on sea-level projections and coastal flood defense
管理未来海平面上升带来的风险的战略取决于对内在不确定性的合理描述。其中一个主要的不确定因素是，全球气温上升可能导致大部分南极冰盖迅速解体。这可能导致未来几个世纪海平面上升数米。以往的研究通常是沉默的两个耦合的问题：（一）这种“快速动态”的贡献，海平面上升的概率估计是什么？(ii)沿海洪水风险管理战略的含义是什么？在这里，我们提出了到2100年海平面上升的概率后报和预测。快速动力学机制是近似的一个简单的参数化，旨在允许仔细量化的不确定性，其贡献海平面上升。我们估计，全球气温上升1.9至3.1°C与南极快速解体相吻合，这些贡献导致本世纪海平面上升21-74厘米（5-95%范围，代表性浓度路径8.5）。我们使用一个简单的成本效益分析海岸防御演示教学练习如何忽视这一机制和相关的不确定性可以（i）导致战略大大低于保护目标和（ii）增加预期的净成本。
2017-06-19 physics.ao-ph
Sea Level and Socioeconomic Uncertainty Drives High-End Coastal Adaptation Costs
海平面上升和相关的洪水灾害对全球生活在海岸带的数百万人构成严重威胁。代表沿海适应和影响的模型是为设计管理这些风险的战略提供信息的重要工具。代表影响这些风险的往往很深的不确定性带来了不小的挑战。一种常见的不确定性表征方法是使用一些基准案例来表示可能结果集的范围和相对概率。在沿海适应性研究中已经做到了这一点，例如，通过使用感兴趣的输入的低、中、高分辨率，如海平面变化。一个关键的考虑因素是这种简化的不确定性特征如何影响估计的沿海影响的分布。在这里，我们表明，只使用几个基准集成来表示未来海平面变化的不确定性，可能会导致过度自信的预测和低估高端风险相比，使用完整的合奏海平面变化和社会经济参数的不确定性。当未来海平面的不确定性表现为全球平均海平面上升的低、中、高三个百分比时，高端（第95百分位）损害的估计被低估了18%（SSP 1 -2.6）和46%（SSP 5 -8.5）。此外，使用第5次和第95次海平面情景低估了适应成本分布的5-95%宽度，低估系数约为2至4，取决于SSP-RCP途径。由此造成的对适应成本的不确定性范围的低估可能会使适应和缓解决策产生偏差。
2022-11-29 physics.ao-ph stat.AP
Storm Surges as Seen by Coastal and Spaceborne Radars: Case Studies in British Columbia
大气突变引起的短期海平面波动对沿海地区可能是危险的现象。我们报告了2020年发生在加拿大不列颠哥伦比亚省海岸的两次这样的风暴潮。地面和空间传感器的罕见一致性使得有可能用各种仪器观测这些事件：（1）沿海海洋学雷达;（2）哨兵-1 B号卫星上的合成孔径雷达;（3）海岸验潮仪网络。根据这些案例研究，我们展示了如何卫星雷达数据可以用来补充观测和解释的地面测量的背景下，"海啸般“的海平面振荡。
2022-01-18 physics.ao-ph
The GNSS-R Eddy Experiment II: L-band and Optical Speculometry for Directional Sea-Roughness Retrieval from Low Altitude Aircraft
我们报告的检索方向海粗糙度（全方向均方斜率，包括MSS，方向和各向同性）通过反演全球导航卫星系统反射（GNSS-R）和太阳反射光谱（SORES）在1000米的实验飞行期间收集的数据。重点是利用整个延迟-多普勒图（用于GNSS-R）或全方位角图（用于SORES）来推断这些方向参数。得到的估计进行了分析和比较，贾森-1测量和ECMWF数值天气模式。
2003-10-20 physics.ao-ph physics.geo-ph
The Eddy Experiment: accurate GNSS-R ocean altimetry from low altitude aircraft
在涡流实验期间，两个同步全球定位系统接收器在1公里高度飞行，以收集L1信号及其从海面的反射，用于评估测高精度和准确度。风速（U10）约为10 m/s，SWH可达2 m。地球物理参数波形模型用于重新跟踪和估计直接信号和反射信号之间的间隔，1秒的精度为3米。使用差分模型，使用该延时来估计沿轨道的SSH。相对于Jason-1 SSH和全球定位系统浮标测量值，全球导航卫星系统-R 20公里平均绝对测高解的均方根误差为10厘米，平均差为2厘米。多路径和重跟踪参数的敏感性，由于低海拔被怀疑有下降的精度。这一结果为GNSS-R中尺度测高空间任务的实现提供了一个重要的里程碑。
2004-06-07 physics.ao-ph physics.ins-det
Digital Twin Earth -- Coasts: Developing a fast and physics-informed surrogate model for coastal floods via neural operators
由于海平面加速上升带来的沿海洪水风险，以及确定性数值模型的计算费用，迫切需要为基于物理的海岸和海洋模型开发快速准确的替代模型。为此，我们开发了地球海岸线的第一个数字孪生模型，采用了新的物理信息机器学习技术，扩展了最先进的神经运算符。作为一项概念验证研究，我们在行业标准洪水和海洋模型（NEMO）的模拟上构建了傅立叶神经运算符（FNO）代理。由此产生的FNO替代品准确地预测了大多数地区的海面高度，同时实现了NEMO的45倍加速度。我们以端到端和模块化的方式提供了一个开源的\textit{CoastalTwin}平台，以便轻松扩展到其他模拟和基于ML的代理方法。我们的研究结果和交付成果为大规模加速海岸动力学模拟器提供了一种有前途的方法，使科学家能够有效地执行许多模拟决策，不确定性量化和其他研究活动。
2021-10-14 physics.ao-ph
Effects of Climate Change on Moroccan Coastal Upwelling: Relationships between the NAO, Upwelling Index, and Sea Surface Temperature (1978-2024)
The Hassania School of Public Works（哈萨尼亚公共工程学校）
本研究分析了气候变化对摩洛哥海岸上升流的影响，揭示了NAO、CUI与SST之间的关系及时空动态，发现变暖加速与局部冷却的矛盾，强调了渔业和旅游业的适应性管理需求。
2025-12-16 physics.ao-ph
Bangladesh's Amplified Coastal Storm Tide Hazard from Tropical Cyclones and Rising Sea Levels in a Warming Climate
本文通过统计-物理降尺度和多模型大集合预估，揭示气候变暖下孟加拉国百年一遇风暴潮将从3.5米增至4.9-5.4米，破坏性气旋风暴潮频率增加6-23倍，凸显提升沿海韧性的紧迫性。
2025-01-02 physics.ao-ph stat.AP
Exploring the non-stationarity of coastal sea level probability distributions
提出基于分位数回归和正交多项式的新框架量化海平面概率分布变化，发现历史沿海海平面趋势主要由均值驱动，而未来高阶矩变化受海洋环流和气压波动放大，影响极端事件归因。
2023-04-04 physics.ao-ph
A flood damage allowance framework for coastal protection with deep uncertainty in sea-level rise
未来对南极冰盖（AIS）质量损失的预测仍然具有很大的不确定性（即，行为没有得到专家的充分理解或广泛同意）。这使得涉及沿海防洪战略高度的长期项目的决策变得复杂，这些战略旨在减少海平面上升造成的损失。如果规定的安全裕度不能适当考虑海平面上升及其不确定性，防洪的有效性将随着时间的推移而下降，可能使生命和财产面临更大的风险。我们开发了一个洪水损失津贴框架，用于计算确保维持给定水平的财务风险所需的防洪策略的高度（即，（一年中的平均洪水损失）。损害容限框架考虑决策者的偏好，如规划范围，首选的保护策略（风暴潮屏障，堤坝，海拔，海岸撤退），和AIS稳定性的主观意见。我们使用曼哈顿（纽约市）\textemdash与分布的建筑物，人口和基础设施固定的时间\textemdash作为一个例子，以显示我们的框架可以用来计算一系列的损害津贴的基础上，多个合理的AIS结果。与假设大幅减排（RCP 2.6）的假设相比，关于未来AIS稳定性的假设对高温室气体排放（代表性浓度途径[RCP] 8.5）下的损害容限影响更大。指定财务风险目标的设计工具，例如给定年份的平均洪水损失，允许计算避免的洪水损失（即，这些数据可以与建筑成本估算相结合，然后纳入现有的财务决策工具，如效益-成本或成本效益分析。
2019-08-07 physics.ao-ph
Declining hydrologic function of coastal wetlands in response to saltwater intrusion
盐度和淹没使滨海湿地成为世界上最具生产力但又脆弱的生态交错区之一。海平面上升改变了盐度和淹没状况，威胁到这些生境的未来存在。尽管如此，影响的程度仍然难以捉摸。目前的一种模式是，沿海社区将通过土壤增长跟上海平面上升的步伐，这一过程主要是由植物和地貌的相互作用维持的。然而，这篇论文是基于这样的假设，即淹没是生物地貌过程的主要驱动力，并且不包括盐度对植物水文功能的影响。在这里，我们表明，盐度有一个重要的影响，如何潮汐植被控制水位的深度-一个关键的生态水文过程调节植物的建立，存活率，和生产力。我们的研究结果依赖于佛罗里达大沼泽地的长期观察和建模结果。他们指出，改变的盐度制度可以抑制蒸腾作用，以这种方式破坏潮汐生态系统控制地下水位运动的能力，并与其他形式的植物胁迫（如水涝）形成对比。这种影响在大沼泽地的潮汐边缘的红树林中很明显，那里的盐碱化已经在植物水力学和地下水动力学之间产生了广泛的脱钩。这一机制导致地下水位浅、土壤通气条件差，对滨海湿地的水文功能和弹性产生了较大影响。
2022-09-23 physics.ao-ph
Modular System for Shelves and Coasts (MOSSCO v1.0) - a flexible and multi-component framework for coupled coastal ocean ecosystem modelling
大陆架和沿海海洋过程从大气层通过水柱延伸到海床。这些过程是由物理，化学和生物相互作用在局部尺度上驱动的，它们受到运输和穿越强烈空间梯度的影响。在当前的模型系统中，域和许多不同过程之间的联系没有得到充分的描述。它们有限的集成水平部分反映了缺乏模块化和灵活性;这一缺点阻碍了数据和模型组件的交换，并在历史上强加了特定物理驱动程序模型的至高无上地位。我们在这里提出的模块化系统货架和海岸（MOSSCO，http://www.mossco.de），一个新的域和过程耦合系统定制-但不限于-耦合的挑战和应用在沿海海洋。MOSSCO建立在现有的耦合技术地球系统建模框架和水生生物地球化学模型框架的基础上，从而在域和过程耦合方面创造了独特的模块化水平;新框架增加了丰富的元数据、灵活的调度、允许数十个模型耦合的配置以及沿海耦合应用的测试设置。这样，MOSSCO解决了不断增长的海洋沿海地球系统社区的技术需求，包括非常不同的学科，数值工具和研究问题。
2017-06-13 physics.ao-ph
Modeling Envisat RA-2 waveforms in the coastal zone: Case study of calm water contamination
本文通过分析 Envisat RA-2 飞越 Pianosa 的 46 次重复过境波形，识别平静水体导致的异常明亮双曲线特征，并证明复杂陆海环境下近岸海面高度反演的潜力。
2023-07-14 physics.ao-ph
Using Direct Policy Search to Identify Robust Strategies in Adapting to Uncertain Sea Level Rise and Storm Surge
海平面上升对沿海社区、生态系统和基础设施构成相当大的风险。决策者在设计沿海适应战略时面临着不确定的海平面预测。传统的方法往往是沉默的权衡，以及尾区事件和潜在的未来学习的影响。在这里，我们重新制定了一个简单的海平面上升适应模型，以解决这些问题。我们表明，直接政策搜索产生更好的解决方案的质量，帕累托主导的目标，在传统的方法下不确定的海平面上升预测和风暴潮。此外，新的配方产生高质量的解决方案，计算需求比跨期优化方法。我们的研究结果说明了效用的多目标自适应配方的沿海适应的例子，并指出更广泛的应用在气候变化适应决策问题。
2018-06-04 physics.ao-ph
Global detection and analysis of coastline associated rainfall using an objective pattern recognition technique
与降雨相关的降雨是一个常见的特征，特别是在热带和亚热带地区。然而，很难量化沿海降雨特征对当地整体降雨的贡献。我们开发了一种新的技术来客观地识别与陆地-海洋相互作用相关的降水，并将其应用于基于卫星的降雨估计。海洋大陆，巴拿马湾，马达加斯加和地中海被认为是陆地-海洋相互作用在降水形成中起着至关重要的作用的地区。在这些地区，$\approx$总降雨量的40%至60%可能与海岸线效应有关。由于其对气候系统的重要性，海洋大陆是一个特别感兴趣的地区，全年降雨量高，大部分来自陆地-海洋相互作用。为了证明我们的识别方法的实用性，我们调查了几种模式的变化，如马登-朱利安振荡和厄尔尼诺南方涛动，沿海降雨行为的影响。结果表明，在大尺度抑制对流条件下，沿海效应往往调制的降雨在海洋大陆导致增强降雨在陆地地区相比，周围的海洋。我们建议，新的客观数据集的沿海影响的降水可以用在各种方式，如通知积云参数化或作为一个额外的工具，用于评估模拟沿海降水天气和气候模式。
2015-10-14 physics.ao-ph
The influence of the meteorological forcing data on the reconstructions of historical storms in the Black Sea
本文研究了不同气象强迫源对海岸波浪和风暴潮模式的适用性，这些模式为海岸预警系统（EWS）提供业务海洋预报，并用于重建历史风暴。历史风暴潮的重建是海岸带自然灾害易损性评价的途径之一。我们评估的重要性，输入气象信息的上述类型的海岸模型。对于两个有据可查的历史风暴，造成重大损害，沿保加利亚海岸，我们模拟了显着的波高和海平面变化，使用SWAN波模型和风暴潮模型。风场和平均海平面气压场是从欧洲中期预报中心（ECMWF）的ERA中期再分析和高分辨率有限区域数值天气预报模式ALADIN的输出中提取的。总体结论是，对于成功的历史风暴重建ERA中期和ERA 40再分析是有价值的气象强迫源，但由于其在空间和时间分辨率方面的局限性，建议使用动态降尺度的再分析数据来产生更高的空间和时间分辨率的气象场。
2014-03-02 physics.ao-ph
Spatial shifts in productivity of the coastal ocean over the past two decades induced by migration of the Pacific Anticyclone and Bakun effect in the Humboldt Upwelling Ecosystem
上升流有利风的增强和向极扩展被预测为对人类活动引起的全球气候变化的响应，并且最近在世界上大多数东边界上升流生态系统中被记录。为了确定这些过程是如何影响近岸海洋栖息地的，特别是洪堡上升流生态系统（HUE）初级生产力的长期趋势，我们分析了海平面气压，风应力，海面和大气地面温度的时间序列，叶绿素a，作为初级生产力的代理，沿26° - 36° S。我们表明，气候引起的初级生产力的趋势是高度异质性的整个地区。一方面，南太平洋反气旋（SPA）的向极迁移导致了约1000年至2000年春季上升流风的减少。南纬30°和34°，并在南部加强。在智利中部的这一地区，风的减少使海面温度略有增加，并使表面叶绿素a显著和季节性广泛减少。在30° S以北，近岸上升流风显著增强，SST显著降低，叶绿素a浓度显著升高。我们表明，这种上升流驱动的沿海生产力的增加可能是由过去20年来发生在30° S以北的海陆压力梯度增加（巴肯效应）造成的。因此，高营养利用率沿线的气候驱动因素导致海洋条件和初级生产力出现截然不同的趋势，这可能对沿海中上层和底栖生态系统产生深远影响，并导致主要渔业在地理上的迁移。
2021-04-16 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
Analyzing 50 years of major fog events across the central coastal plain of Israel
本报告分析了以色列中部沿海平原五十年（1967-2017）来发生的152次重大雾事件。气象资料分析表明，试验区雾事件主要发生在红海槽（44%）和脊（41%）两种天气条件下，雾事件的发生高峰在3 ~ 6月。特别是，所获得的结果表明，雾事件的数量和它们的持续时间随着时间的推移而减少的趋势，其中辐射雾的频率随着时间的推移而减少时相比，平流雾的发病率。本说明对缺乏如此长的可靠时间序列的一个区域的数据进行了长期分析，并强调了对未来研究的重要见解。
2020-09-10 physics.ao-ph
Coastal flood implications of 1.5 °C, 2.0 °C, and 2.5 °C temperature stabilization targets in the 21st and 22nd century
海平面上升（SLR）正在放大沿海洪水的频率和严重性。全球平均海平面（GMSL）上升的速率和幅度是全球平均地面温度（GMST）轨迹的函数。因此，温度稳定目标（例如，1.5根据《巴黎协定》，比工业化前水平高出2.0 °C和2.0 °C的变暖对沿海洪水风险具有重要影响。在这里，我们评估了全球验潮仪网络中沿海洪水重现期的差异，这些情景将GMST变暖稳定在工业化前水平以上1.5 °C，2.0 °C和2.5 °C。我们采用概率，本地化的SLR预测和长期的每小时验潮仪记录，以构建当前和未来的洪水高度的回报水平的估计为21世纪和22世纪。到2100年，在1.5 °C、2.0 °C和2.5 °C GMST稳定的情况下，预计GMSL中值将分别上升47 cm，很可能上升28-82 cm（90%的概率）、55 cm（很可能30-94 cm）和58 cm（很可能36-93 cm）。作为一个独立的比较，一个半经验海平面模型根据过去两千年的温度和GMSL进行校准，估计GMSL的中位数将在这些预测的13%以内上升。到2150年，相对于2.0 °C的情景，全球最低气温稳定在1.5 °C时，目前居住在土地上的居民将减少约500万人，其中包括目前居住在小岛屿发展中国家的4万人。相对于2.0 °C情景，1.5 °C GMST稳定引起的百年一遇洪水频率放大的减少在美国东部和欧洲最大，洪水频率放大减少了大约一半。
2017-10-23 physics.ao-ph
Validation of Sentinel-3a Sral Coastal Sea Level Data at High Posting Rate: 80Hz
本文利用西班牙三个沿海站点的验潮仪数据验证 80 Hz Sentinel-3A SRAL 测高数据，评估近岸陆地影响及可用数据的最小离岸距离。
2023-07-14 physics.ao-ph
Qualitative Analysis of the Time-Frequency Signature Induced by a Reflected L-Band Signal from Time Evolving Sea Surfaces
被动式遥感技术已越来越普遍地用于探测和定性目的。使用全球导航卫星系统的优点是发射的信号众所周知，并且在地球上的大多数地区都可以使用。在本文件中，L波段信号（包括全球导航卫星系统信号）被视为用于海洋学目的。在这方面的贡献的主要兴趣是使用时频变换的不断变化的海面反射的信号的分析。发生在这一领域的功能检查有关的物理现象：相互作用的电磁波与移动的海面。
2013-12-18 physics.ao-ph
Projecting U.S. coastal storm surge risks and impacts with deep learning
Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
本研究针对热带气旋风暴潮风险评估难题，采用深度学习风暴潮模型结合合成TC事件与海平面变化预测美国沿海风险，验证了模型可靠性，发现本世纪末风险人口将增50%，明确了重点高风险区域与临界阈值。
2025-06-16 cs.LG physics.ao-ph
Decadal analysis of sea surface temperature patterns, climatology, and anomalies in temperate coastal waters with Landsat-8 TIRS observations
CSIRO Data61（CSIRO数据61）；CSIRO Environment（CSIRO环境）；CSIRO Space and Astronomy（CSIRO空间与天文学）；South Australian Research and Development Institute（南澳大利亚研究与发展研究所）
本文提出基于 Landsat-8 TIRS 的百米级 SST 反演与每日气候态构建方法，经浮标验证并揭示南澳沿海十年温度季节变化与异常高发区。
2025-05-13 cs.CV eess.IV eess.SP
Global Warming and Caspian Sea Level Fluctuations
沿海地区具有高度的社会、经济和环境重要性。由于这种重要性，海平面波动可能会产生许多不良后果。在这项研究中，由于全球变暖和里海水位的沿海站的温度上升趋势之间的相关性已经建立。里海海平面数据是从Jason-1号卫星收到的。结果表明，各站气温与海平面的月相关性较高，且均为正相关。但每年的相关性是负的。这意味着海平面随着温度的升高而下降。
2014-06-23 physics.ao-ph stat.AP
Explaining Surface Layer Theory Departures in Marine Flux Profiles with Data-Driven Discovery
本研究利用沿海浮标数据与自动发现引擎，揭示MOST理论在沿海海洋通量剖面中的失效模式，识别出内边界层、波浪驱动风急流和热稳定边界层三种机制，为改进通量参数化提供方向。
2025-07-08 physics.ao-ph
Measuring global mean sea level changes with surface drifting buoys
结合海洋模型数据和现场拉格朗日数据，我表明，由全球导航卫星系统（GNSS），如全球漂流者计划跟踪的表面漂流浮标阵列，可以提供全球平均海平面（GMSL）及其变化，包括线性十年趋势的估计。对于一个持续阵列的1250个全球分布的浮标与标准化设计，我证明了GMSL十年线性趋势估计的不确定性小于0.3毫米年$^{-1}$可以实现与GNSS的每日随机误差为1.6米或更少的垂直方向。这一演示假定可以从漂流浮标获得受控的垂直位置测量值，这一点尚待演示。开发和实施这种测量最终可提供一个独立和有复原力的观测系统，以推断自然和人为的海平面变化，增加正在进行的验潮仪和卫星记录。
2020-09-30 physics.ao-ph
On Sea-Level Change in Coastal Areas
基于验潮仪数据（GSLTG）和结合验潮仪和卫星数据（GSL 1）的海平面变化经受奇异谱分析（SSA），以确定它们的趋势和周期或准周期分量。从1860年到2020年，GLSTG增加了90毫米，对平均上升率的贡献为0.56毫米/年。在GSLTG和GSL 1中发现了~90/80、60、30、20、10/11和4/5年的年度到多年代际周期。这些周期是类木行星周期的组合，海王星（165年），天王星（84年），土星（29年）和木星（12年）的周期。在海平面变化、旋转极RP的运动和全球气压GP的演变中也遇到了相同的周期，这表明了物理联系。第一SSA分量包括大部分信号方差：GSLTG为95%，GSLI为89%，GP为98%，RP为75%。拉普拉斯推导出了刘维尔-欧拉方程，该方程支配着任何天体旋转轴的旋转和平移。他强调，除了引力吸引之外，还必须考虑所有行星的轨道动力矩，并得出结论认为，地球的自转轴应该经历太阳、月球和行星周期组合的运动。海平面（GSL 1和GSLTG）、全球气压（GP）和极移（RP）的SSA分量及其调制和导数的几乎所有周期都与类木行星有关。这将是有趣的搜索数据系列与较长的时间跨度，这可以让一个测试是否趋势本身可能是部分的组件与更长的周期（如175年何塞周期）。
2022-05-08 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
An Artificial Neural Network Algorithm to Retrieve Chlorophyll a for Northwest European Shelf Seas from Top of Atmosphere Ocean Colour Reflectance
由于非藻类物质对大气校正和标准Chl算法性能的影响，水色遥感反演相对浑浊的沿岸水的Chl存在问题。人工神经网络（NN）提供了一种替代方法，从空间和结果检索在西北欧陆架海在2002 - 2020年期间的叶绿素。NN在15个MODIS-Aqua可见光和红外波段上工作，并使用大气层底部（BOA）、大气层顶部（TOA）和瑞利校正TOA反射率（RC）进行测试。在每种情况下，与该地区使用的当前最先进的算法相比，由3层15个神经元组成的NN架构提高了性能和数据可用性。在TOA反射率上操作的NN优于BOA和RC版本。通过对TOA反射率数据的处理，神经网络方法克服了沿岸水大气校正中常见但困难的问题。此外，NN提供了其他算法经常因浑浊的水或低天顶角旗帜而掩盖的区域的数据。NN方法的一个显着特点是生成相关产品的不确定性的训练数据集的基础上产生的值为每个像素的分布的多个resception，并示出了一个例子，在北海的沿海时间序列。NN方法的最终输出包括基于每个像素的中位数的最佳估计图像和基于每个像素的标准差表示不确定性的第二图像，提供最终产品中的不确定性的像素特定估计。
2022-05-17 physics.ao-ph
The Influence of Synoptic Wind on Coastal Circulation Dynamics
特别具有挑战性的类的非均匀表面是那些强烈的二次环流产生的，潜在的主导流动动力学。在这项研究中，我们专注于陆海空风环流（LSB）所造成的地面热力对比的存在下，天气压力强迫增加。的相对重要性和方向的热和天气强迫测量通过两个无量纲参数：一个散装理查森数（镁是地转风的大小和Wstar对流浮力速度尺度），和海岸和地转风之间的角度α。大涡模拟揭示了各种制度的出现，其中的动态被证明是不对称的α。沿岸的情况下，深LSB的结果类似于静止的情况下（零天气背景），无论镁的强度。跨岸模拟显示出一个环流圈，随着天气强迫的增加，环流圈的高度会降低。然而，在最高的天气风模拟，环流单元平流远离海陆风，而浅环流持续的陆地到海洋的情况下。将内部参数Qshore（净岸体积通量）和qshore（净岸平流热通量）与外部输入参数Mg和Wstar相关联的尺度分析导致了一个简洁的岸通量模型，该模型也有助于解释所识别的LSB的物理含义。最后，垂直配置文件的海岸正常的速度和海岸平流热通量，与援助的k-均值聚类，独立分类的LSB在（Ri，α）制度空间图（规范LSB，海驱动LSB，陆驱动LSB，平流LSB），证实我们的视觉分类。
2023-02-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Sea Ice Forecasting using Attention-based Ensemble LSTM
University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩县分校）
准确预测北极海冰从亚季节到季节尺度一直是一项重大的科学工作，面临着根本性的挑战。除了基于物理学的地球系统模型外，研究人员还将多种统计和机器学习模型用于海冰预测。着眼于数据驱动的海冰预测的潜力，我们提出了一种基于注意力的长短期记忆（LSTM）集成方法，以预测每月的海冰范围提前1个月。使用来自NSIDC的每日和每月卫星检索的海冰数据以及来自ERA5再分析产品的大气和海洋变量，我们证明了我们的多时相集成方法优于几种基线和最近提出的深度学习模型。这将大大提高我们预测未来北极海冰变化的能力，这对于预测运输路线、资源开发、海岸侵蚀、对北极沿海社区和野生动物的威胁至关重要。
2022-02-08 cs.AI cs.LG physics.ao-ph
Sources of low-frequency $δ^{18}$O variability in coastal ice cores from Dronning Maud Land
本文利用多锥谱、奇异谱分析和 Liang-Kleeman 信息传递率，研究了 Dronning Maud Land 两个邻近冰芯 δ¹⁸O 的低频变率，揭示了 ENSO、PDO、SAM、DMI、海冰面积及 AMO 等气候驱动因子的不同因果影响与局地差异。
2024-05-03 physics.ao-ph
Deep Learning Driven Detection of Tsunami Related Internal GravityWaves: a path towards open-ocean natural hazards detection
Institut de Physique du Globe de Paris（巴黎地球物理研究所）；University of California - Los Angeles（加利福尼亚大学洛杉矶分校）
本文提出利用深度学习结合 VARION 算法、格拉姆角差场和 CNN，通过 GNSS 数据近实时探测海啸引发的电离层 TIDs，在开阔海洋实现灾害检测，F1 达 91.7%。
2023-08-08 cs.LG physics.ao-ph
Deep Learning-Based Statistical Downscaling of Sea Surface Temperature Using a Residual Corrective Neural Network
University of Western Australia（西澳大学）
本研究针对全球气候模式SST降尺度的计算瓶颈，提出残差修正神经网络（RCNN），结合U-Net与残差修正方法，将澳大利亚西海岸SST分辨率从25km提升至2km，可准确捕捉细尺度特征，支持沿海与海洋生态研究。
2026-08-12 cs.LG physics.ao-ph
STAR: Spatio-Temporal Altimeter Waveform Retracking using Sparse Representation and Conditional Random Fields
University of Bonn（波恩大学）
卫星雷达测高是测量海面高度变化的最有力的技术之一，其应用范围从实用海洋学到气候研究。在开放大洋上，高度计返回波形通常对应于布朗模型，并且通过反演，估计的形状参数提供平均表面高度和风速。然而，在沿海地区或内陆水域上，波形形状经常受到陆地影响而失真，导致峰值或快速衰减的后缘。因此，得出的海面高度不太准确，波形需要通过复杂的算法重新处理。为此，这项工作提出了一种新的时空测高重跟踪（STAR）技术。我们表明，STAR能够推导出海面高度在公海以及沿海地区的至少相同的质量相比，现有的重跟踪方法，但更大数量的周期，从而保留更多有用的数据。我们的方法的新元素是（a）通过有条件的随机场方法整合来自空间和时间相邻波形的信息，（b）子波形检测，其中相关子波形通过稀疏表示方法与损坏或不相关的部分分离，以及（c）使用Dijkstra算法从多个可能的高度识别最终的最佳海面高度集。我们适用于STAR的Jason-1，Jason-2和Envisat任务的研究地点在的里雅斯特湾，意大利和恒河-雅鲁藏布江-梅克纳河口，孟加拉国的沿海地区的数据。我们比较几个既定的和最近的重跟踪方法，以及验潮仪的数据。我们的实验表明，所获得的海面高度显着较小的影响时，通过其他方法获得的结果相比，离群值。
2017-09-22 cs.CV physics.ao-ph
Lagrangian transport in a microtidal coastal area: the Bay of Palma, island of Mallorca, Spain
沿海运输在帕尔马湾，在马略卡岛，西班牙的一个小区域，其特点是在拉格朗日描述符。用于这项研究的数据集是两个月（一个在秋季和夏季）的高分辨率数值模式，ROMS，强迫大气和空间分辨率为300米的输出。选择这两个月是因为其不同的风况，这是该地区海洋动力学的主要驱动力。利用尺度李雅普诺夫指数（FSLEs）定位半持续拉格朗日拟序结构（LCS），了解海湾不同的流态。两个月内不同的风向和规律性对表层湾动力有明显的影响，而底层结构只表现出明显的地形特征。通过计算颗粒轨迹和停留时间（RT）图，研究了海湾和公海之间的流体交换。由于流场的几何特征不同，10月颗粒向海洋的逃逸率比7月多32 $%$。我们发现，LCS分离区域具有不同的传输特性，通过显示空间发布的天气拉格朗日地图上的停留时间与LCS的位置。的FSLE和RT的时间依赖性行为之间的相关性也进行了研究，显示出负依赖性时，由FSLE值特征的搅拌移动粒子在逃逸的方向。
2013-11-05 nlin.CD physics.ao-ph
PARIS Altimetry with L1 Frequency Data from the Bridge 2 Experiment
对欧空局在2号桥实验活动期间收集的20分钟的全球定位系统信号的一部分进行了处理。由Starlab开发并在Starlab的GNSS-R软件包STARLIGHT（STARLab Interferometric Gnss Toolkit）中实现的称为Parfait的创新算法已成功用于这组数据。与潮汐值独立收集和差分GPS处理的数据进行了比较。我们报告了一个成功的巴黎相位高度测量的Zeeland Brug在海面上的一个快速变化的潮汐，精度优于2厘米。
2002-12-16 physics.ao-ph physics.geo-ph
Intelligent model for offshore China sea fog forecasting
Tsinghua University（清华大学）；Peking University（北京大学）；Ningbo Meteorological Bureau（宁波市气象局）；Ningbo Meteorological Disaster Warning Center（宁波市气象灾害预警中心）
本研究针对海雾预报难题，以长江口为案例，结合时滞相关分析、集成学习与焦点损失构建机器学习海雾预报模型，经一年数据验证，其60小时能见度≤1km海雾预报的POD更高、FAR更低，性能优于WRF-NMM和NOAA FSL算法。
2023-07-20 cs.LG physics.ao-ph
Time series and machine learning to forecast the water quality from satellite data
Khalifa University（哈利法大学）
为沿海地区的当代和子孙后代管理水质应该是公民和政府官员关心的核心问题。遥感可有助于管理和监测沿岸水和污染物。藻华是一种引起关注的沿海污染物。许多卫星数据，如中分辨率成像光谱仪，已被用来生成水质产品，以检测水华，如叶绿素a（Chl-a），光合作用指数称为荧光线高度（FLH）和海面温度（SST）。因此，利用这些水质产品的数学模型来表征这些产品的时空变化是非常重要的。然而，为了进行监测，污染控制委员会需要对任何污染进行即时预报和预测。因此，我们的目标是预测未来值的MODIS叶绿素a，FLH，和SST的水。这将不限于一种类型的水，而是将涵盖深度和浊度不同的不同类型的水。这是非常重要的，因为Chl-a，FLH和SST的时间趋势取决于地理空间和水的属性。为此，我们将每个像素的时间序列分解为几个组成部分：趋势，年内变化，季节周期和随机平稳。我们探索了三种这样的时间序列机器学习模型，可以表征非平稳时间序列数据并预测未来值，包括季节性ARIMA（自回归综合移动平均）（SARIMA），回归和神经网络。结果表明，所有这些方法是有效的，在模拟叶绿素a，FLH，和SST时间序列和预测值相当不错。然而，回归和神经网络被认为是最好的预测叶绿素a在所有类型的水（混浊和浅）。同时，SARIMA模型对FLH和SST的预报效果最好。
2020-03-16 cs.LG physics.ao-ph stat.ML
