《海洋预报》| 基于NARX神经网络的极端风暴潮事件预报研究

                               
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基于NARX神经网络的极端风暴潮事件预报研究
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8 y- @0 ?9 p$ z% }http://www.hyyb.org.cn/Magazine/Show.aspx?ID=3478
读书小笔记
作者：赵宏凯 迟万清 杨洁 周涛
% U( A$ u! Y5 T. }+ L! R3 Z单位：自然资源部第一海洋研究所, 山东 青岛 266061
分类号：P731.23
出版年·卷·期（页码）：2023·40·第三期（11-18）
摘要：通过构建采用外部输入的非线性自回归神经网络（NARX），利用1979年1月1日00时—2003年12月25日23时逐时的实测潮位数据和再分析气象数据结合调和分析预报结果搭建模型，对库克斯（Cuxhaven）港口2004—2018年中增水最大的两次风暴潮极端事件潮位进行预报和验证，同时对影响模型性能的参数进行量化分析。结果表明：在NARX神经网络延迟数为24 h时模型的精度最高，两次极端风暴潮验证下的R2分别为0.94和0.95，且在最高潮位时的误差分别为57.78 cm和26.55 cm。实验中模型在延迟数方面存在阈值，当延迟数为24 h时模型效果最佳，在延迟数达到阈值前模型的精度逐渐上升，超过该阈值后模型精度下降；输入时间数据序列的长短会影响模型的精度，序列越长模型精度越高，但影响效果会逐渐降低。
6 a7 n0 l: M4 M7 t( j6 H0 p4 V) t关键词：NARX神经网络；风暴潮潮位；潮位预报
Abstract：Using hourly tide level measurements from 00:00 on January 1, 1979 to 23:00 on December 25, 2003, meteorological reanalysis data, and reconciliation analysis of the forecast results, a storm surge forecasting model based on a nonlinear autoregressive model with exogenous inputs (NARX) neural network is conducted and validated in two storm surge extreme events with the largest water gain in Cuxhaven harbor from 2004 to mid-2018. The effects of the model parameters on the model's performance are quantitatively assessed. The results show that the model's accuracy is the highest when the NARX neural network's delay number is 24 hours, and the R2 is 0.94 and 0.95 for the two extreme storm surges, with errors of 57.78 cm and 26.55 cm at the highest tide level, respectively. The model's accuracy gradually increases before the delay number reaches the threshold of 24 hours, and gradually decreases after the delay number exceeds the threshold. The temporal duration of the input data also affects the model's accuracy, and longer input data series leads to higher accuracy of the model, but such relationship becomes weak as the temporal duration of the input data exceed a threshold.
. N+ S+ f4 R  T1 E- n* iKey words：NARX neural network; storm tide elevation; tidal level prediction
. h  d  M: x; B4 r! c

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未来两天海洋环境预报
预计明天，
' [( }: z/ @0 H1 G2 s渤海有1到1.5米的轻浪到中浪；
% r" _5 p/ F0 }" ?* ]' f# [& x0 \黄海北部有1.3到1.8米的中浪；
黄海南部、东海北部有1.5到2.5米的中浪到大浪区；
" W& M) A3 z3 f) Q1 `$ X东海南部、钓鱼岛附近海域有1.3到1.8米的中浪；
台湾海峡有0.8到1.3米的轻浪到中浪；
5 G1 V6 ~+ M) q8 C- G台湾以东洋面、巴士海峡有1.8到2.3米的中浪区；
# D$ `* K5 R' ~; G* F% f7 E: p南海东北部、中东部、南部有1.3到2米的中浪区；
- }7 u0 j" h' ?. Q$ j南海西北部、中西、北部湾有0.8到1.3米的轻浪到中浪。

: X1 r* D! b+ Y3 }: D6 x1 S预计后天，
黄海南部、东海北部的大浪区减弱消失；
  Z" w" L9 k+ d( W+ w) x南海南部将生成大浪区，浪高1.5到2.5米。

                               
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7月13日~18日西北太平洋海浪数值预报
0 C" r* c  g3 t4 r8 W美丽海岛海域海况
" v6 F& P/ x4 W7 Q3 h/ i0 k3 y预计明天，
0 J* K4 l* H- s* w; }. b6 U. ^永暑礁附近海域有1.8米的中浪，长山群岛、长岛、嵊泗列岛、东极岛、钓鱼岛、黄岩岛附近海域有1.5~1.6米的中浪，这些海岛较适宜乘船出行和海岛游玩；
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。
) c* F& \+ Y6 u( K9 z- U
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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