基于LSTM的北极海冰范围多步预测策略研究

1

作者 王漫漫 邹斌 +3 位作者 石立坚 曾韬 张颖 路敦旺 《海洋预报》 北大核心 2025年第1期11-22,共12页

已有研究对北极海冰范围开展单步预测,而多步预测及其策略研究有待进一步探索。使用1979-2022年的北极月平均海冰范围数据,采用长短期记忆网络(LSTM)深度学习方法,结合递归(Recursive)、直接(Direct)、多输入多输出(MIMO)和Seq2Seq策略... 已有研究对北极海冰范围开展单步预测,而多步预测及其策略研究有待进一步探索。使用1979-2022年的北极月平均海冰范围数据,采用长短期记忆网络(LSTM)深度学习方法,结合递归(Recursive)、直接(Direct)、多输入多输出(MIMO)和Seq2Seq策略实现对未来12个月北极海冰范围的多步预测。结果表明:24个月为模型的最佳输入长度;与另外3种基本的多步预测策略相比,Seq2Seq策略对12个月北极海冰范围预测的准确性更好,均方根误差为3.30×10^(5)km^(2)。 展开更多

关键词 北极海冰范围 长短期记忆网络 多步预测策略 Seq2Seq策略

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秋季巴伦支海-喀拉海海冰面积异常对渤海、黄海冰情的影响

2

作者 刘鑫 赵倩 +4 位作者 李大超 陈海军 初宇峰 聂晓文 隋俊鹏 《海洋预报》 北大核心 2025年第1期32-37,共6页

利用美国国家冰雪数据中心海冰覆盖面积月平均数据、美国气象环境预报中心/美国国家大气研究中心月平均再分析资料和渤海、黄海冰情等级数据,研究了秋季巴伦支海-喀拉海海冰面积异常对渤海、黄海冰情的影响。结果表明:去趋势的秋季巴伦... 利用美国国家冰雪数据中心海冰覆盖面积月平均数据、美国气象环境预报中心/美国国家大气研究中心月平均再分析资料和渤海、黄海冰情等级数据,研究了秋季巴伦支海-喀拉海海冰面积异常对渤海、黄海冰情的影响。结果表明:去趋势的秋季巴伦支海-喀拉海海冰面积与渤海、黄海冰情等级呈显著的负相关,相关系数为-0.54;秋季巴伦支海-喀拉海海冰面积异常偏少,有利于高纬度冷空气南下,冷空气活动频繁造成冬季我国北方地区气温偏低,导致渤海、黄海冰情偏重,反之亦然;若前期秋季巴伦支海-喀拉海海冰面积呈负异常,则冬季渤海、黄海发生严重冰情的概率较大,近42年冬季渤海、黄海冰情等级在3级以上的年份,前期秋季巴伦支海-喀拉海海冰面积均为负异常。因此,前期秋季巴伦支海-喀拉海海冰面积可以作为我国冬季渤海、黄海冰情的预测因子。 展开更多

关键词 海冰 渤海、黄海 巴伦支海-喀拉海 冰情预测

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北极东北航道通航窗口计算与分析 被引量：2

3

作者 刘艳花 何亚文 +1 位作者 冯都贤 李永恒 《海洋预报》 北大核心 2025年第1期23-31,共9页

使用美国冰雪中心发布的海冰密集度数据集,对1979-2022年北极区域海冰密集度数据进行时空分析;提出基于Dijkstra最短路径算法的通航窗口改进算法,计算并分析了东北航道的通航窗口,确定了通航航道及周期;进一步分析并确定了影响东北航道... 使用美国冰雪中心发布的海冰密集度数据集,对1979-2022年北极区域海冰密集度数据进行时空分析;提出基于Dijkstra最短路径算法的通航窗口改进算法,计算并分析了东北航道的通航窗口,确定了通航航道及周期;进一步分析并确定了影响东北航道通航性的关键区域。研究结果表明:1979-2022年北极区域海冰密集度持续减少,年减少约0.18%;1979-2022年间共有25年存在通航窗口,平均通航窗口起始多在7月下旬-8月上旬,结束多在10月上中旬,周期变化较大;影响东北航道通航期的关键区域为中段海域。 展开更多

关键词 北极海冰 东北航道 DIJKSTRA算法 通航窗口

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渤海连续冰层关键力学参数预报模式 被引量：11

4

作者 李志军 吴紫汪 +1 位作者 高树刚 孟广琳 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第2期238-242,共5页

为反映海冰的物理和力学特性,利用实验室获取水平方向加载冰样的单轴压缩强度、三点弯曲强度和侧限剪切强度与孔隙率间的统计关系,把海冰温度、盐度和密度对强度的效应统一起来,建立了预报模式.之后,依据渤海海冰多年调查资料和近期研... 为反映海冰的物理和力学特性,利用实验室获取水平方向加载冰样的单轴压缩强度、三点弯曲强度和侧限剪切强度与孔隙率间的统计关系,把海冰温度、盐度和密度对强度的效应统一起来,建立了预报模式.之后,依据渤海海冰多年调查资料和近期研究成果,将冰层内的温度、盐度和密度表示成气温、水温和冰厚的函数,获得冰层的孔隙率剖面,进而得到冰层力学参数剖面.在选取冰层平均强度时还考虑了渤海冰层底部骨架部分有厚度无强度的特点,实现了利用已知冰厚、气温和水温预报冰层水平方向强度分布的目标. 展开更多

关键词 渤海 海冰 孔隙度 连续冰层 力学参数 预报模式 单轴压缩强度 侧限剪切强度

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基于质点-网格模式的海冰厚度变化过程数值模拟 被引量：12

5

作者 刘煜 吴辉碇 +2 位作者 张占海 刘钦政 白珊 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第2期14-21,共8页

根据渤海冰情,在海冰动力学和热力学研究基础上,应用一种质点-网格海冰模式于渤海海域.该模式采用了质点-网格法,有效地避免了传统模式的数值扩散问题.该模式采用了冰厚分布函数,用多种类型冰代替用于渤海业务预报的平整冰、堆积冰和开... 根据渤海冰情,在海冰动力学和热力学研究基础上,应用一种质点-网格海冰模式于渤海海域.该模式采用了质点-网格法,有效地避免了传统模式的数值扩散问题.该模式采用了冰厚分布函数,用多种类型冰代替用于渤海业务预报的平整冰、堆积冰和开阔水3-level模式.进行理想场的数值试验,模拟冰厚变化动力过程.还使用该模式和业务预报模式对于实际渤海冰情进行了不同个例的预报试验,发现该模式在提高冰外缘线预报精度方面有一定的优势. 展开更多

关键词 质点-网格海冰模式 冰厚分布函数 再分布函数 造脊

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高分辨率全极化合成孔径雷达数据海冰二次分类方法研究 被引量：11

6

作者 刘眉洁 戴永寿 +3 位作者 张杰 任广波 孟俊敏 张晰 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期80-87,共8页

随着高分辨率全极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像的大量出现,传统分类方法因所得分类结果中包含斑点噪声,导致分类精度大大降低,因而利用基于伴生关系的二次分类方法对辽东湾RADARSAT-2卫星的海冰SAR影像进行分类,... 随着高分辨率全极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像的大量出现,传统分类方法因所得分类结果中包含斑点噪声,导致分类精度大大降低,因而利用基于伴生关系的二次分类方法对辽东湾RADARSAT-2卫星的海冰SAR影像进行分类,并将所得分类结果与专家解译分类结果和经典的基于H-α分解的Wishart监督分类结果进行对比,证明本方法可以消除斑点噪声的影响,同时具有较好的视觉效果和较高的分类精度。 展开更多

关键词 高分辨率 全极化 海冰类型 二次分类

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定量计算渤海海冰参数的遥感方法 被引量：15

7

作者 郑新江 邱康睦 陆风 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 1998年第3期359-363,共5页

利用ＮＯＡＡ及ＦＹ－１卫星监测渤海海冰的亮度温度、反照率及其与海水的差异建立了冰、水识别判据，并根据海冰反照率与冰厚的关系，对海冰进行分类．在解决了混合象元内含冰信息提取的基础上，计算了海冰覆盖度和面积等参数．

关键词 卫星监测 海冰覆盖度 海冰面积 渤海 海冰 遥感

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Nudging资料同化对北极海冰密集度预报的改进 被引量：7

8

作者 赵杰臣 杨清华 +4 位作者 李明 李群 李春花 田忠翔 张林 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期70-82,共13页

北极夏季海冰的快速减少使得北极航道提前开通成为可能。为了给北极冰区船运活动提供及时可靠有效的海冰预报保障,急需提高海冰预报水平。本文基于麻省理工大学通用环流模式（MITgcm）,使用牛顿松弛逼近（Nudging）资料同化方法将德国... 北极夏季海冰的快速减少使得北极航道提前开通成为可能。为了给北极冰区船运活动提供及时可靠有效的海冰预报保障,急需提高海冰预报水平。本文基于麻省理工大学通用环流模式（MITgcm）,使用牛顿松弛逼近（Nudging）资料同化方法将德国不莱梅大学的第二代先进微波辐射成像仪（AMSR2）海冰密集度资料同化到模式中,建立了北极海冰数值预报系统。设计试验对比3种不同Nudging系数计算方案的改进效果,结果表明选择合适参数后,不同方案均能显著改进海冰密集度初始场。通过设计有无Nudging同化的两组预报试验,结合卫星遥感海冰密集度及中国第五次北极科学考察期间＂雪龙＂船的走航海冰密集度观测数据,定量分析了Nudging同化方案对北极海冰密集度的24~120h预报结果的改进效果。结果表明,Nudging同化对120h内全北极海冰密集度的空间分布和移动单点目标的海冰密集度预报结果均有显著改善;但在海冰变化很小的情况下,Nudging同化试验的24~120h预报结果均劣于惯性预报结果,说明基于Nudging同化的数值预报系统还需进一步提高预报技巧。 展开更多

关键词 北极海冰 密集度预报 Nudging 资料同化

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CICE5.0与BCC_CSM2.0模式的耦合及对北极海冰的模拟评估 被引量：8

9

作者 房永杰 储敏 +2 位作者 吴统文 张录军 聂思程 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期33-43,共11页

本文将美国Los Alamos国家实验室发展的最新海冰模式CICE5.0引入国家气候中心气候系统模式BCC_CSM2.0,替代原有的海冰模式SIS,形成一个新的耦合模式。在此基础上,评估新耦合模式对1985-2009年北极海冰的模拟性能,检验引入CICE5.0后对耦... 本文将美国Los Alamos国家实验室发展的最新海冰模式CICE5.0引入国家气候中心气候系统模式BCC_CSM2.0,替代原有的海冰模式SIS,形成一个新的耦合模式。在此基础上,评估新耦合模式对1985-2009年北极海冰的模拟性能,检验引入CICE5.0后对耦合模式中北极海冰、海洋和大气模拟结果的改进。结果表明,引入CICE5.0后,模式能较好地模拟出北极海冰的空间分布、季节以及年际变化特征。相比于旧版本耦合模式,新耦合模式模拟的北极多年冰增多、一年冰减少,同时,海冰增厚、海冰流速减慢,模拟效果得到显著改进,对波弗特涡流模拟的改善尤为明显。进一步分析发现,相比于SIS,CICE5.0对北极海冰特别是海冰厚度模拟性能的提升,在耦合进入BCC_CSM2.0后,会触发冰-温的正反馈机制,改进了模式对海平面气压场、表层气温和海表温度的模拟,由此进一步提高了模式对北极海冰的模拟能力。 展开更多

关键词 气候系统模式 BCCCSM2.0 CICE5.0 北极海冰 模式评估

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拉布拉多海一年平整冰厚度SAR反演算法 被引量：6

10

作者 刘眉洁 戴永寿 +2 位作者 张杰 张晰 孟俊敏 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期186-192,共7页

在利用实测一年平整冰厚数据和同步全极化RADARSAT-2 SAR影像、全面分析不同SAR极化参数对海冰厚度敏感度的基础上,发现Alpha角最高;从理论上证实利用两者相关性反演冰厚的可行性,将所得经验方程用于冰厚反演,其结果与实测数据吻合较好... 在利用实测一年平整冰厚数据和同步全极化RADARSAT-2 SAR影像、全面分析不同SAR极化参数对海冰厚度敏感度的基础上,发现Alpha角最高;从理论上证实利用两者相关性反演冰厚的可行性,将所得经验方程用于冰厚反演,其结果与实测数据吻合较好;与现有常用方法的反演结果进行对比表明,新方法误差较小;Alpha角可以用于一年平整冰厚度反演,证明全极化SAR海冰信息反演冰厚确有优势。 展开更多

关键词 海冰厚度 Alpha角 海冰厚度反演算法 极化SAR 极化散射特性 拉布拉多海

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风浪和涌浪分离方法的比较 被引量：30

11

作者 李水清 赵栋梁 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期23-29,共7页

海浪通常以风浪和涌浪混合的形式存在。文中利用模型试验和实测资料,对目前提出的一种二维谱风涌浪分离方法(2D法)和3种一维谱风涌浪分离方法(PM法、WH法、JP法)进行了检验,分析发现:2D法给出的结果整体而言最为可靠,与2D法相比,PM法明... 海浪通常以风浪和涌浪混合的形式存在。文中利用模型试验和实测资料,对目前提出的一种二维谱风涌浪分离方法(2D法)和3种一维谱风涌浪分离方法(PM法、WH法、JP法)进行了检验,分析发现:2D法给出的结果整体而言最为可靠,与2D法相比,PM法明显高估了风浪成分,WH法低风速时高估了风浪,高风速时跟2D法比较接近,而JP法在整体上高估了风浪成分。通过调整分割频率的比例系数,改进了PM法,改进后的PM法给出的分离结果与2D法最为一致。 展开更多

关键词 风浪 涌浪 分离 海浪 频谱

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门限自回归模型在海洋冰情预测中的应用 被引量：9

12

作者 杨晓华 金保明 +1 位作者 金菊良 丁晶 《灾害学》 CSCD 1999年第4期1-6,共6页

给出了建立门限自回归模型（ＴＡＲ） 的一套实用方法， 用作者提出的改进遗传算法可同时优化门限值和自回归系数，成功地解决了ＴＡＲ建模过程所涉及的大量复杂寻优工作这一难题。实例计算的结果说明了， 这套方法在海洋冰情预测中是... 给出了建立门限自回归模型（ＴＡＲ） 的一套实用方法， 用作者提出的改进遗传算法可同时优化门限值和自回归系数，成功地解决了ＴＡＲ建模过程所涉及的大量复杂寻优工作这一难题。实例计算的结果说明了， 这套方法在海洋冰情预测中是可行的和有效的， 在各种自然灾害非线性时序动态预测中具有重要的理论意义和广泛的实用价值。 展开更多

关键词 门限自回归模型 遗传算法 海洋 冰情预测

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渤海、北黄海冰情与太平洋副热带高压的统计关系 被引量：12

13

作者 李春花 刘钦政 黄焕卿 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第5期43-47,共5页

对1975—2006年逐月太平洋副热带高压面积和强度指数序列与渤海、北黄海冰情等级序列进行了统计分析,计算结果表明,8月和12月太平洋副热带高压面积和强度指数与冰情等级具有良好的相关关系。利用回归方法得到它们之间的统计关系,回归结... 对1975—2006年逐月太平洋副热带高压面积和强度指数序列与渤海、北黄海冰情等级序列进行了统计分析,计算结果表明,8月和12月太平洋副热带高压面积和强度指数与冰情等级具有良好的相关关系。利用回归方法得到它们之间的统计关系,回归结果表明,太平洋副热带高压面积和强度指数越大,当年冬季冰情越轻,该统计关系对中国冰情预报具有一定的参考意义。 展开更多

关键词 海冰 副热带高压 统计

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海冰热力模式的辐射参数化方案在渤海和波罗的海应用的比较 被引量：4

14

作者 张占海 程斌 +2 位作者 LAUNIAI NEN Jouko 吴辉碇 刘煜 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第4期17-25,共9页

研究了海冰热力模式中的各种辐射参数化方案,对比了模式计算的太阳短波辐射、大气长波辐射以及海冰热力变化,并利用渤海和波罗的海观测资料进行比较和误差分析.冬季大部分时间太阳短波辐射对海冰热力过程的作用有限.简单计算方案一般满... 研究了海冰热力模式中的各种辐射参数化方案,对比了模式计算的太阳短波辐射、大气长波辐射以及海冰热力变化,并利用渤海和波罗的海观测资料进行比较和误差分析.冬季大部分时间太阳短波辐射对海冰热力过程的作用有限.简单计算方案一般满足海冰模式要求.误差主要受云和冰雪表面与大气之间的多重反射影响.长波辐射对表面热平衡和海冰质量变化起重要作用.长波辐射参数化方案的计算结果受环境因素影响.云量参数化有待进一步改进.海冰模式计算结果的精度与长波辐射计算精度有一致性. 展开更多

关键词 辐射通量参数化 冰/雪表面能量平衡 海冰热力模式 波罗的海 渤海

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辽东湾冰季太阳辐射分析 被引量：15

15

作者 岳前进 季顺迎 +1 位作者 苗文东 吴述礼 《海洋与湖沼》 CAS CSCD 北大核心 2000年第5期562-567,共6页

利用渤海辽东湾JZ2 0 - 2石油平台上的气象和海冰观测数据 ,研究了冰季大气层和云层对太阳辐射的影响。结果表明 ,辽东湾冰季大气光学质量可取为 0 .83,碧空、少云、多云、阴天、雾天和雨雪等不同天气条件下的云量系数可分别取为 0、3、... 利用渤海辽东湾JZ2 0 - 2石油平台上的气象和海冰观测数据 ,研究了冰季大气层和云层对太阳辐射的影响。结果表明 ,辽东湾冰季大气光学质量可取为 0 .83,碧空、少云、多云、阴天、雾天和雨雪等不同天气条件下的云量系数可分别取为 0、3、6、8、9和 1 0。分析了冰水混合情况下海面对太阳辐射的反射情况 ;讨论了太阳辐射对冰面长波辐射和对流传热的影响 ;利用冰面太阳辐射的实测值和计算结果 ,对整个冰季内太阳辐射的规律进行了分析 ,发现其对海冰厚度的变化趋势起到一定的控制作用。将冰季太阳辐射的计算方法引入到渤海海冰数值模式中 ,可提高海冰数值模拟和预测结果的精度。 展开更多

关键词 海冰 太阳辐射 大气光学质量 云量系数 海水预报

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分形分析方法在海冰趋势预测中的应用 被引量：4

16

作者 高振会 杨建强 费立淑 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第4期66-69,共4页

根据渤海北部 1966—2001 海冰冰级年际变化的实际资料，利用 R/S 分析的原理和方法计算了 H 指数，建立了 R（i）/S（i） 与 i 的关系式，对渤海北部海冰趋势进行了预测分析。结果表明，利用分形分析方法进行海冰趋势预测不仅方法简便... 根据渤海北部 1966—2001 海冰冰级年际变化的实际资料，利用 R/S 分析的原理和方法计算了 H 指数，建立了 R（i）/S（i） 与 i 的关系式，对渤海北部海冰趋势进行了预测分析。结果表明，利用分形分析方法进行海冰趋势预测不仅方法简便，而且结论具有客观性，可以将其作为海冰趋势预测中较为有效的一种方法。 展开更多

关键词 分形 海冰 预测 R/S分析

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渤海海冰业务数值预报系统 被引量：3

17

作者 张占海 白珊 +2 位作者 吴辉碇 杨学联 夏勋 《海洋预报》 北大核心 1994年第2期11-18,共8页

海冰业务数值预报经过二年不断改进、完善和提高，目前已经建立了包括大气、海洋和海冰模式在内的数值预报系统及资料管理、业务预报和微机通信一体化的预报服务系统。海冰数值预报作为一种新的预报手段将产生显显的社会和经济效益。本... 海冰业务数值预报经过二年不断改进、完善和提高，目前已经建立了包括大气、海洋和海冰模式在内的数值预报系统及资料管理、业务预报和微机通信一体化的预报服务系统。海冰数值预报作为一种新的预报手段将产生显显的社会和经济效益。本文分别介绍海冰数值预报系统，业务运行，预报产品通信传输，资料管理和预报产品检验方案。 展开更多

关键词 渤海 海水 数值预报系统

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冰情、灾害、监测、预报、减灾 被引量：6

18

作者 吴辉碇 白珊 《海洋预报》 北大核心 1998年第3期100-103,共4页

本文概述渤海和黄海北部海域冰情及其产生的灾害，概述海冰监测和预报，讨论防灾减灾有关问题。

关键词 渤海 黄海 冰情 海冰监测 海冰预报 减灾

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1990～1991年冬季渤海海冰冰情及其数值预报(Ⅰ)——渤海冰情及其天气成因 被引量：2

19

作者 白珊 王咏亮 +1 位作者 夏勋 杨世莹 《海洋预报》 北大核心 1991年第4期12-20,共9页

本文根据1990～1991年冬季渤海海冰的实况和历史资料,通过对冰期、冰厚、结冰范围等几个方面的对比分析,描述了该年度海冰的变化过程,并确定该年度黄、渤海海冰属于轻年。通过气温场、海温场及500hPa高度的分析,总结了该年度辽东湾海冰... 本文根据1990～1991年冬季渤海海冰的实况和历史资料,通过对冰期、冰厚、结冰范围等几个方面的对比分析,描述了该年度海冰的变化过程,并确定该年度黄、渤海海冰属于轻年。通过气温场、海温场及500hPa高度的分析,总结了该年度辽东湾海冰的特点及成因。 展开更多

关键词 海冰 冰情 渤海 冬季 数值预报

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极地预报年及相关科学问题 被引量：1

20

作者 姜珊 杨清华 +3 位作者 孙启振 李春花 张林 滕骏华 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期157-165,共9页

为有效应对全球气候变化和极地增暖挑战,世界气象组织(WMO)于2013年启动了"极地预报计划"(PPP,2013-2022年),并于2017年启动了PPP的核心行动"极地预报年"(YOPP,2017年中期至2019年中期)。本文对"极地预报计划&... 为有效应对全球气候变化和极地增暖挑战,世界气象组织(WMO)于2013年启动了"极地预报计划"(PPP,2013-2022年),并于2017年启动了PPP的核心行动"极地预报年"(YOPP,2017年中期至2019年中期)。本文对"极地预报计划"和"极地预报年"的相关情况进行了介绍,重点说明了该研究项目支撑下在社会效益、检验、观测、模拟、资料同化、集合预报、可预报性和诊断、全球关联8个领域需要解决的科学问题和开展的工作。同时,探讨了我国借PPP/YOPP实施契机,在极地现场观测、数值预报和信息服务方面需要做出的努力。 展开更多

关键词 极地预报计划 极地预报年 科学问题

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