第 卷 第 期 年 月 地 理 研 究 袁 林 旺 谢 志 仁 俞 肇 元 南 京 师 范 大 学 地 理 科 学 学 院 南 京 海 面 变 化 预 测 受 到 建 模 思 路 方 法 选 择 数 据 长 度 及 数 据 质 量 等 因 素 的 影 响 导 致 了 海 面 变 化 预 测 的 不 确 定 性 本 文 以 国 内 个 验 潮 站 自 世 纪 年 代 以 来 的 月 平 均 潮 位 序 列 为 基 础 采 用 奇 异 谱 分 析 与 均 值 生 成 函 数 模 型 相 结 合 的 方 案 以 各 站 位 最 初 余 年 数 据 为 基 础 建 立 预 测 模 型 以 后 续 年 份 的 实 测 数 据 进 行 了 多 方 案 对 比 验 证 及 检 验 预 测 试 验 显 示 模 型 具 有 较 高 的 预 测 精 度 并 表 现 出 较 好 的 长 期 预 测 的 稳 定 性 特 点 以 去 噪 序 列 为 基 础 应 用 模 型 预 测 了 各 站 位 至 年 的 月 尺 度 海 面 值 年 均 值 计 算 结 果 表 明 至 年 海 面 波 动 上 升 的 幅 度 不 超 过 海 面 变 化 速 率 同 样 表 现 出 阶 段 性 和 波 动 性 与 前 人 相 关 研 究 成 果 对 比 表 明 本 文 所 采 用 的 与 相 结 合 的 预 测 结 果 具 有 可 比 性 在 方 法 原 理 和 验 证 结 果 上 看 具 有 较 好 的 长 期 预 测 潜 力 海 面 变 化 预 测 奇 异 谱 分 析 均 生 函 数 预 测 模 型 近 年 来 在 全 球 变 化 框 架 下 形 成 了 以 预 测 影 响 对 策 研 究 为 标 志 的 海 面 变 化 战 略 应 用 新 方 向 而 海 面 变 化 预 测 始 终 受 到 不 确 定 性 和 非 线 性 的 困 扰 许 多 学 者 试 图 从 海 面 变 化 的 影 响 因 素 及 其 内 在 作 用 机 制 出 发 建 立 机 理 性 的 海 面 预 测 模 型 此 类 模 型 依 赖 于 较 为 明 晰 的 海 面 上 升 机 制 及 相 关 边 界 条 件 的 正 确 选 取 基 于 气 候 海 洋 耦 合 模 式 的 动 力 建 模 受 到 海 面 变 化 机 制 模 式 分 辨 率 以 及 边 界 条 件 三 方 面 制 约 另 有 不 少 学 者 试 图 从 海 面 变 化 历 史 记 录 如 验 潮 记 录 的 分 析 来 建 立 预 测 模 型 但 此 类 预 测 受 制 于 数 据 序 列 的 长 度 质 量 处 理 方 法 等 因 素 本 文 以 中 国 东 部 不 同 海 区 的 个 验 潮 站 的 验 潮 序 列 为 基 础 综 合 运 用 奇 异 谱 分 析 和 均 值 生 成 函 数 模 型 应 用 进 行 序 列 的 去 噪 与 重 构 进 而 应 用 模 型 开 展 了 至 年 海 面 变 化 预 测 结 果 表 明 可 以 很 好 地 把 握 时 间 序 列 的 波 动 特 征 在 趋 势 预 测 和 细 节 预 测 上 取 得 较 好 的 平 衡 未 来 海 面 变 化 呈 现 出 阶 段 性 和 波 动 性 数 据 来 源 与 研 究 方 法 本 文 选 取 中 国 东 部 沿 海 不 同 海 区 的 个 潮 位 站 表 的 月 均 海 面 数 据 其 中 吴 淞 站 验 潮 数 据 来 源 于 上 海 海 事 局 海 测 大 队 其 余 数 据 均 引 自 准 海 面 数 据 图 公 布 的 修 正 的 地 方 基 计 划 前 期 研 究 专 项 课 题 江 苏 省 普 通 高 校 自 然 科 学 基 金 项 目 资 助 袁 林 旺 男 江 苏 海 安 人 博 士 副 教 授 主 要 从 事 海 面 变 化 研 究
地 理 研 究 卷 站 位 闸 坡 厦 门 坎 门 吴 淞 烟 台 秦 皇 岛 纬 度 经 度 序 列 长 度 年 均 值 生 成 函 数 模 型 是 针 对 具 有 复 杂 波 动 特 征 数 据 多 步 长 期 预 测 效 果 较 差 的 问 题 发 展 起 来 的 该 模 型 在 建 模 序 列 处 理 变 量 筛 选 以 及 预 报 关 系 建 立 等 方 面 的 进 一 步 探 索 使 其 能 较 好 地 预 测 序 列 的 各 种 周 期 的 波 动 特 征 极 值 变 化 和 长 期 趋 势 变 化 且 可 以 进 行 多 步 预 测 在 多 个 预 测 领 域 得 到 运 用 其 基 本 思 路 如 下 对 于 时 间 序 列 定 义 均 值 生 成 函 数 为 式 中 对 个 均 生 函 数 作 周 期 性 延 拓 可 得 从 而 构 造 出 周 期 为 图 站 位 验 潮 序 列 的 列 周 期 函 数 同 理 对 原 序 列 的 一 阶 和 二 阶 差 分 序 列 以 及 一 阶 差 分 的 累 加 序 列 均 可 计 算 均 生 函 数 延 拓 序 列 利 用 从 原 序 列 中 派 生 出 个 自 变 量 作 为 预 测 变 量 和 原 序 列 建 立 最 优 子 集 回 归 模 型 采 用 兼 顾 数 量 预 报 和 趋 势 预 报 的 双 评 分 准 则 确 定 自 然 周 期 筛 选 变 量 和 确 定 阶 数 奇 异 谱 分 析 不 受 线 性 和 正 弦 波 假 定 的 约 束 对 信 号 的 识 别 和 描 述 采 用 时 域 性 的 频 域 特 征 分 析 方 式 具 有 稳 定 的 识 别 和 强 化 周 期 信 号 功 能 可 有 效 滤 除 原 始 序 列 中 的 噪 音 其 重 构 序 列 较 之 原 始 序 列 具 有 更 好 的 可 预 测 性 其 基 本 思 路 如 下 对 一 维 时 间 序 列 作 相 空 间 拓 展 即 将 序 列 按 给 定 时 间 滞 后 进 行 重 新 排 列 构 成 一 时 滞 排 列 矩 阵 对 作 时 滞 经 验 正 交 展 开 得 出 的 前 几 个 特 征 向 量 即 表 示 序 列 振 荡 的 主 要 周 期 模 态 可 用 来 识 别 和 描 述 序 列 中 蕴 含 的 各 种 线 性 或 非 线 性 振 荡 信 号 而 相 对 应 的 时 间 系 数 则 表 示 了 相 应 周 期 的 长 期 变 化 特 征
期 袁 林 旺 等 基 于 和 的 海 面 变 化 长 期 预 测 及 对 比 不 同 方 案 的 长 期 预 测 试 验 与 对 比 初 值 敏 感 性 是 长 期 预 测 的 主 要 阻 碍 之 一 为 验 证 模 型 长 期 预 测 的 稳 定 性 以 不 同 长 度 建 模 序 列 进 行 试 验 截 取 坎 门 验 潮 站 和 年 五 个 不 同 长 度 的 月 均 海 面 序 列 对 年 共 年 间 的 月 均 海 面 变 化 值 进 行 预 测 试 验 不 同 方 案 预 测 结 果 及 残 差 的 对 比 见 图 残 差 的 相 关 统 计 量 见 表 可 以 看 出 不 同 序 列 长 度 预 测 的 年 间 序 列 和 残 差 的 结 构 均 非 常 类 似 表 现 出 相 当 好 的 可 比 性 而 建 模 序 列 长 度 的 变 化 对 预 测 残 差 的 均 值 有 稍 许 影 响 而 对 标 准 差 最 大 最 小 值 以 及 极 差 影 响 甚 微 表 明 模 型 对 序 列 长 度 具 有 较 好 的 稳 定 性 图 坎 门 站 不 同 时 长 试 验 方 案 下 的 预 测 误 差 对 比 建 模 序 列 长 度 残 差 均 值 残 差 标 准 差 残 差 最 大 值 残 差 最 小 值 残 差 极 差 年 年 年 年 年 对 个 站 位 的 验 潮 数 据 进 行 中 心 化 分 解 嵌 入 维 数 为 主 要 分 量 及 累 积 百 分 比 见 表 重 建 获 得 了 各 站 位 的 去 噪 序 列 对 各 站 位 年 前 的 原 始 序 列 和 去 噪 序 列 分 别 建 立 预 测 模 型 对 年 月 均 海 面 变 化 进 行 预 测 烟 台 和 秦 皇 岛 预 测 段 是 站 位 闸 坡 厦 门 坎 门 吴 淞 烟 台 秦 皇 岛 分 量 年 预 测 结 果 与 实 占 原 序 列 百 分 比 测 序 列 和 去 噪 序 列 间 表 现 出
地 理 研 究 卷 良 好 的 可 对 比 性 图 图 和 表 总 体 上 各 站 位 平 均 预 测 误 差 均 不 超 过 预 测 的 绝 对 误 差 大 部 分 落 在 之 间 极 端 预 测 误 差 落 在 左 右 各 站 位 预 测 误 差 的 统 计 量 也 较 为 接 近 误 差 较 大 的 时 段 主 要 落 在 和 年 这 与 近 期 出 现 的 年 份 相 吻 合 同 时 基 于 去 噪 序 列 的 误 差 统 计 参 数 整 体 上 优 于 直 接 基 于 验 潮 序 列 的 分 析 结 果 试 验 表 明 综 合 运 用 和 方 法 有 助 于 提 高 长 期 预 测 的 稳 定 性 和 准 确 性 可 以 进 行 较 长 期 的 海 面 变 化 预 测 站 位 均 值 标 准 差 最 大 值 最 小 值 极 差 原 序 列 原 序 列 原 序 列 原 序 列 原 序 列 闸 坡 厦 门 坎 门 吴 淞 烟 台 秦 皇 岛
期 袁 林 旺 等 基 于 和 的 海 面 变 化 长 期 预 测 及 对 比 未 来 海 面 变 化 的 预 测 与 对 比 以 年 经 去 噪 后 的 月 均 验 潮 数 据 为 基 础 建 立 各 站 位 均 生 函 数 预 测 模 型 预 测 了 至 年 海 面 变 化 月 均 值 图 从 总 体 上 看 各 站 位 预 测 的 海 面 变 化 过 程 呈 现 明 显 的 低 频 波 动 较 好 地 再 现 了 海 面 波 动 的 周 期 性 闸 坡 厦 门 坎 门 吴 淞 四 站 表 现 为 波 动 上 升 趋 势 年 段 月 均 序 列 线 性 斜 率 分 别 为 和 秦 皇 岛 站 基 本 保 持 不 变 线 性 斜 率 而 烟 台 站 线 性 斜 率 为 略 呈 下 降 趋 势 该 站 位 前 期 序 列 中 出 现 了 较 短 周 期 波 动 同 样 表 现 在 预 测 时 段 中 海 面 变 化 是 多 圈 层 多 尺 度 的 耦 合 作 用 过 程 海 面 变 化 过 程 表 现 为 波 动 性 和 振 荡 性 常 用 的 基 于 全 部 或 部 分 序 列 线 性 拟 合 的 图 各 站 位 未 来 海 面 变 化 预 测 未 来 海 面 变 化 预 测 方 法 存 在 相 当 的 局 限 性 郑 大 伟 等 利 用 小 波 跳 步 时 频 方 法 研 究 中 也 指 出 海 面 变 化 过 程 存 在 周 期 和 振 幅 不 稳 定 的 年 际 和 十 年 尺 度 的 起 伏 变 化 且 该 类 变 化 对 上 海 海 面 上 升 的 影 响 可 达 到 量 级 因 此 海 面 变 化 预 测 应 从 多 尺 度 非 线 性 角 度 入 手 在 清 晰 理 解 过 去 海 面 变 化 过 程 的 基 础 上 预 测 未 来 政 府 间 气 候 变 化 专 门 委 员 会 预 测 的 全 球 平 均 海 面 上 升 值 至 年 为 根 据 相 关 速 率 以 年 为 基 准 折 算 关 于 中 国 未 来 海 面 变 化 研 究 在 研 究 方 法 和 时 段 上 不 尽 相 同 各 结 果 的 可 对 比 性 相 对 较 差 赵 明 才 等 预 测 到 年 海 面 上 升 为 于 道 永 认 为 到 年 前 后 平 均 上 升 幅 度 预 计 不 超 过 张 锦 文 等 对 从 辽 宁 到 广 西 个 区 域 年 上 升 幅 度 预 测 的 平 均 值 是 杜 碧 兰 等 估 计 中 国 沿 岸 海 面 上 升 年 为 从 本 文 结 果 看 表 到 年 吴 站 位 年 观 测 值 年 观 测 值 差 值 年 年 年 年 年 闸 坡 厦 门 坎 门 吴 淞 烟 台 秦 皇 岛 站 平 均 由 于 国 内 早 期 研 究 基 准 年 份 较 早 且 多 有 不 同 本 文 统 一 以 年 为 基 准 并 给 出 年 观 测 值 供 对 比
地 理 研 究 卷 淞 海 面 上 升 值 最 大 相 对 于 年 海 面 上 升 左 右 闸 坡 上 升 左 右 坎 门 和 秦 皇 岛 分 别 上 升 和 左 右 基 本 落 在 相 关 研 究 范 围 之 内 而 烟 台 站 则 下 降 约 与 张 锦 文 等 的 认 识 相 近 从 区 域 性 海 面 上 升 的 绝 对 值 对 比 看 图 除 烟 台 外 其 余 站 位 均 落 在 相 关 研 究 预 测 范 围 之 内 且 多 接 近 相 关 研 究 预 测 的 下 限 这 可 能 与 模 型 利 用 循 环 外 推 对 均 值 生 成 函 数 进 行 延 拓 较 好 地 把 握 了 蕴 含 在 序 列 中 的 潜 在 的 波 动 规 律 而 传 统 的 基 于 线 性 拟 合 方 法 和 基 于 基 本 函 数 及 正 交 多 项 式 的 非 线 性 拟 合 方 法 往 往 不 适 于 进 行 长 时 段 的 外 推 预 测 因 而 导 致 长 时 段 的 预 测 值 偏 离 较 大 有 关 考 虑 到 海 面 变 化 的 波 动 性 特 征 本 文 基 于 年 均 序 列 计 算 了 各 站 位 预 测 时 段 内 海 面 上 升 的 最 大 值 获 得 了 各 站 位 研 究 时 段 内 海 面 变 化 上 升 的 最 大 幅 度 闸 坡 厦 门 坎 门 吴 淞 烟 台 和 秦 皇 岛 年 间 海 面 相 对 年 上 升 的 最 大 值 分 别 是 年 年 年 年 年 和 年 左 右 国 际 上 对 于 全 球 海 面 上 升 速 率 争 图 本 文 预 测 结 果 与 相 关 研 究 对 比 岸 段 划 分 和 相 应 预 估 数 据 引 自 文 献 论 的 焦 点 集 中 在 对 验 潮 数 据 预 测 的 不 确 定 性 处 理 和 对 海 面 上 升 内 在 机 制 的 探 索 上 关 于 中 国 海 面 上 升 速 率 预 测 其 平 均 速 率 范 围 在 之 间 田 素 珍 等 对 当 时 的 相 关 成 果 进 行 比 较 分 析 后 建 议 取 作 为 我 国 沿 海 近 期 绝 对 海 面 的 上 升 速 率 从 海 域 来 看 东 海 沿 岸 平 均 年 变 化 速 率 在 左 右 渤 海 沿 岸 平 均 年 变 化 率 在 南 海 为 左 右 而 黄 海 为 左 右 不 同 研 究 间 的 差 异 可 能 与 三 方 面 有 关 一 建 模 序 列 的 长 短 特 别 是 对 基 于 线 性 思 路 的 预 测 影 响 更 大 二 不 同 预 测 方 法 间 的 预 测 结 果 存 在 差 异 三 由 于 海 面 变 化 的 波 动 性 客 观 存 在 线 性 拟 合 平 均 速 率 存 在 误 差 对 年 海 面 变 化 值 进 行 了 分 五 个 时 段 拟 合 表 各 站 位 在 不 同 时 段 的 平 均 海 面 变 化 速 率 表 现 出 阶 段 性 和 波 动 性 在 上 升 段 和 下 降 段 差 异 显 著 在 空 间 上 也 表 现 出 明 显 的 变 异 在 年 间 闸 坡 厦 门 坎 门 和 吴 淞 四 个 站 的 平 均 上 升 速 率 均 接 近 于 相 关 预 测 的 中 值 而 秦 皇 岛 站 略 大 各 时 段 中 站 位 的 平 均 海 面 变 化 上 升 速 率 在 之 间 站 位 海 面 上 升 的 平 均 速 率 为 略 小 于 相 关 研 究 的 取 值
期 袁 林 旺 等 基 于 和 的 海 面 变 化 长 期 预 测 及 对 比 站 位 相 关 研 究 闸 坡 厦 门 坎 门 吴 淞 烟 台 秦 皇 岛 站 平 均 结 论 与 讨 论 本 文 采 用 奇 异 谱 分 析 与 均 生 函 数 模 型 相 结 合 的 方 案 对 中 国 东 部 沿 海 个 验 潮 站 进 行 了 长 期 预 测 试 验 在 海 面 变 化 长 期 预 测 中 显 示 出 相 当 的 优 势 预 测 精 度 较 高 对 年 海 面 预 测 结 果 显 示 站 位 未 来 海 面 的 波 动 变 化 趋 势 至 年 海 面 上 升 的 最 大 幅 度 不 超 过 烟 台 和 秦 皇 岛 站 表 现 为 下 降 趋 势 从 最 大 上 升 值 来 看 在 年 间 海 面 相 对 年 上 升 的 峰 值 不 超 过 站 位 平 均 上 升 最 大 值 仅 为 海 面 变 化 速 率 同 样 表 现 出 明 显 的 阶 段 性 和 波 动 性 在 上 升 段 和 下 降 段 差 异 显 著 在 空 间 上 也 表 现 出 明 显 的 差 异 年 站 位 平 均 海 面 上 升 速 率 仅 有 由 于 海 面 变 化 的 波 动 性 和 不 规 则 性 基 于 线 性 方 程 的 海 面 变 化 上 升 幅 度 及 变 化 趋 势 的 分 析 表 现 出 一 定 的 局 限 性 现 有 的 海 面 预 测 平 均 速 率 和 上 升 幅 度 可 能 存 在 一 定 的 偏 差 海 面 变 化 预 测 结 果 的 不 确 定 性 受 海 面 变 化 自 身 的 不 确 定 性 和 预 测 方 法 两 方 面 的 影 响 海 面 变 化 自 身 的 不 确 定 性 主 要 是 由 海 面 变 化 影 响 因 素 及 其 内 部 作 用 机 制 的 复 杂 性 所 导 致 不 同 预 测 方 法 由 于 建 模 思 路 和 数 学 背 景 各 不 相 同 在 海 面 预 测 中 的 适 用 性 存 在 差 别 时 间 序 列 方 法 受 制 于 对 长 期 趋 势 及 准 周 期 组 分 的 预 测 基 于 动 力 学 模 型 的 预 测 受 到 海 面 变 化 机 制 模 式 分 辨 率 以 及 边 界 条 件 三 方 面 的 制 约 重 建 序 列 不 基 于 正 弦 波 的 假 定 直 接 根 据 序 列 特 征 提 取 典 型 向 量 其 合 成 序 列 等 价 于 一 种 自 适 应 滤 波 结 果 滤 除 了 高 频 噪 音 突 出 表 现 在 时 域 上 的 变 化 特 征 均 生 函 数 模 型 本 质 上 基 于 统 计 动 力 建 模 思 路 兼 顾 了 验 潮 序 列 的 统 计 特 性 和 蕴 含 在 海 面 序 列 中 海 面 上 升 的 动 力 机 制 从 而 避 免 了 直 接 基 于 单 一 的 统 计 或 动 力 方 法 预 测 所 带 来 的 结 果 的 不 确 定 性 由 于 和 方 法 仍 是 基 于 时 间 序 列 分 析 思 路 立 足 于 从 历 史 过 程 中 提 取 规 律 进 行 预 测 随 着 人 类 活 动 与 自 然 要 素 驱 动 的 共 同 作 用 对 海 面 变 化 的 影 响 日 益 加 剧 有 必 要 对 影 响 未 来 海 面 变 化 多 种 过 程 和 要 素 进 行 综 合 分 析 并 对 其 不 确 定 性 进 行 评 估 因 此 海 面 变 化 预 测 应 综 合 考 虑 多 种 要 素 集 多 种 方 法 之 长 构 建 集 成 的 海 面 变 化 预 测 方 法 体 系 并 在 此 基 础 上 进 行 综 合 对 比 研 究
地 理 研 究 卷 郑 大 伟 虞 南 华 上 海 地 区 海 平 面 上 升 趋 势 的 长 期 预 测 研 究 中 国 科 学 院 上 海 天 文 台 年 刊 赵 明 才 何 嘉 重 中 国 近 海 海 平 面 的 上 升 及 其 预 测 测 绘 科 学 于 道 永 中 国 沿 岸 现 代 海 平 面 变 化 及 未 来 趋 势 分 析 海 洋 预 报 张 锦 文 王 喜 亭 王 惠 未 来 中 国 沿 海 海 平 面 上 升 趋 势 估 计 测 绘 通 报 张 锦 文 杜 碧 兰 中 国 黄 海 沿 岸 潮 差 的 显 著 增 大 趋 势 海 洋 通 报 杜 碧 兰 刘 法 孔 张 锦 文 威 胁 中 国 沿 海 脆 弱 区 的 海 平 面 上 升 及 预 测 见 杜 碧 兰 主 编 海 平 面 上 升 对 中 国 沿 海 主 要 脆 弱 区 的 影 响 及 对 策 北 京 海 洋 出 版 社 张 锦 文 中 国 沿 海 海 平 面 的 上 升 预 测 模 型 海 洋 通 报 郑 文 振 我 国 海 平 面 年 速 率 的 分 布 和 长 周 期 分 潮 的 变 化 海 洋 通 报 郑 文 振 全 球 和 我 国 近 海 验 潮 站 及 任 意 地 点 区 的 世 纪 海 平 面 预 测 海 洋 通 报 左 军 成 陈 宗 镛 周 天 华 中 国 沿 岸 相 对 海 面 变 化 的 本 征 分 析 和 预 测 海 洋 与 湖 沼 羊 天 柱 应 仁 方 张 俊 彪 等 浙 江 沿 岸 海 平 面 研 究 和 变 化 预 测 东 海 海 洋 林 继 华 刘 序 俨 郭 逢 英 等 福 建 沿 海 的 海 面 变 化 及 其 影 响 地 壳 形 变 与 地 震 蒋 国 俊 王 宗 涛 浙 江 海 面 变 化 的 灰 色 模 型 分 析 与 预 测 海 洋 科 学 秦 曾 灏 李 永 平 上 海 海 平 面 变 化 规 律 及 其 长 期 预 测 方 法 的 初 探 海 洋 学 报 田 晖 周 天 华 陈 宗 镛 平 均 海 平 面 变 化 的 一 种 随 机 动 态 预 测 模 型 青 岛 海 洋 大 学 学 报 吴 中 鼎 李 占 桥 赵 明 才 中 国 近 海 近 年 海 平 面 变 化 速 度 及 预 测 海 洋 测 绘 马 继 瑞 田 素 珍 太 平 洋 水 位 站 相 对 海 平 面 升 降 趋 势 分 析 海 洋 学 报 陈 宗 镛 中 国 近 海 平 均 海 面 变 化 中 国 科 学 院 院 士 咨 询 报 告 总 第 号 北 京 科 学 出 版 社 田 素 珍 马 继 瑞 海 平 面 上 升 趋 势 数 据 的 诊 断 及 中 国 沿 海 海 平 面 的 上 升 趋 势 海 洋 通 报 刘 长 生 曹 鸿 兴 魏 凤 英 隐 含 趋 势 气 候 序 列 的 均 生 函 数 建 模 南 京 气 象 学 院 学 报 唐 启 义 冯 明 光 数 据 处 理 系 统 实 验 设 计 统 计 分 析 及 模 型 优 化 北 京 科 学 出 版 社 谢 志 仁 中 国 海 平 面 变 化 的 预 估 见 秦 大 河 主 编 中 国 气 候 与 环 境 演 变 上 卷 气 候 与 环 境 的 演 变 及 预 测 北 京 科 学 出 版 社
期 袁 林 旺 等 基 于 和 的 海 面 变 化 长 期 预 测 及 对 比