当前位置: >>新闻信息>>国内渔业>>正文

赤潮监测预警迎来“大数据时代” 预报精度比传统方法提高了15个百分点
2020-08-10 16:40:07  来源:中国自然资源报

近日,国家海洋信息中心研究员石绥祥团队联合福建省海洋预报台研发的基于海洋大数据的赤潮发生概率预报系统,将赤潮预报精度由传统方法的40%提高至55%。

利用该技术手段,系统准确预测了2020年4月20日福建泉州惠安附近海域和2020年6月1日福建福鼎硖门附近海域等多次赤潮灾害事件,为地方政府部门灾害应对提供了有效支撑,在赤潮灾害预警预报领域取得显著成效。

海洋大数据的应用,不仅成为赤潮监测预警的新方法,也为海洋预报技术的发展提供了新思路和新方向。

“最初一公里”困境待破解

赤潮是在特定的环境条件下,海水中的某些浮游植物、原生动物或细菌爆发性增殖或高度聚集,引起水体变色或对海洋中其他生物产生危害的一种生态异常现象。由于引发赤潮的生物种类繁多,爆发机制各异,赤潮也被称为“红色幽灵”。

目前,国际上尚无制止赤潮出现的有效办法,只能对其进行监控和预警。因此,加强赤潮监控与预警成为赤潮防治的“最初一公里”。

福建是我国东南沿海的重要海洋省份,海洋渔业资源、港口资源、滨海旅游资源和海水化学资源等十分丰富,海洋经济已成为福建省国民经济的重要组成部分。但不容忽视的是,福建海域也是我国赤潮灾害的高发区之一,在2000年以来的20年间,共发生赤潮事件233次,累计经济损失超过200亿元。

传统的海洋污染监测主要依靠船只定期调查和岸滨人工定期观测。由于条件限制,难以发现短周期的尤其是像赤潮灾害等突发性的变化。近年来,国内外监测赤潮的主要手段除了船只和沿岸观测,引入了飞机或卫星遥感监测。

然而,常规船只和人工监测赤潮需要采样进行生物、化学分析,既耗材又费时费力。飞机和卫星监测费用高,且受天气等条限制。赤潮形成机理复杂,其暴发又颇具偶然性,靠传统的监测手段必然无法解决赤潮监测与预警的问题,因此必须通过建设先进的赤潮监测预警体系,准确预警海洋赤潮灾害,以减少赤潮造成的损失。

大数据“智”寻“红色幽灵”

目前该系统已在福建省海洋预报台完成部署,并投入业务化试运行,每天定时输出赤潮发生概率预报结果。以2020年4月20日福建海域发生的赤潮事件为例,该系统于4月19日预测VI区发生赤潮的概率较高,预报等级为3级。4月20日,福建泉州惠安县大港湾附近海域(位于预测海区VI区)发现赤潮,局部海面呈棕褐色分布,面积约为4平方公里,赤潮生物优势种为细弱海链藻。福建省海洋与渔业局依据此预报结果及时开展应急响应,有效避免了沿岸群众的经济与财产损失。

基于大数据分析的赤潮发生概率预报系统,是依托科技部“十三五”重点研发计划“海洋大数据分析预报技术研发”项目开展建设的。系统面向可能影响赤潮发生的水文气象、生物化学和人类活动等关联因子,构建了基于SOM-LSTM融合算法的大数据赤潮预报模型,利用SOM神经网络算法,对赤潮样本数据进行精确筛选,确保模型训练数据的准确性;利用LSTM算法,对输入参量降维,提高模型的精度和效率,并对算法的权值和阈值进行优化,减少随机因素的干扰。

在此基础上,基于多预报因子和浮标高频采样数据获得的大量预报结果,开展统计分析,充分利用浮标实时高频采样数据的自相关优势,减少极端数据或极端结果带来的误差;利用过去10年的历史数据和最近15天的数据开展模型训练,并使用最近4天的数据进行预报,使模型既学习了历史赤潮事件样本,又获取了最新参量信息,进一步提高了系统的预报能力。

为海洋预报提供新思路

经过多年努力,我国已经建立起由卫星、飞机、船舶、浮标和岸站组成的国家海洋环境监视监测网络,成立了国家和地方相结合、专业和群众相结合的全国赤潮立体监视监测网络。

基于监测数据,“海洋大数据分析预报技术研发”项目实施过程中,坚持用数据说话,借助大数据方法从海量海洋数据资源中发现潜在的因子关联关系,有效弥补了海洋动力过程参数化、离散方法和初始条件误差带来的不确定性;针对海洋数据强专业性、强关联性和强空间时序性等特点,突破传统互联网大数据方法,凝练了具有鲜明海洋特色的大数据关键技术;聚焦具体应用需求和典型业务场景,将海洋大数据引入了海洋预报领域,为海洋预报技术发展提供了新思路和新方向。

“海洋大数据分析预报技术研发”项目是科技部“十三五”期间在海洋领域批复的首个大数据项目,由国家海洋信息中心牵头,自然资源部第二海洋研究所、东海预报中心和福建省预报台等9家单位联合承担。

此外,项目立足于大数据分析技术在海洋预报领域的应用研究,构建了面向海洋分析预报的大数据资源池和适用于海洋领域的大数据挖掘分析模型方法库,研发了海面高、海表温、三维温盐和台风等大数据分析预报技术,并实现了系统集成和应用示范,为推动我国海洋事业的信息化、智慧化进程提供了重要的技术支撑。


上一条:中科院青岛能源所等揭示浒苔绿潮对近海惰性溶解有机碳库的长期遗留效应
下一条:农业农村部:海参养殖池塘严禁用敌敌畏等农药消毒