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中国Argo实时资料中心参与国家自然科学基金联合基金项目
编辑 ：中国Argo实时资料中心 时间
：2019-04-16 14:19:27 访问次数 ：
由中山大学大气科学学院戴永久教授牵头负责的“基于大数据的区域海陆气环境预警预报关键技术”项目（项目编号：U1811464），获得2018年度国家自然科学基金联合基金资助。该项目汇聚了来自中山大学、中国科学院大气物理研究所、北京师范大学、中国气象局广州热带海洋气象研究所、自然资源部第二海洋研究所、华南师范大学、江西师范大学、南京师范大学等高校和科研机构的研究力量，其项目团队共有90余人组成。中国Argo实时资料中心将代表自然资源部第二海洋研究所，承担该项目有关全球海洋（包括南海）Argo剖面资料的收集与质量控制，以及Argo散点资料集的制作和网格资料集的研制等。
本项目瞄准国家的重大战略需求，以建立大气海洋大数据的海陆气耦合分析与综合利用的计算理论、方法与技术体系为目标，深入研究传统预报模式和大数据处理方法融合、海陆气多物理场耦合以及平台融合等关键问题，在天河二号超算平台上基于大气海洋大数据的示范应用平台，并在粤港澳大湾区进行大规模应用示范。通过大气海洋大数据计算基础理论的创新，提升我国在大气海洋领域的国际学术地位和影响力；通过若干瓶颈问题的突破，为数据驱动的预警预报系统提供一整套深度分析与综合利用的关键技术；通过应用示范系统的构建，为核心区域的环境安全提供高效的预警预报，使之成为智慧城市的重要组成部分。项目共设计了5个研究课题，即1）基于大数据的区域大气数值预报理论和技术研究；2）近海海洋环境预报和海上安全保障预警；3）基于大数据技术和陆面过程模式的旱涝灾害预警预报研究；4）基于数据分析的区域气候环境智能预警；5）基于天河二号的大气海洋大数据服务示范平台。
通过为期四年（2019-2022）的实施，本项目将在基础理论研究、关键技术突破和构建技术验证平台与实施重大应用示范方面，实现如下三大目标：（1）在大气海洋大数据应用的相关学术方向上提出和发展具有重大创新的理论与方法和一批具有重要国际影响力的学术成果；（2）在大气海洋大数据的应用方面实现核心技术突破，完成预报模式和数据分析结合的应用技术。预期在基于大数据的区域预报基础理论、海洋预报模式、陆面过程模式、区域气候模式、高性能平台计算架构设计、大气海洋大数据资源存储管理调度等关键技术方面取得突破；（3）实现各项关键技术的应用验证与集成示范系统，在天河二号超算平台上实现大气海洋大数据和数值模式融合的海陆气耦合的预警预报系统，并在粤港澳大湾区进行大规模应用示范。本项目将全面提供近海城市区域的环境态势预警和预报，服务于城市与社会管理创新的重大战略需求。
中国Argo实时资料中心主要参与第二课题（即“近海海洋环境预报和海上安全保障预警”）的研究工作。该课题拟在综合各类历史观测资料的基础上，利用高分辨率海洋数值模式和四维资料同化技术，研制中国近海海洋再分析资料大数据。建立高分辨率波流相互作用海气耦合模式，以人工智能为辅助工具，通过大数据分析技术与数值预报相结合的方法，针对台风、风暴潮、巨浪、海上溢油及危险品扩散等灾害，实现对近海海洋环境及海洋灾害的高精度预报，建立海上安全预警保障系统，揭示海洋灾害成灾机理。预期的研究目标是：面向历史观测和数值模拟大数据的再分析问题，研究以大数据处理技术为基础的高分辨率海洋—大气双向耦合模式，揭示台风发展过程中海气及波流相互作用的物理机制，理解海洋气象灾害的形成机理，建立海上智能预警和安全保障系统。研究并提出3个利用大数据优化和改善海洋—大气耦合模式的高扩展性算法，并验证这些算法在实际应用中的合理性和可行性。重点围绕本课题的关键科学问题及任务，具体研制全球高分辨率海洋环境再分析资料，将引入人工智能技术，通过云计算, 分析、处理、遴选全球Argo数据和各局部海域自动走航或定点大气和海洋观测数据。通过质量控制，在海洋模型预报系统运行中开发适用于非规则时空分布的集合卡尔曼(Ensemble Kalman)四维同化方法，对Argo观测网得到的实时海洋自适应采样温盐数据库进行有效同化，订正海洋模式2000米以上温度和盐度的垂直廓线。通过对南海海洋观测网中高分辨沿海海洋动力学应用雷达(CODAR), 卫星观测资料（海表温度SST，海面高度SSH），自动走航滑翔机和定点综合要素浮标站观测到的气象、海洋资料的同化，利用全球海洋模式，研制1978-2022(包括项目执行年间)年高分辨率全球海洋环境再分析资料，从而为建立的高分辨率多尺度全球—中国海—南海近岸三重嵌套非结构化网格海洋模型预报系统（FVCOM）提供背景场。
中国Argo实时资料中心在第二课题中负责的具体工作有：1）收集1996-2020年期间全球海洋（包括南海）Argo剖面资料，并进行质量再控制；2）制作1996-2020年期间全球海洋（包括南海）散点Argo数据集；3）研制2004-2020年期间全球海洋高分辨率网格数据集；同时，还将参与数据同化方法与关键技术研究，以及全球海洋环境再分析资料研制等。
本项目瞄准国家的重大战略需求，以建立大气海洋大数据的海陆气耦合分析与综合利用的计算理论、方法与技术体系为目标，深入研究传统预报模式和大数据处理方法融合、海陆气多物理场耦合以及平台融合等关键问题，在天河二号超算平台上基于大气海洋大数据的示范应用平台，并在粤港澳大湾区进行大规模应用示范。通过大气海洋大数据计算基础理论的创新，提升我国在大气海洋领域的国际学术地位和影响力；通过若干瓶颈问题的突破，为数据驱动的预警预报系统提供一整套深度分析与综合利用的关键技术；通过应用示范系统的构建，为核心区域的环境安全提供高效的预警预报，使之成为智慧城市的重要组成部分。项目共设计了5个研究课题，即1）基于大数据的区域大气数值预报理论和技术研究；2）近海海洋环境预报和海上安全保障预警；3）基于大数据技术和陆面过程模式的旱涝灾害预警预报研究；4）基于数据分析的区域气候环境智能预警；5）基于天河二号的大气海洋大数据服务示范平台。
通过为期四年（2019-2022）的实施，本项目将在基础理论研究、关键技术突破和构建技术验证平台与实施重大应用示范方面，实现如下三大目标：（1）在大气海洋大数据应用的相关学术方向上提出和发展具有重大创新的理论与方法和一批具有重要国际影响力的学术成果；（2）在大气海洋大数据的应用方面实现核心技术突破，完成预报模式和数据分析结合的应用技术。预期在基于大数据的区域预报基础理论、海洋预报模式、陆面过程模式、区域气候模式、高性能平台计算架构设计、大气海洋大数据资源存储管理调度等关键技术方面取得突破；（3）实现各项关键技术的应用验证与集成示范系统，在天河二号超算平台上实现大气海洋大数据和数值模式融合的海陆气耦合的预警预报系统，并在粤港澳大湾区进行大规模应用示范。本项目将全面提供近海城市区域的环境态势预警和预报，服务于城市与社会管理创新的重大战略需求。
中国Argo实时资料中心主要参与第二课题（即“近海海洋环境预报和海上安全保障预警”）的研究工作。该课题拟在综合各类历史观测资料的基础上，利用高分辨率海洋数值模式和四维资料同化技术，研制中国近海海洋再分析资料大数据。建立高分辨率波流相互作用海气耦合模式，以人工智能为辅助工具，通过大数据分析技术与数值预报相结合的方法，针对台风、风暴潮、巨浪、海上溢油及危险品扩散等灾害，实现对近海海洋环境及海洋灾害的高精度预报，建立海上安全预警保障系统，揭示海洋灾害成灾机理。预期的研究目标是：面向历史观测和数值模拟大数据的再分析问题，研究以大数据处理技术为基础的高分辨率海洋—大气双向耦合模式，揭示台风发展过程中海气及波流相互作用的物理机制，理解海洋气象灾害的形成机理，建立海上智能预警和安全保障系统。研究并提出3个利用大数据优化和改善海洋—大气耦合模式的高扩展性算法，并验证这些算法在实际应用中的合理性和可行性。重点围绕本课题的关键科学问题及任务，具体研制全球高分辨率海洋环境再分析资料，将引入人工智能技术，通过云计算, 分析、处理、遴选全球Argo数据和各局部海域自动走航或定点大气和海洋观测数据。通过质量控制，在海洋模型预报系统运行中开发适用于非规则时空分布的集合卡尔曼(Ensemble Kalman)四维同化方法，对Argo观测网得到的实时海洋自适应采样温盐数据库进行有效同化，订正海洋模式2000米以上温度和盐度的垂直廓线。通过对南海海洋观测网中高分辨沿海海洋动力学应用雷达(CODAR), 卫星观测资料（海表温度SST，海面高度SSH），自动走航滑翔机和定点综合要素浮标站观测到的气象、海洋资料的同化，利用全球海洋模式，研制1978-2022(包括项目执行年间)年高分辨率全球海洋环境再分析资料，从而为建立的高分辨率多尺度全球—中国海—南海近岸三重嵌套非结构化网格海洋模型预报系统（FVCOM）提供背景场。
中国Argo实时资料中心在第二课题中负责的具体工作有：1）收集1996-2020年期间全球海洋（包括南海）Argo剖面资料，并进行质量再控制；2）制作1996-2020年期间全球海洋（包括南海）散点Argo数据集；3）研制2004-2020年期间全球海洋高分辨率网格数据集；同时，还将参与数据同化方法与关键技术研究，以及全球海洋环境再分析资料研制等。
