Estimating Subsurface Thermohaline Structure in the Tropical Western Pacific Using DO-ResNet Model

2024年9月1日·
Xianmei Zhou
Xianmei Zhou
朱善良
朱善良
Wentao Jia
Wentao Jia
姚恒恺
姚恒恺
,
Yuqun Han
朱善良
朱善良
杨树国
杨树国
,
Lei Chu
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摘要
Estimating the ocean’s subsurface thermohaline information from satellite measurements is essential for understanding ocean dynamics and the El Ni & ntilde;o phenomenon. This paper proposes an improved double-output residual neural network (DO-ResNet) model to concurrently estimate the subsurface temperature (ST) and subsurface salinity (SS) in the tropical Western Pacific using multi-source remote sensing data, including sea surface temperature (SST), sea surface salinity (SSS), sea surface height anomaly (SSHA), sea surface wind (SSW), and geographical information (including longitude and latitude). In the model experiment, Argo data were used to train and validate the model, and the root mean square error (RMSE), normalized root mean square error (NRMSE), and coefficient of determination (R2) were employed to evaluate the model’s performance. The results showed that the sea surface parameters selected in this study have a positive effect on the estimation process, and the average RMSE and R2 values for estimating ST (SS) by the proposed model are 0.34 degrees C (0.05 psu) and 0.91 (0.95), respectively. Under the data conditions considered in this study, DO-ResNet demonstrates superior performance relative to the extreme gradient boosting model, random forest model, and artificial neural network model. Additionally, this study evaluates the model’s accuracy by comparing its estimations of ST and SS across different depths with Argo data, demonstrating the model’s ability to effectively capture the most spatial features, and by comparing NRMSE across different depths and seasons, the model demonstrates strong adaptability to seasonal variations. In conclusion, this research introduces a novel artificial intelligence technique for estimating ST and SS in the tropical Western Pacific Ocean.
类型
出版物
Atmosphere
publications
Xianmei Zhou
Authors
Student of Mathematics
这里可以有一小段介绍,大概几行字,可以长一些,介绍作者的研究方向、兴趣爱好等。
朱善良
Authors
正教授
博士,教授,硕士生导师,人工智能技术海洋场景化应用山东省工程研究中心副主任,青岛市人工智能海洋技术创新中心副主任,青岛科技大学数学与交叉研究院副院长。山东赛区数学建模竞赛专家组成员、山东省数学会理事、山东省应用统计学会理事、人工智能海洋学专业委员会委员。近年来,主持或参与国家自然科学基金、省自然基金、省教改项目等各类教学科研项目20多项,在国内外期刊发表学术论文80余篇,其中被SCI、EI检索70余篇,参编教材1部。指导学生参加全国大学生数学建模竞赛、中国研究生数学建模竞赛、美国大学生数学建模竞赛等各类竞赛获国家一等奖9项、国家二等奖29项、国家三等奖13项、山东省一等奖37项、山东省二等奖12项、山东省三等奖7项。指导本科生参加国家大学生创新计划项目4项。
Wentao Jia
Authors
Student of Mathematics
这里可以有一小段介绍,大概几行字,可以长一些,介绍作者的研究方向、兴趣爱好等。
姚恒恺
Authors
姚恒恺 (he/him)
讲师
Dr. Hengkai Yao (姚恒恺) is a lecturer of School of Mathmetica and Physics at the Qingdao University of Science and Technology. He got Ph.D of Physical Oceanograpy from Ocean University of China. His research interests include mesoscale eddies, ocean modeling and AI oceanography. He is member of the AI Oceanography group, which develops big data in ocean, ocean simulation, and ocean prediction. He is also a chief scientist in Qingdao Oakfull Water Technology Co., Ltd.
Authors
朱善良
Authors
正教授
博士,教授,硕士生导师,人工智能技术海洋场景化应用山东省工程研究中心副主任,青岛市人工智能海洋技术创新中心副主任,青岛科技大学数学与交叉研究院副院长。山东赛区数学建模竞赛专家组成员、山东省数学会理事、山东省应用统计学会理事、人工智能海洋学专业委员会委员。近年来,主持或参与国家自然科学基金、省自然基金、省教改项目等各类教学科研项目20多项,在国内外期刊发表学术论文80余篇,其中被SCI、EI检索70余篇,参编教材1部。指导学生参加全国大学生数学建模竞赛、中国研究生数学建模竞赛、美国大学生数学建模竞赛等各类竞赛获国家一等奖9项、国家二等奖29项、国家三等奖13项、山东省一等奖37项、山东省二等奖12项、山东省三等奖7项。指导本科生参加国家大学生创新计划项目4项。
杨树国
Authors
正教授
教授,博士生导师,哈尔滨工业大学博士后。数据科学与信息技术研究中心主任,人工智能海洋技术场景化应用山东省工程研究中心主任,青岛市人工智能海洋技术创新中心主任,青岛科技大学数学与交叉研究院院长。美国佐治亚理工学院高级访问学者、香港中文大学高级访问学者、北京交通大学高级访问学者;山东省数学会常务理事、山东省应用统计学会常务理事、人工智能海洋学专业委员会常务委员。近年来,主持或参与国家自然科学基金、国防科工委、电子工业部、省自然基金、省重点科研计划、省高校科研计划、省优秀中青年科学家基金、青岛市科技发展计划项目等各级各类科研项目40多项。
Authors