用于短期多浮标有效波高预测的双塔全局-局部框架

《Journal of Marine Science and Engineering》：A Dual-Tower Global–Local Framework for Short-Term Multi-Buoy Significant-Wave-Height Forecasting

　　

摘要

准确的中短期有效波高预报对于海岸和近海活动的安全和高效运行至关重要。然而，由于海浪条件表现出复杂的时间变异性和空间依赖性，跨越稀疏浮标网络的预报仍然具有挑战性。本研究提出了一种增强型 Crossformer，这是一种双塔时空框架，结合了用于建模站点间长程依赖关系的 Crossformer 分支和用于捕捉局部基于图交互的 Cheb–LSTM 分支。该框架使用 2020 年至 2024 年期间美国西海岸 52 个国家数据浮标中心站点的 3 小时有效波高观测数据进行了评估。首先使用图神经网络插补模型估计缺失观测值，该模型在人工掩码观测值上的测试集 ??2 值范围为 0.85 至 0.95。随后评估了 3-24 小时预报时效的预报性能，并与 LSTM、Transformer、Cheb–LSTM 和 Crossformer 基线进行了比较。增强型 Crossformer 在所有预报步骤中均实现了最低的 MAE、MSE 和 MAPE 值以及最高的 和相关系数值。与最强的基线相比，它在短期预报时效上使 MSE 降低了多达约 8.7%，并在 24 小时预测范围内保持了正向改进。在低至中等海况下，预报技巧最强，但在高能量海浪条件和南加州湾的数个避风站点则有所下降。这些结果表明，将全局注意力与基于图的局部循环相结合在短期多浮标海浪预报中具有潜力。