[發明專利]一種海浪數值預報信息的三維可視化表達方法

有效

• 申請號: 202011367973.0
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112308968B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 高志一;姬志成;于福江
• 申請（專利權）人: 國家海洋環境預報中心
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T15/20;G06F17/14
• 代理公司: 北京惠科金知識產權代理有限公司 11981
• 代理人: 任立晨

本發明涉及海洋數據分析技術領域，具體涉及一種海浪數值預報信息的三維可視化表達方法，包括如下操作步驟：依據Longuet?Higgins線性隨機波浪模型生成代表強、中、弱三個等級的三維線性波面存儲備用，其中以強、中、弱三維線性波面分別代表巨浪以上、中浪到大浪、中浪以下的浪場，Longuet?Higgins將海浪波面高度ζ看作大量余弦波疊加構成。該海浪數值預報信息的三維可視化表達方法為海浪數值模擬結果可視化提供了一種全新的展示方式，能夠更好地將數值模擬的浪場信息傳遞給用戶，同時本發明以有效波高和平均波陡數值預報結果為控制參數生成復合三維虛擬波面，可以表現浪高空間分布以及波浪陡峭破碎形成的白浪，從而為用戶提供一種直觀的海浪預報信息展現方式。

技術領域

本發明涉及海洋數據分析技術領域，具體涉及一種海浪數值預報信息的三維可視化表達方法。

背景技術

海浪數值預報產品是通過數值方法求解波作用量平衡方程得到的描述浪場特征的各種統計參量，其中最重的預報結果是有效波高場，通常采用偽彩色圖或等值線等方式顯示有效波高分布，實踐表明傳統方式不能有效傳達預報信息：很多用戶由于不了解有效波高的統計含義而誤將預報圖中的有效波高分布理解為水位分布，因此，設計出一種海浪數值預報信息的三維可視化表達方法，對于目前海洋數據分析技術領域來說是迫切需要的。

發明內容

本發明提供一種海浪數值預報信息的三維可視化表達方法，以解決現有技術存在的問題。

為了實現上述目的，本發明實施例提供如下技術方案：

根據本發明的實施例，一種海浪數值預報信息的三維可視化表達方法，包括如下操作步驟：依據Longuet-Higgins線性隨機波浪模型生成代表強、中、弱三個等級的三維線性波面存儲備用，其中以強、中、弱三維線性波面分別代表巨浪以上、中浪到大浪、中浪以下的浪場，Longuet-Higgins將海浪波面高度ζ看作大量余弦波疊加構成：

其中a_n為組成波振幅，k_i為波數矢量，x為水平位置(x,y)，f_i為頻率，ε_i為均勻分布在0到2π的隨機量，振幅a_n與海浪譜S(f_n)之間具有如下關系：

其中，采用JONSWAP譜[18]為靶譜計算波面高度場：

其中f₀為譜峰頻率，g為重力加速度，α、σ和γ分別為JONSWAP譜的強度因子、寬度因子和升高因子，方向函數采用cos²θ，其中θ為方向角，得到方向頻率譜：

S(f,θ)＝S(f)cos²θ

根據深水波動的頻散關系：

(2πf)²＝gk

其中，k為波數矢量的模k＝|k|，作變量代換得到波數方向譜：

采用線性濾波法生成波面高度場時首先生成二維白噪聲場W，然后對其進行傅立葉變換得到：

S_W＝F(W)

其中F表示傅立葉變換，此處調用二維快速傅立葉變換(FFT)，以波數方向譜乘以S_W得到調制后的噪聲譜，并對其作傅立葉逆變換得到波面高度場：

ζ＝F^-1(S·S_W)