[發(fā)明專利]基于SCVT網(wǎng)格的海浪數(shù)值模式的海浪預報方法及系統(tǒng)有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202310125935.1 | 申請日： | 2023-02-17 |
| 公開（公告）號： | CN116108720B | 公開（公告）日： | 2023-08-25 |
| 發(fā)明（設計）人： | 于福江;高元勇;高志一;逄仁波 | 申請（專利權）人： | 國家海洋環(huán)境預報中心 |
| 主分類號： | G06F30/23 | 分類號： | G06F30/23;G06T17/20;G06F16/29 |
| 代理公司： | 北京惠科金知識產(chǎn)權代理有限公司 11981 | 代理人： | 袁曉哲 |
| 地址： | 100089*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 scvt 網(wǎng)格 海浪 數(shù)值 模式 預報 方法 系統(tǒng) | ||
1.一種基于SCVT網(wǎng)格的海浪數(shù)值模式的海浪預報方法，其特征在于，所述方法包括：
在采用非結構SCVT網(wǎng)格的海浪數(shù)值模式下，計算目標海域的海浪地理空間平流；所述非結構SCVT網(wǎng)格由Voronoi多邊形網(wǎng)格組成；所述Voronoi多邊形網(wǎng)格為n邊形網(wǎng)格，其中n為5或6或7；
根據(jù)所述海浪地理空間平流、頻譜空間平流項和源匯項預測海浪波作用量；
所述在采用非結構SCVT網(wǎng)格的海浪數(shù)值模式下，計算目標海域的海浪地理空間平流，具體包括：
在海浪數(shù)值模式下，對目標海域構建所述非結構SCVT網(wǎng)格；
對所述非結構SCVT網(wǎng)格進行海浪物理要素的變量配置；
基于配置后的非結構SCVT網(wǎng)格結合有限體積法，對海浪波作用量守恒公式中連續(xù)形式的地理空間平流項進行離散化，得到離散化后的地理空間平流項；
基于所述離散化后的地理空間平流項得到海浪波作用量的積分表達式；
其中，對所述非結構SCVT網(wǎng)格進行海浪物理要素的變量配置，具體包括：
對每一網(wǎng)格，將海浪波作用量配置在網(wǎng)格中心，將海浪地理空間平流速度配置在網(wǎng)格邊；網(wǎng)格中兩個相鄰公共邊的平流速度大小相同，平流方向相反；
所述對海浪波作用量守恒公式中連續(xù)形式的地理空間平流項進行離散化，具體包括：
將每一所述網(wǎng)格依次記為主網(wǎng)格；
對每一所述主網(wǎng)格，基于每一主鄰公共邊的法相平流速度結合迎風格式思想，確定每一所述主鄰公共邊的中點波作用量；所述主鄰公共邊為所述主網(wǎng)格與相鄰網(wǎng)格的公共邊，所述相鄰網(wǎng)格為與所述主網(wǎng)格相鄰的網(wǎng)格；迎風格式思想指采用上游網(wǎng)格中心的波作用量計算主鄰公共邊的中點波作用量；
對每一所述主網(wǎng)格，根據(jù)所述法相平流速度、所述中點波作用量和所述主鄰公共邊的邊長以及所述主網(wǎng)格的網(wǎng)格面積，得到所述離散化后的地理空間平流項；
所述海浪波作用量的積分表達式為：
式中，Nt+1表示每一主網(wǎng)格在t+1時刻的海浪波作用量；Nt表示每一主網(wǎng)格在t時刻的海浪波作用量；表示離散化后的地理空間平流項；Δt表示時間步長；Ω表示主網(wǎng)格的面積；Ce,i表示第i條主鄰公共邊的法相平流速度；Ne,i表示第i條主鄰公共邊的中點波作用量；le,i表示第i條主鄰公共邊的邊長；Ft表示t時刻離散化后的頻譜空間平流項和源匯項；n表示主鄰公共邊邊數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述主鄰公共邊的中點波作用量的計算表達式為：
式中，Nc,0表示主網(wǎng)格中心的波作用量；Nc,i表示第i個相鄰網(wǎng)格中心的波作用量。
3.一種基于SCVT網(wǎng)格的海浪數(shù)值模式的海浪預報系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
地理空間平流計算模塊，用于在采用非結構SCVT網(wǎng)格的海浪數(shù)值模式下，計算目標海域的海浪地理空間平流；所述非結構SCVT網(wǎng)格由Voronoi多邊形網(wǎng)格組成；所述Voronoi多邊形網(wǎng)格為n邊形網(wǎng)格；其中n為5或6或7；
海浪預報模塊，用于根據(jù)所述海浪地理空間平流、頻譜空間平流項和源匯項預測海浪波作用量；
所述地理空間平流計算模塊具體包括：
網(wǎng)格構建單元，用于在海浪數(shù)值模式下，對目標海域構建所述非結構SCVT網(wǎng)格；
變量配置單元，用于對所述非結構SCVT網(wǎng)格進行海浪物理要素的變量配置；
其中，對所述非結構SCVT網(wǎng)格進行海浪物理要素的變量配置，具體包括：對每一網(wǎng)格，將海浪波作用量配置在網(wǎng)格中心，將海浪地理空間平流速度配置在網(wǎng)格邊；網(wǎng)格中兩個相鄰公共邊的平流速度大小相同，平流方向相反；
離散化單元，用于基于配置后的非結構SCVT網(wǎng)格結合有限體積法，對海浪波作用量守恒公式中連續(xù)形式的地理空間平流項進行離散化，得到離散化后的地理空間平流項；
所述離散化單元具體包括：
主網(wǎng)格定義子單元，用于將每一所述網(wǎng)格依次記為主網(wǎng)格；
中點波作用量計算子單元，用于對每一所述主網(wǎng)格，基于每一主鄰公共邊的法相平流速度結合迎風格式思想，確定每一所述主鄰公共邊的中點波作用量；所述主鄰公共邊為所述主網(wǎng)格與相鄰網(wǎng)格的公共邊，所述相鄰網(wǎng)格為與所述主網(wǎng)格相鄰的網(wǎng)格；迎風格式思想指采用上游網(wǎng)格中心的波作用量計算主鄰公共邊的中點波作用量；
地理空間平流項離散子單元，用于對每一所述主網(wǎng)格，根據(jù)所述法相平流速度、所述中點波作用量和所述主鄰公共邊的邊長以及所述主網(wǎng)格的網(wǎng)格面積，得到所述離散化后的地理空間平流項；
波作用量積分形式構建模塊，用于基于所述離散化后的地理空間平流項得到海浪波作用量的積分表達式；
所述海浪波作用量的積分表達式為：
式中，Nt+1表示每一主網(wǎng)格在t+1時刻的海浪波作用量；Nt表示每一主網(wǎng)格在t時刻的海浪波作用量；表示離散化后的地理空間平流項；Δt表示時間步長；Ω表示主網(wǎng)格的面積；Ce,i表示第i條主鄰公共邊的法相平流速度；Ne,i表示第i條主鄰公共邊的中點波作用量；le,i表示第i條主鄰公共邊的邊長；Ft表示t時刻離散化后的頻譜空間平流項和源匯項；n表示主鄰公共邊邊數(shù)。
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