一种近海海流预报方法、装置及设备

本发明涉及海洋预报，特别涉及一种近海海流预报方法、装置及设备。

背景技术：

1、海流是指海水在大范围里相对稳定的流动，其既有水平，又有铅直的三维流动，是海水运动的普遍形式之一；其大范围是指海流的空间尺度大，可在几千千米甚至全球范围内流动，其相对稳定是指海流的路径、速率和方向，在数月、一年甚至多年的较长时间里保持一致；其主要原因是海水因热辐射、蒸发、冷缩等而形成密度不同的水团，再加上风应力、地转偏向力、引潮力等作用而大规模相对稳定的流动，其可分为漂流、地转流、潮流、补偿流、河川泄流、裂流、顺岸流，其可用于航行、捕鱼、发电等。

2、真实海洋环境中受很多因素的影响，比如潮、风场，还有边界流的影响，因而在对海流进行预报的传统技术方法是采用数值模式，基于动量方程、温盐扩散方程等海水原始方程，通过网格离散的方式，综合考虑多种驱动条件，从而计算海流的变化；但传统的技术方法需要大规模的计算能力和较长的计算时间，对于近海海域，为了拟合复杂的海岸线，往往需要很高的空间和时间分辨率。

3、但是，因传统的海流流速计算方法未能充分考虑和利用海洋环境中海流的各种主要影响参数，即未能充分考虑目标近海海域的风生流流向的问题，使得对于海流流场的预报在整体上精度比较差，致使难以应对一些溢油、海上搜救等紧急情况。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种近海海流预报方法、装置及设备，可以解决现有技术中，存在的因传统的海流流速计算方法整体上精度比较差的问题。

2、本发明实施例提供一种近海海流预报方法，包括以下步骤：

3、构建目标近海海域的非结构三角网格动力模型fvcom，将目标近海海域划分为多个相同的网格区域，并使用潮流获取方法获得目标近海海域每个网格区域的潮流数据；

4、利用目标近海海域模型fvcom，以圆形等分的形式将每个网格区域等分，在等分后的每个区域构建不同的风向，使用风场驱动以输出流场，获取目标近海海域每个网格区域的风生流系数；利用构建的多个不同的风向，根据目标近海海域实际风向判断每个网格区域内的实际风向，以获取每个网格区域内的模拟风向及模拟海流方向，并得到目标近海海域每个网格区域内对应风向的海流方向；利用风生流系数和海流方向获取目标近海海域每个网格区域的风生流矢量；

5、构建目标近海海域的动力模型，以获取目标近海海域每个网格区域的背景环流场；

6、根据获取的目标近海海域每个网格区域的潮流数据、风生流矢量及背景环流场，得到目标近海海域每个网格区域的海流流场，进而获得目标近海海域的海流流场。

7、优选地，所述获得目标近海海域每个网格区域的潮流数据，包括以下步骤：

8、构建目标近海海域的非结构三角网格动力模型fvcom，将目标近海海域划分为多个相同的网格区域，并使用潮水位边界驱动非结构三角网格动力模型fvcom，运行稳定后获取目标近海海域多月潮流数据；

9、利用最小二乘法拟合潮流数据拟合目标近海海域多月潮流数据，获取目标近海海域每个网格区域的潮流调和常数；并使用潮流获取方法获得目标近海海域每个网格区域的潮流数据；

10、所述非结构三角网格动力模型fvcom是一种包含海域原始方程的海域数值模型，其原始方程包括动量方程、质量连续方程、温度方程、盐度方程及密度方程。

11、优选地，所述潮流获取方法为：

12、

13、

14、其中：u为南北分量的潮流；v为东西分量的潮流；u0、v0为余流；ui、ξi为南北分量的调和常数；vi、ηi为东西分量的调和常数。

15、优选地，所述获得目标近海海域每个网格点的风生流系数，包括以下步骤：

16、利用构建的目标近海海域非结构三角网格动力模型fvcom，以圆形等分的形式将每个网格区域等分，在等分后的区域内构建从0-315°的八个不同的风向，使用风场驱动此模型，流速稳定时输出流场，利用风生流系数获取方法获得目标近海海域每个网格区域的风生流系数；其风生流获取方法为：

17、ki,j＝ssij/swi,j

18、其中：ssij表示在(i,j)网格点的风生流流速；swi,j表示在(i,j)网格点的风速。

19、优选地，所述得到目标近海海域每个网格区域内对应风向的海流方向，包括以下步骤：

20、利用构建的0-315°的八个不同的风向，判断目标近海海域每个网格区域的实际风向，以获取目标近海海域每个网格区域的第一模拟风向、第一模拟海流方向、第二模拟风向、第二模拟海流方向，利用海流方向获取方法得到目标近海海域每个网格区域内对应风向的海流方向；其海流方向获取方法为：

21、ds＝(ds2-ds1)*(dw-dw1)/(dw2-dw1)+ds1

22、其中：ds为对应风向的海流方向；dw1为第一模拟风向；dw2为第二模拟风向；dw为实际风向；ds1为第一模拟海流方向；ds2为第二模拟海流方向。

23、优选地，所述目标近海海域每个网格区域的风生流矢量的获取方法为：

24、uw＝ss*sin(ds)

25、vw＝ss*cos(ds)

26、其中：uw为南北分量风生流矢量；vw为东西分量风生流矢量；ss为风生流流速；ds为对应风向的海流方向。

27、优选地，所述得到目标近海海域每个网格区域的背景环流场，包括以下步骤：

28、构建目标近海海域大范围的动力模型，根据潮水位、气候态逐月观测风场和逐月径流这些边界场驱动动力模型，运行稳定后获得目标近海海域的月平均流场；

29、将目标近海海域的月平均流场插值到目标近海海域的每个网格区域内，得到目标近海海域每个网格区域的背景环流场；

30、目标近海海域大范围的动力模型是用于研究海域水流的数学模型，能够对海域环流及水流流动变化进行模拟。

31、优选地，所述目标近海海域的海流流场获取方法为：

32、u＝ut+uw+ub

33、v＝vt+vw+vb

34、其中：u为南北分量的海流流场；ut为南北分量的潮流；uw为南北分量的风生流矢量；ub为南北分量的背景环流场；v为东西分量的海流流场；vt为东西分量的潮流；vw为东西分量的风生流矢量；vb为东西分量的背景环流场。

35、本发明实施例还提供一种近海海流预报装置，包括：

36、潮流处理模块，用于构建目标近海海域的非结构三角网格动力模型fvcom，将目标近海海域划分为多个相同的网格区域，并使用潮流获取方法获得目标近海海域每个网格区域的潮流数据；

37、风向流速获取模块，利用目标近海海域模型fvcom，以圆形等分的形式将每个网格区域等分，在等分后的每个区域构建不同的风向，使用风场驱动以输出流场，获取目标近海海域每个网格区域的风生流系数；利用构建的多个不同的风向，根据目标近海海域实际风向判断每个网格区域内的实际风向，以获取每个网格区域内的模拟风向及模拟海流方向，并得到目标近海海域每个网格区域内对应风向的海流方向；利用风生流系数和海流方向获取目标近海海域每个网格区域的风生流矢量；

38、海域流场模拟模块，用于构建目标近海海域的动力模型，以获取目标近海海域每个网格区域的背景环流场；

39、海流模拟模块，根据获取的目标近海海域每个网格区域的潮流数据、风生流矢量及背景环流场，得到目标近海海域每个网格区域的海流流场，进而获得目标近海海域的海流流场。

40、本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器和处理器；

41、所述存储器，用于存储计算机程序；

42、所述处理器，用于执行所述存储器中存储的计算机程序时，实现如上所述的一种近海海流预报方法的步骤。

43、本发明实施例提供一种近海海流预报方法、装置及设备，与现有技术相比，其有益效果如下：

44、本发明构建目标海域的非结构三角网格动力模型fvcom，以将目标近海海域分为不同的网格区域，通过将每个网格区域以圆形等分的形式进行等分，并在其中构建不同的风向，使用风场驱动以输出流场以获取风生流系数，而后根据目标近海海域实际风向判断每个网格区域内的实际风向，由每个网格区域内的实际风向获取其模拟风向及模拟海流方向，以得到目标近海海域每个网格区域内对应风向的海流方向，并由风生流系数和对应风向的海流方向获取目标海域每个网格区域的风生流矢量，即风生流流向；通过构建目标近海海域动力模型，得到目标近海海域每个网格区域的背景环流场；将获得的目标海域每个网格区域的风生流矢量和背景环流场，以及潮流用来对目标近海海域的海流流场进行预报，极大提高了对于目标近海海域海流流场预报的精准度，可使其应用于一些突发的紧急情况、海洋灾害及海洋污染等方面中。