[发明专利]一种基于并行模式下的风暴潮精细化模拟方法

说明书

本发明提供了一种基于并行模式下的风暴潮精细化模拟方法，包括：采用SMS软件对海洋动力模型的边界所围成的封闭区域进行网格化处理，以提高模型精度，并在网格化后的海洋动力模型上搭建风场模型，共同构建成最终的海洋动力模型，进而将极端天气风场和潮汐开边界条件作为强迫场，基于并行计算的方法，使用最终的海洋动力模型分别计算出风暴潮异常水位和天文潮水位，最终高效计算出风暴潮增水，以对研究海域的风暴潮憎水进行可视化模拟。本发明的有益效果是：本发明所提出的技术方案对研究海域使用构建不规则三角形网格的方法，做出风暴潮精细化模型所需网格模型，提高了模型精度；采用并行计算方法，提高了运算速度，减少了运算时间。

技术领域

本发明涉及海洋科学与海洋工程领域，尤其涉及一种基于并行模式下的风暴潮精细化模拟方法。

背景技术

风暴潮是由于热带气旋、温带天气系统、海上飑线等风暴过境所伴随的强风和气压骤变而引起的局部海面振荡或非周期性异常升高(降低)的自然现象。当风暴潮侵袭沿海地区时，往往能引起沿岸大规模的涨水，导致海水漫堤和巨浪冲毁海岸，造成海水倒灌，河塘、油井、工厂等被淹，对沿海城市基础设施和人们生命、财产安全造成巨大损失。深圳市作为发达的沿海城市，其海岸每年都会受到热带气旋的侵袭，也是风暴潮灾害高风险区域之一。

随着社会经济不断发展，利用海洋资源和空间所进行的各类生产和服务活动的海洋产业已经成为本市重要支柱产业。风暴潮对本市的侵袭不仅会引起巨大的经济损失，使生态环境受到破坏，更会严重威胁人民群众生命安全，影响社会稳定。因此，对风暴潮灾害有效的防灾减灾手段是海洋与沿海经济可持续发展的必要条件之一。

通过历史台风数据模拟风暴来临时的风暴潮增水位和风暴潮异常水位，有助于分析和理解台风与风暴潮之间的关系，对未来台风到来时，预测风暴潮增水和灾害预估起到参考作用。然而现有的一些风暴潮模拟方法要么精度欠缺，要么运算速度太慢，均达不到比较好的模拟效果。

发明内容

为了解决现有的风暴潮模拟方法精度和运算速度均不够的问题，本发明提供了一种基于并行模式下的风暴潮精细化模拟方法；一种基于并行模式下的风暴潮精细化模拟方法，包括以下步骤：

S101：获取并整理研究海域的沿海水深地形数据、海岸线数据和历史台风观测数据，进而分别建立研究海域的沿海水深地形数据库、海岸线数据库和历史台风数据库；

S102：根据研究海域的海洋环境特点和实际模拟需求，确定海洋动力模型的海上开边界位置；根据所述海岸线数据库，确定海洋动力模型的海岸线边界位置，进而为海洋动力模型设置由海上开边界和海岸线边界组成的闭合边界，得到设置好边界的海洋动力模型；

S103：根据所述闭合边界，采用SMS软件生成三角网格，以将所述闭合边界所组成的闭合区域网格化；

S104：根据所述水深地形数据库，采用插值算法对所有所述三角网格的顶点的水深进行计算，得到所述海洋动力模型运行所述需要的水深数据，进而为所述设置好边界的海洋动力模型赋予水深数据，得到设置好水深数据的海洋动力模型；

S105：根据所述历史台风数据库，采用风场模型，生成风场文件和气压场文件；并利用全球潮汐模型生成所述海上开边界处的所有所述三角网格的顶点的潮汐调和常数，并将所述潮汐调和常数设置为所述设置好水深数据的海洋动力模型的潮汐开边界，得到最终海洋动力模型；

S106：将所述风场文件、所述气压场文件和所述潮汐开边界作为强迫场，采用所述最终海洋动力模型，基于并行计算方法计算得到研究海域的模拟风暴异常水位L；

S107：将潮汐开边界作为强迫场，采用所述最终海洋动力模型，基于并行计算方法计算得到研究海域的模拟天文潮水位L1；

S108：根据所述风暴异常水位L和所述天文潮水位L1，计算得到研究海域的模拟风暴潮增水D。