一种离岸流预测方法技术

本发明专利技术公开了一种离岸流预报方法，包括以下步骤：（1）、基于中尺度海洋天气业务化预报系统，获取目标海域及其周围海域的风场和气压场；（2）、建立Delft3D水动力数值模型，模拟得到目标海域及其周围海域的潮流场；（3）、建立SWAN波浪谱模型，模拟得到目标海域及其周围海域的波浪场；（4）、从波浪场中提取边界条件，以潮流场为背景流场，建立SWASH波浪解析模型，模拟得到目标海域水质点速度的时间序列；（5）、统计离岸流的强度。本方法为了考虑离岸流的多物理机制耦合、多时空尺度共存的动力特点，本发明专利技术综合利用多种模型分别模拟不同的物理过程，并采用数据交换、耦合考虑它们之间的相互作用，实现海滨浴场离岸流的实时预报，为浴场救援提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种离岸流预测方法
本专利技术涉及一种海洋预报技术，具体地说，是涉及一种离岸流预测方法。
技术介绍
离岸流是指产生于波浪破碎带内、指向离岸方向的射流。离岸流在很多沙滩水域、不同的波浪和潮汐环境中均可能发生，具有流束窄、流速急等特点，可以将游泳者没有防备的情况下、快速的卷入外海深水区。在美国，统计数据显示每年因离岸流导致的溺水死亡人数约100-150人，超过80%的海滩救援任务与离岸流有关。在澳大利亚，离岸流导致的年均死亡人数超过因风暴、洪水、森林火灾、鲨鱼攻击造成的年均死亡人数总和。在中国，青岛、厦门、三亚等滨海旅游城市的海滨浴场也是离岸流的高发地。2012年8月4日上午，在韩国釜山著名的海云台浴场，一股巨大而强劲的离岸流将143名游客同时卷入远离岸边的海中。离岸流的发生与海滩地貌、波浪条件、水流环境以及它们之间的相互作用密切相关，这些因素之间复杂的耦合作用也导致了离岸流的难以预测。对于离岸流，目前多根据海滩地貌特点大概给出离岸流容易发生的位置，或者采用定点的仪器对水流进行测量。这些技术对于浴场游客来说，难以起到直观的、即时的预警作用。如果能给出实时的海滩离岸流强度分布，则对于海滩管理、预警和救援具有很大的指导意义。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有离岸流难以预测或者采用定点仪器测量的方式测量区域有限的问题，提出离一种离岸流预测方法，可以解决上述问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种离岸流预测方法，包括以下步骤：（1）、获取目标海域及其周围海域的高精度风场和气压场，基于已有的中尺度海洋天气业务化预报系统，提取实时的高精度风场和气压场；（2）、建立目标海域及其周围海域的潮流数值模型，基于三维浅水方程模型Delft3D，建立从目标海域的周围海域至目标海域的水动力模型，将步骤（1）中提取的高精度风场和气压场作为所述水动力模型的气象数据输入，计算得到目标海域及其周围海域的实时水位和背景流场；（3）、建立目标海域及其周围海域的波浪模型，基于第三代浅水风浪模型SWAN,建立波浪从目标海域的周围海域传播至目标海域的波浪模型，将所述高精度风场及目标海域及其周围海域的实时水位和背景流场输入至波浪模型中，计算得到目标海域及其周围海域的波浪场，即波高、波周期的实时空间分布；（4）、建立目标海域的相位解析波浪模型SWASH，利用所述波浪场提取SWASH模型的计算网格边界处的波浪谱信息，运行SWASH模型，获取目标海域的水位、水质点速度的时间序列；（5）、根据步骤（4）中得到的水质点速度的时间序列，统计离岸流的强度。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术的离岸流预测方法，基于其具有风、浪、流等多动力过程耦合作用，外海-近岸、波相位平均-波相位解析多时空尺度共存的动力特点，为了考虑不同的物理过程，本专利技术采用不同数值模型来模拟；不同物理过程之间的相互作用，采用数据交换、单向耦合来实现，综合利用并耦合天气预报模型WRF、水动力数值模型Delft3D、波浪平均的波浪谱模型SWAN和相位解析的非静压波浪模型SWASH，考虑风场、气压场对水位、水流，风场、水位、水流对外海波浪的影响，以及近岸波浪和背景潮流场、波生流之间互相耦合作用，对海滨浴场的离岸流进行实时的数值计算与预报，为海滨浴场的预警、救援提供参考依据。结合附图阅读本专利技术实施方式的详细描述后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术所提出的离岸流预测方法一种实施例中所提取的风场与气压场示意图；图2是本专利技术所提出的离岸流预测方法一种实施例中Delft3D潮流场模拟结果示意图；图3是本专利技术所提出的离岸流预测方法一种实施例中SWAN波浪场模拟结果示意图；图4为本专利技术所提出的离岸流预测方法一种实施例中目标海域的水深图；图5为本专利技术所提出的离岸流预测方法一种实施例中SWASH模型所模拟的离岸流流速及强度示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一，本实施例提出了一种离岸流预测方法，包括以下步骤：S1、获取目标海域及其周围海域的高精度风场和气压场，基于已有的中尺度海洋天气业务化预报系统，提取实时的高精度风场和气压场；如图1所示，为整个西北太平洋地区的WRF预报的某一时刻风场和气压场的示意图，其中，风场由箭头表示，气压场由等值线表示。基于目前已有的大气模型WRF（WeatherResearchandForecastingModel）中尺度天气业务化预报系统，提取实时预报的风场和气压场数据。目前国内外很多有海洋大气相关科研方向的高校和科研院所均有业务化预报系统，可以给出实时或72小时的海洋气象预报，风场和气压场数据可以通过连接相关的服务器来获取。S2、建立目标海域及其周围海域的潮流数值模型，基于三维浅水方程模型Delft3D，建立从目标海域的周围海域至目标海域的水动力模型，将步骤S1中提取的高精度风场和气压场作为所述水动力模型的气象数据输入，计算得到目标海域及其周围海域的实时水位和背景流场；本步骤根据高精度风场和气压场对水动力的影响，计算得到海域的水位和背景流场。S3、建立目标海域及其周围海域的波浪模型，基于第三代浅水风浪模型SWAN,建立波浪从目标海域的周围海域传播至目标海域的波浪模型，将所述高精度风场及目标海域及其周围海域的实时水位和背景流场输入至波浪模型中，计算得到目标海域及其周围海域的波浪场，即波高、波周期的实时空间分布；考虑风场、气压场对水位、水流，风场、水位、水流对外海波浪的影响，利用第三代浅水风浪模型SWAN，计算得到目标海域及其周围海域的波浪场。S4、建立目标海域的相位解析波浪模型SWASH，利用所述波浪场提取SWASH模型的计算网格边界处的波浪谱信息，运行SWASH模型，获取目标海域的水位、水质点速度的时间序列；S5、根据步骤S4中得到的水质点速度的时间序列，统计离岸流的强度。其中，离岸流是流速方向与海岸方向垂直且指向外海方向的水流。由于离岸流具有风、浪、流等多动力过程耦合作用，外海-近岸、波相位平均-波相位解析多时空尺度共存的动力特点，为了考虑不同的物理过程，本专利技术采用不同数值模型来模拟：综合利用并耦合天气预报模型WRF、水动力数值模型Delft3D、波浪平均的波浪谱模型SWAN和相位解析的非静压波浪模型SWASH，不同物理过程之间的相互作用，采用数据交换、单向耦合来实现，考虑风场、气压场对水位、水流，风场、水位、水流对外海波浪的影响，以及近岸波浪和背景潮流场、波生流之间互相耦合作用，对海滨浴场的离岸流进行实时的数值计算与预报，为海滨浴场的预警、救援提供参考依据。作为一个优选的实施例，所述步骤S2中，包括以下子步骤：S21、收集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离岸流预测方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）、获取目标海域及其周围海域的高精度风场和气压场，基于已有的中尺度海洋天气业务化预报系统，提取实时的高精度风场和气压场；（2）、建立目标海域及其周围海域的潮流数值模型，基于三维浅水方程模型Delft3D，建立从目标海域的周围海域至目标海域的水动力模型，将步骤（1）中提取的高精度风场和气压场作为所述水动力模型的气象数据输入，计算得到目标海域及其周围海域的实时水位和背景流场；（3）、建立目标海域及其周围海域的波浪模型，基于第三代浅水风浪模型SWAN,建立波浪从目标海域的周围海域传播至目标海域的波浪模型，将所述高精度风场及目标海域及其周围海域的实时水位和背景流场输入至波浪模型中，计算得到目标海域及其周围海域的波浪场，即波高、波周期的实时空间分布；（4）、建立目标海域的相位解析波浪模型SWASH，利用所述波浪场提取SWASH模型的计算网格边界处的波浪谱信息，运行SWASH模型，获取目标海域的水位、水质点速度的时间序列；（5）、根据步骤（4）中得到的水质点速度的时间序列，统计离岸流的强度。

【技术特征摘要】
1.一种离岸流预测方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）、获取目标海域及其周围海域的高精度风场和气压场，基于已有的中尺度海洋天气业务化预报系统，提取实时的高精度风场和气压场；（2）、建立目标海域及其周围海域的潮流数值模型，基于三维浅水方程模型Delft3D，建立从目标海域的周围海域至目标海域的水动力模型，将步骤（1）中提取的高精度风场和气压场作为所述水动力模型的气象数据输入，计算得到目标海域及其周围海域的实时水位和背景流场；（3）、建立目标海域及其周围海域的波浪模型，基于第三代浅水风浪模型SWAN,建立波浪从目标海域的周围海域传播至目标海域的波浪模型，将所述高精度风场及目标海域及其周围海域的实时水位和背景流场输入至波浪模型中，计算得到目标海域及其周围海域的波浪场，即波高、波周期的实时空间分布；（4）、建立目标海域的相位解析波浪模型SWASH，利用所述波浪场提取SWASH模型的计算网格边界处的波浪谱信息，运行SWASH模型，获取目标海域的水位、水质点速度的时间序列；（5）、根据步骤（4）中得到的水质点速度的时间序列，统计离岸流的强度。2.根据权利要求1所述的离岸流预测方法，其特征在于，所述步骤（2）中，包括以下子步骤：（21）、收集所述目标海域及其周围海域的水深数据；（22）、建立水动力模型步骤，建立从目标海域的周围海域至目标海域的水动力模型网格，所述水动力模型网格包含多层嵌套的网格，将所述步骤（21）中的水深数据分别插值到所述多层嵌套的网格上；（23）、获取所述水动力模型网格中最外层网格的潮汐边界条件，并将其格式转换为Delft3D模型的边界条件输入文件格式；（24）、气象数据插值步骤，将所述步骤（1）中获取的高精度风场和气压场分别插值到所述多层嵌套的网格上，并将其格式转换为Delft3D模型的气象数据输入文件格式；所述多层嵌套的网格中，相邻层次的网格位于外层的网格区域包含位于内层的网格区域，且所述多层嵌套的网格的精度由内而外依次变低；（25）、运行所述水动力模型，得到所述目标海域及其周围海域的实时水位及背景流场；包括以下步骤：（251）、首先对所述水动力模型网格中最外层网格运行水动力模型，并在与其邻近的内层网格的边界处输出水位、流速的时间序列，将所述水位、流速的时间序列作为所述内层网格的潮汐边界条件，对所述内层网格运行水动力模型，直至对最内层网格运行水动力模型，计算输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：武国相，梁丙臣，李华军，徐照妍，陈玉洁，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37