一种计算实时潮致混合的动态模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种计算实时潮致混合的动态模拟方法：普林斯顿海洋模型通过耦合器为潮混合参数计算模型提供初始流场和密度数据，潮混合参数计算模型利用所得到流速和密度数据来计算潮混合参数，并将混合参数通过耦合器反馈给普林斯顿海洋模型；普林斯顿海洋模型在考虑混合参数影响的情况下运转并输出第二阶段的流速和密度数据，再将其传给潮混合参数计算模型，这样潮混合参数计算模型接收到的就是包含着潮混合影响的流速和密度数据；如此反复，潮混合参数的加入影响并改变着潮流速度和密度，潮流速度和密度的变化又直接决定着混合参数的大小。本发明专利技术可以实现物理海洋模型的动态化模拟，改进了原来物理海洋模型中把混合参数设为定值的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种计算实时潮致混合的动态模拟方法
本专利技术涉及物理海洋领域，特别涉及一种计算实时潮致混合的动态模拟方法，应用于物理海洋模型的动态化实时模拟。
技术介绍
潮致混合现象是潮流流经粗糙的海底地形，以内波的形式转化成斜压潮，一部分斜压潮能以内波的形式辐射出去，剩余部分在内波生成点发生耗散，从而产生增强的湍流混合。潮致混合现象时时刻刻在海洋中发生，在控制海洋的水质特性和深层循环特征方面发挥着关键的动态作用，对海洋环流、海面温度和气候产生会产生很大影响，为海洋中的混合提供了一半的能量来源，是海洋中物质、热量、动量以及能量交换的主要物理过程，是海洋中众多物理、生化过程的核心，是维持大洋子午环流的最主要因子，并对全球气候系统的维持与变化有着重要影响。潮致混合现象的强弱一般使用混合参数的大小来表示，目前现有的研究是把潮混合参数当做是定值，与海洋中实际发生的混合现象不相符，也没有考虑海洋中时时刻刻发生着的混合所带来的持续影响，无法体现混合过程所带来的动态变化。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种计算实时潮致混合的动态模拟方法，以实现物理海洋模型的动态化模拟，改进了原来物理海洋模型中把混合参数设为定值的缺点。本专利技术所采用的技术方案是：一种计算实时潮致混合的动态模拟方法，包括以下步骤：步骤A，设置普林斯顿海洋模型的开始时间、结束时间、数据输出频率；步骤B，运行普林斯顿海洋模型，生成包含潮流速度和密度数据的数据文件，并将数据文件传递给耦合器，耦合器接收数据文件的同时控制普林斯顿海洋模型中止运行；步骤C，耦合器把数据文件传递给潮混合参数计算模型，并触发潮混合参数计算模型运行；步骤D，潮混合参数计算模型以数据文件中的潮流速度和密度数据为变量，计算混合参数，并将混合参数传递给耦合器，耦合器接收混合参数的同时控制潮混合参数计算模型中止运行；步骤E，耦合器把混合参数传递给普林斯顿海洋模型，并触发普林斯顿海洋模型再次运行，完成一次循环；步骤F，循环步骤B至步骤E，直至普林斯顿海洋模型设置的结束时间停止循环，同时，普林斯顿海洋模型生成最终的潮流速度、密度数据。进一步的，所述的耦合器实现普林斯顿海洋模型和潮混合参数计算模型之间的数据实时交换，并控制普林斯顿海洋模型和潮混合参数计算模型的运行模式，具体包括：首先，耦合器接收普林斯顿海洋模型传送的数据文件后，发送中止运行指令给普林斯顿海洋模型，中止普林斯顿海洋模型运行；然后，耦合器将数据文件传递给潮混合参数计算模型后，触发潮混合参数计算模型运行；其次，耦合器接受潮混合参数计算模型运行后得到的混合参数后，发送中止运行指令给潮混合参数计算模型，中止潮混合参数计算模型运行；最后，耦合器将混合参数反馈给普林斯顿海洋模型后，触发普林斯顿海洋模型运行。进一步的，所述的潮混合参数计算模型具体包括：以潮流速度和密度数据作为变量，按照公式(1)计算混合参数kv：式中，kv是混合参数，ktidal是潮混合参数；k0＝1×10-5m2s-1，是混合全球背景值；Γ＝0.2，是混合效率；q＝0.3，代表潮能耗散率；ρ(x,y,z)是海水密度；N(x,y,z)是浮力频率，由普林斯顿海洋模型输出的密度数据根据公式(2)计算得到：其中，g是重力加速度；ρ(x,y,z)是海水密度；E(x,y)代表潮能通量，由公式(3)计算得到：其中，ρ0是海水的参考密度；Nb(x,y)是海底浮力频率；<u2(x,y)>是潮流速度，由普林斯顿海洋模型输出得到；κ＝2π/2000，是地形的特征波数；h2(x,y)代表海底粗糙度，是从名称为ETOPO5的地形数据集计算而来，表示从多项式拟合平面到实际地形的高度偏差的均方，所述的多项式拟合平面表示为：H＝a+bx+cy+dxy，a、b、c、d均为参数；F(x,y,z)是垂直耗散函数，由公式(4)计算得到：其中，H(x,y)是水柱总高度；ζ＝500，是垂直耗散尺度；z为水深值的负值。本专利技术的有益效果是：数据以指定的频率在普林斯顿海洋模型和潮混合参数计算模型之间交换，普林斯顿海洋模型通过耦合器为潮混合参数计算模型提供初始流场和密度数据，潮混合参数计算模型利用所得到流速和密度数据来计算潮混合参数，并将混合参数通过耦合器反馈给普林斯顿海洋模型。普林斯顿海洋模型在考虑混合参数影响的情况下运转并输出第二阶段的流速和密度数据，再将其传给潮混合参数计算模型，这样潮混合参数计算模型接收到的就是包含着潮混合影响的流速和密度数据。如此反复，潮混合参数的加入影响并改变着潮流速度和密度，潮流速度和密度的变化又直接决定着混合参数的大小，两者之间相互影响，形成一种连续的耦合过程。这种双向耦合系统体现了潮致混合现象对海洋的动态化影响，更加全面的考虑了海洋中的混合，完善了普林斯顿海洋模型的物理过程，从而可以大大提高普林斯顿海洋模型的模拟和预报精度，对于更加准确地分析海洋中物质、热量、动量以及能量交换和众多的物理、生化过程有重要意义，也为正确认识海洋环流和全球气候的变化机理提供有力的技术参考，并为建立全球化海—气耦合模型奠定基础。附图说明图1：本专利技术动态模拟示意图。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：如附图1所示，一种计算实时潮致混合的动态模拟方法，以触发普林斯顿海洋模型运行为起点，运行之前首先要设置普林斯顿海洋模型开始时间，结束时间等参数，并完成普林斯顿海洋模型和潮混合参数计算模型与耦合器之间的链接。普林斯顿海洋模型会在提前设置好的结束时间停止运行，并同时生成最终的潮流速度、密度等数据文件。具体包括以下步骤：步骤A，设置普林斯顿海洋模型的开始时间、结束时间、数据输出频率等参数；步骤B，运行普林斯顿海洋模型，生成包含潮流速度和密度数据的数据文件，并将数据文件传递给耦合器，耦合器接收数据文件的同时控制普林斯顿海洋模型中止运行(该过程对应附图1中的标识①)；步骤C，耦合器把数据文件传递给潮混合参数计算模型，并触发潮混合参数计算模型运行(该过程对应附图1中的标识②)；步骤D，潮混合参数计算模型以数据文件中的潮流速度和密度数据为变量，计算混合参数，并将混合参数传递给耦合器，耦合器接收混合参数的同时控制潮混合参数计算模型中止运行(该过程对应附图1中的标识③)；步骤E，耦合器把混合参数传递给普林斯顿海洋模型，并触发普林斯顿海洋模型再次运行，完成一次循环(该过程对应附图1中的标识④)；步骤F，循环步骤B至步骤E，直至普林斯顿海洋模型设置的结束时间停止循环，同时，普林斯顿海洋模型生成最终的潮流速度、密度数据。当普林斯顿海洋模型第二次运行完成时，输出的数据文件就体现出来了混合效应带来的差异，用第二次数据文件计算所得的混合参数就跟第一次算得的混合参数不同。如此反复，潮混合参数的加入影响并改变着潮流速度和密度，潮流速度和密度的变化又直接决定着混合参数的大小，两者之间相互影响，形成一种连续的耦合过程。相比于把混合参数当做一个定值，本专利技术更加能反映海洋中发生的物理现象的实际情况，体现了潮致混合现象对海洋的动态化影响，也完善了普林斯顿海洋模型的物理过程，从而可以大大提高普林斯顿海洋模型的模拟和预报精度。本专利技术一种计算实时潮致混合的动态模拟方法所涉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算实时潮致混合的动态模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，设置普林斯顿海洋模型的开始时间、结束时间、数据输出频率；步骤B，运行普林斯顿海洋模型，生成包含潮流速度和密度数据的数据文件，并将数据文件传递给耦合器，耦合器接收数据文件的同时控制普林斯顿海洋模型中止运行；步骤C，耦合器把数据文件传递给潮混合参数计算模型，并触发潮混合参数计算模型运行；步骤D，潮混合参数计算模型以数据文件中的潮流速度和密度数据为变量，计算混合参数，并将混合参数传递给耦合器，耦合器接收混合参数的同时控制潮混合参数计算模型中止运行；步骤E，耦合器把混合参数传递给普林斯顿海洋模型，并触发普林斯顿海洋模型再次运行，完成一次循环；步骤F，循环步骤B至步骤E，直至普林斯顿海洋模型设置的结束时间停止循环，同时，普林斯顿海洋模型生成最终的潮流速度、密度数据。

【技术特征摘要】
1.一种计算实时潮致混合的动态模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，设置普林斯顿海洋模型的开始时间、结束时间、数据输出频率；步骤B，运行普林斯顿海洋模型，生成包含潮流速度和密度数据的数据文件，并将数据文件传递给耦合器，耦合器接收数据文件的同时控制普林斯顿海洋模型中止运行；步骤C，耦合器把数据文件传递给潮混合参数计算模型，并触发潮混合参数计算模型运行；步骤D，潮混合参数计算模型以数据文件中的潮流速度和密度数据为变量，计算混合参数，并将混合参数传递给耦合器，耦合器接收混合参数的同时控制潮混合参数计算模型中止运行；步骤E，耦合器把混合参数传递给普林斯顿海洋模型，并触发普林斯顿海洋模型再次运行，完成一次循环；步骤F，循环步骤B至步骤E，直至普林斯顿海洋模型设置的结束时间停止循环，同时，普林斯顿海洋模型生成最终的潮流速度、密度数据。2.根据权利要求1所述的一种计算实时潮致混合的动态模拟方法，其特征在于，所述的耦合器实现普林斯顿海洋模型和潮混合参数计算模型之间的数据实时交换，并控制普林斯顿海洋模型和潮混合参数计算模型的运行模式，具体包括：首先，耦合器接收普林斯顿海洋模型传送的数据文件后，发送中止运行指令给普林斯顿海洋模型，中止普林斯顿海洋模型运行；然后，耦合器将数据文件传递给潮混合参数计算模型后，触发潮混合参数计算模型运行；其次，耦合器接受潮混合参数计算模型运行后得到的混合参...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵一飞，邓增安，曹育，童砚滨，张喆，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12