一种生态安全预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种生态安全预警系统，包括数据预处理模块、后台模式并行计算模块、预报数据后处理及显示模块；其中，所述数据预处理模块用于对所输入的数据进行预处理，以输出目标数据，并将目标数据传输至后台模式并行计算模块进行计算，得到的预报数据传输到预报数据后处理及显示模块进行前端展示；所述目标数据包括耦合模式所需的大气、海洋初边值条件及径流潮汐强迫场数据。本系统解决了传统河口生态预报模式单一的局限性，具有全方位、多维度、完整性地预报粤港澳地区生态参量数据的优势，以及分析预报数据以达到预警的功能，同时预报结果是在前端展示的，实时预报数据动态可视化解决了传统河口生态预报数据苦涩难懂的问题。决了传统河口生态预报数据苦涩难懂的问题。决了传统河口生态预报数据苦涩难懂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种生态安全预警系统


[0001]本专利技术涉及生态环境预报技术，具体涉及一种生态安全预警系统。

技术介绍

[0002]随着经济的发展建设，发达的工商业、密集的人口和高度城市化向河口海岸区域排放大量的营养物质，加剧赤潮、缺氧、海洋酸化等生态灾害的发生。人类陆源活动之外，河口海岸区域受径流、浪、潮、流等综合作用、水动力过程很复杂，且长年受台风、风暴潮等气象海洋灾害影响。在人类高强度生产活动干扰和复杂气象条件相互作用下，河口海岸区生态环境及风险预报预警能力薄弱，已经很难满足水环境管理需求。
[0003]目前针对河口海岸的水动力
‑
生态环境耦合模型有多种；如正交网格模式EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code)；无结构网格模式FVCOM(Finite Volume CommunityOcean Model)；区域海洋模式系统ROMS(Regional Ocean Modeling System)等。这些模式可以通过在线耦合水动力与水质/生态/生物地球化学循环等模拟出河口海岸氮循环、碳循环等过程以及叶绿素浓度、溶解氧、海气二氧化碳分压、pH值等重要环境变量，及浮游生物的生物量等。
[0004]然而利用上述模式针对河口海岸区开展的动力
‑
生态数值模拟工作，主要以机制研究为主；从实质意义上说还没有一套完整的可在线运行的生态安全的预报系统。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
所存在的至少一技术问题，本专利技术提供了一种生态安全预警系统
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0007]一种生态安全预警系统，包括数据预处理模块、后台模式并行计算模块、预报数据后处理及显示模块；其中，
[0008]所述数据预处理模块用于对所输入的数据进行预处理，以输出目标数据，并将目标数据传输至后台模式并行计算模块进行计算，得到的预报数据传输到预报数据后处理及显示模块进行前端展示；所述目标数据包括耦合模式所需的大气、海洋初边值条件及径流、潮汐强迫场数据。
[0009]作为上述生态安全预警系统的优选，所述后台模式并行计算模块采用多元模型耦合的方法，通过支持共享式和分布式并行计算。
[0010]作为上述生态安全预警系统的优选，所述预报数据后处理及显示模块将预报数据存储在存储设备上，同时采用数据库作为存储库，并将预报数据进行图形转化与用户交互。
[0011]作为上述生态安全预警系统的优选，所述数据预处理模块的数据预处理和预报数据后处理及显示模块的后处理及显示在第一设备上进行，第一设备下载预处理所需数据并将预处理后的数据传输到后台模式并行计算模块，并存储预报数据；其中后台模式并行计算模块通过第二设备并行加速提高预报数据模拟速度，产生生态预报数据；所述第二设备
提供多个CPU 的超强算力，以使多CPU并行计算在第二设备上进行，第一、二两个设备之间数据通过预先设定程序定时传送，以达到预报系统的定时自动更新模拟预报结果的目的。
[0012]作为上述生态安全预警系统的优选，所述后台模式并行计算模块的后台模式包括气象模式WRF、流域水文及生态模式SWAT、河口水动力及生物地球化学耦合模式ROMS
‑
ECB、大洋环流水动力及生物地球化学耦合模式ECCO
‑
DARWIN、及终端网络显示服务器。
[0013]作为上述生态安全预警系统的优选，所示后台模式的实施步骤为：
[0014]首先，下载并预处理气象模式WRF的全球天气预报模式数据NCEP，处理为气象模式WRF 需要的数据格式，数据实时传送给并行第二设备；
[0015]其次，并行计算运行气象模式WRF，气象模式WRF同时提供未来若干天的降水数据给流域水文及生态模式SWAT；及河口水动力及生地化耦合模式ROMS
‑
ECB；
[0016]接下来流域水文及生态模式SWAT提供径流，有机颗粒及溶解物质给河口水动力及生物地球化学耦合模式ROMS
‑
ECB、大洋环流水动力及生物地球化学耦合模式提供上述物质开边界的输入，运行ROMS及WRF的海气双向耦合模式；WRF提供蒸发降水、海表感热,、潜热通量、海表风应力、海面气压给河口水动力及生物地球化学循环耦合模式ROMS
‑
ECB，河口水动力及生地化耦合模式向WRF模式反馈温度，结果提供给第一设备显示。
[0017]作为上述生态安全预警系统的优选，对流域模式及河口模式实施气象条件一致的驱动，即WRF模拟区域覆盖流域及河口模式，向二者同时提供一次性的模拟降水。
[0018]作为上述生态安全预警系统的优选，河口生地化模式ECB考虑河口有机物特征，将其分解为易分解部分和不易分解部分，其中易分解部分参加水体氮循环过程，不易分解部分仅影响光照强度；所述河口生地化模式考虑河口区域光衰减特性，由泥沙引起的光照衰减被引入生态模式的光照衰减系数中；所述河口模式还考虑河口环境缺氧效应，反硝化过程考虑溶解氧浓度的影响。
[0019]作为上述生态安全预警系统的优选，所述所输入的数据包括大气模块初边条件的气象数据、海洋模块初边条件的海洋数据、径流输入的强迫场数据、潮汐强迫的强迫场数据。
[0020]作为上述生态安全预警系统的优选，采用型数据库MySQL作为存储库，并通过Web server 同数据库进行数据交互。
[0021]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：
[0022]本系统解决了传统河口生态预报模式气象条件不统一、跨尺度、跨圈层模拟实现难度大、模拟预报数据较为单一，具有全方位、多维度、完整性地预报粤港澳地区生态参量数据的优势，以及分析预报数据以达到预警的功能，同时预报结果是在前端展示的，实时预报数据动态可视化解决了传统河口海岸生态预报数据苦涩难懂的问题，具有非常好的预警信息传达效益。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例提供的生态安全预警系统的组成示意图；
[0024]图2为实施后台模式系统运算步骤图；
[0025]图3为本专利技术实施预报数据结果网页显示的效果图；
[0026]图4为本专利技术一种实施方式中气象条件一致预报台风过境在珠江口叶绿素随时间
变化的差异图。
具体实施方式
[0027]实施例：
[0028]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。
[0029]在本实施例中，所提供的生态安全预警系统适用于粤港澳大湾区生态安全预警，并主要是针对粤港澳大湾区珠江河口的水动力
‑
生态环境安全预警。
[0030]参阅图1所示，本实施例提供的生态安全预警系统主要包括数据预处理模块、后台模式并行计算模块、预报数据后处理及显示模块。其中，该数据预处理模块用于对所输入的数据进行预处理，以输出目标数据，并将目标数据传输至后台模式并行计算模块进行计算，得到的预报数据传输到预报数据后处理及显示模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生态安全预警系统，其特征在于，包括数据预处理模块、后台模式并行计算模块、预报数据后处理及显示模块；其中，所述数据预处理模块用于对所下载的数据进行预处理，以输出目标数据，并将目标数据传输至后台模式并行计算模块进行计算，得到的预报数据传输到预报数据后处理及显示模块进行前端展示；所述目标数据包括耦合模式所需的大气、海洋初边值条件及径流、潮汐强迫场数据。2.如权利要求1所述的生态安全预警系统，其特征在于，所述后台模式并行计算模块采用多元模型耦合的方法，通过支持共享式和分布式并行计算。3.如权利要求1所述的生态安全预警系统，其特征在于，所述预报数据后处理及显示模块将预报数据存储在存储设备上，同时采用数据库作为存储库，并将预报数据进行图形转化与用户交互。4.如权利要求1
‑
3任一所述的生态安全预警系统，其特征在于，所述数据预处理模块的数据预处理和预报数据后处理及显示模块的后处理及显示在第一设备上进行，第一设备下载预处理所需数据并将预处理后的数据传输到后台模式并行计算模块，并存储预报数据；其中后台模式并行计算模块通过第二设备并行加速提高预报数据模拟速度，产生生态预报数据；所述第二设备提供多个CPU算力，以使多CPU并行计算在第二设备上进行，第一、二两个设备之间数据通过预先设定程序定时传送，以达到预报系统的定时自动更新模拟预报结果的目的。5.如权利要求4所述的生态安全预警系统，其特征在于，所述后台模式并行计算模块的后台模式包括气象模式WRF、流域水文及生态模式SWAT、河口水动力及生物地球化学耦合模式ROMS
‑
ECB、大洋环流水动力及生物地球化学耦合模式ECCO
‑
DARWIN及终端网络显示服务器。6.如权利要求5所述的生态安全预警系统，其特征在于，所示后台模式的实施步骤为：首先，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟钊，冯洋，杜岩，冯青郁，马伟伟，周魏，彭世球，经志友，蔡树群，万修全，
申请(专利权)人：中国科学院南海海洋研究所，
类型：发明
国别省市：