一种近海生态环境数值预报方法及系统技术方案

一种近海生态环境数值预报方法，包括：收集多种类的海洋相关数据得到卫星遥感海表温度、叶绿素a浓度、观测数据和其它海洋数据，利用相关数据制作驱动场、开边界和初始场；根据各海域优化参数方案对物理模式和生态模式优化，用驱动场、开边界和初始场耦合物理模式和生态模式，并开展数据同化修正模式初始场得到物理模式模拟预报结果和生态模式模拟预报结果，并对其进行插值分层、海洋灾害与环境分析、检验归档得到静态预报图、解释应用分析结果和校验归档结果，能更全面且有针对性地刻画具有环境差异性和模型统一性的近海生态环境，包括氮、磷、硅、氧、碳多源生物地球化学循环过程(尤其是磷循环)，利于提高近海生态环境刻画的细致程度。致程度。致程度。

【技术实现步骤摘要】
一种近海生态环境数值预报方法及系统


[0001]本申请涉及物理海洋及海洋生态动力学领域，具体而言，涉及一种近海生态环境数值预报方法及系统。

技术介绍

[0002]由于沿海地区人口和工业高度集中，大气与太平洋通过界面过程向近海传递强烈的气候变化信号，在高强度人类活动和气候变化共同影响下，开发适用于近海的生态环境数值预报系统，对于科学认识近海生态环境变异、提升海洋防灾减灾能力、完善海洋数值预报体系、推进生态文明建设等方面，都具有重要意义。
[0003]在现有技术中，针对近海生态环境数值预报系统主要涉及黄渤东海生态环境数值预报系统和西北太平洋生态环境数值预报系统，该两个系统皆是以区域海洋模型系统(Regional Ocean Modelling System，简称ROMS)作为水动力环境背景场进行相应预报的。
[0004]然而，在实践中发现，目前的这种数值预报系统分辨率较低，并无法有效刻画渤、黄、东、南海生态环境之间的差异性。同时，以氮循环为核心的12个生态变量中并不包括渤、黄、东、南海生态环境的主要影响因素——磷要素，这也导致了现有数值预报系统的预报结果并不全面。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的在于提供一种近海生态环境数值预报方法及系统，能够更全面且有针对性地刻画渤、黄、东、南海生态环境，包括氮、磷、硅、氧、碳多源生物地球化学循环过程。氮是控制海洋生态系统结构、功能、物种组成和生物多样性的关键元素之一，海洋生态模式大多基于氮循环过程建立，进而开展近海生态环境数值预报方法及系统研究，本申请实施的近海生态环境数值预报方法及系统，在原有氮循环过程的基础上，扩充磷、硅、氧、碳多源生物地球化学循环过程，尤其是中国近海浮游植物生长必需元素的磷，作为水生生物赖以生存的基础营养盐，这些多源生物地球化学循环过程的刻画，有利于更准确、全面、细致刻画渤、黄、东、南海生态环境，实施近海生态环境数值预报方法及系统，提升预报产品的深度和广度。
[0006]本申请实施例第一方面提供了一种近海生态环境数值预报方法，包括：
[0007]获取海表温度数据、海表叶绿素a浓度数据、观测数据以及其它海洋数据，并根据所述海表温度数据、所述海表叶绿素a浓度数据、所述观测数据、所述其它海洋数据进行融合处理，得到用于数据同化的观测数据；
[0008]获取驱动场数据、开边界数据和各海域预测要求，根据所述各海域预测要求在所述驱动场数据中提取出未来120小时强迫场数据，根据所述各海域预测要求在所述开边界数据中提取出月平均开边界数据，根据所述各海域预测要求在和所述初始场数据中提取出每日初始场数据；
[0009]根据预设的各海域优化参数方案对物理模式和生态模式进行优化，并利用所述未
来120小时强迫场数据、所述月平均开边界数据以及所述每日初始场数据，耦合运行所述物理模式和所述生态模式，同时利用所述数据同化的观测数据，开展海表温度和叶绿素a浓度的数据同化修正模式初始场，得到物理模式模拟预报结果和生态模式模拟预报结果；
[0010]对所述物理模式模拟预报结果和所述生态模式模拟预报结果进行插值分层、海洋灾害与环境分析以及检验与归档，得到静态预报图、解释应用分析结果和校验归档结果。
[0011]在上述实施方式中，收集多种类的海洋相关数据，得到卫星遥感海表温度、叶绿素a浓度、观测数据以及其它海洋数据，利用相关数据制作驱动场、开边界以及初始场；然后再根据各海域优化参数方案对物理模式和生态模式进行优化，并利用驱动场、开边界以及初始场，耦合运行物理模式和生态模式，同时开展海表温度和叶绿素a浓度的数据同化修正模式初始场，得到物理模式模拟预报结果和生态模式模拟预报结果；最后再对物理模式模拟预报结果和生态模式模拟预报结果进行插值分层、海洋灾害与环境分析以及检验与归档，得到静态预报图、解释应用分析结果和校验归档结果。可见，开展这种实施方式，能够更全面且有针对性地刻画具有环境差异性和模型统一性的中国近海生态环境，包括氮、磷、硅、氧、碳多源生物地球化学循环过程(尤其是磷循环)，利于提高中国近海生态环境刻画的细致程度。
[0012]进一步地，所述获取驱动场数据、开边界数据和各海域预测要求，根据所述各海域预测要求在所述驱动场数据中提取出未来120小时强迫场数据，根据所述各海域预测要求在所述开边界数据中提取出月平均开边界数据，根据所述各海域预测要求在和所述初始场数据中提取出每日初始场数据，步骤包括：
[0013]获取驱动场数据和各海域预测要求，并根据所述各海域预测要求在所述驱动场数据中提取出物理模式和生态模式耦合模拟所需的未来120小时强迫场数据；
[0014]获取开边界数据和所述各海域预测要求，并根据所述各海域预测要求在所述开边界数据中提取出物理模式和生态模式耦合模拟所需的月平均开边界数据；
[0015]获取所述初始场数据和所述各海域预测要求，并根据所述各海域预测要求在所述初始场数据中提取出物理模式和生态模式耦合模拟所需的每日初始场数据。
[0016]进一步地，根据预设的各海域优化参数方案对物理模式和生态模式进行优化，并利用所述未来120小时强迫场数据、所述月平均开边界数据以及所述每日初始场数据，耦合运行所述物理模式和所述生态模式，同时利用所述数据同化的观测数据，开展海表温度和叶绿素a浓度的数据同化修正模式初始场，得到物理模式模拟预报结果和生态模式模拟预报结果，步骤包括：
[0017]基于物理预报模式，根据各海域优化参数方案对所述物理模式进行优化，利用所述未来120小时强迫场数据、所述月平均开边界数据、所述每日初始场数据，耦合运行所述物理模式和所述生态模式，得到物理模式模拟预报结果；其中，所述物理模式模拟预报结果包括每小时输出的水平uv流速、温度以及盐度；
[0018]基于生态预报模式，根据各海域优化参数方案对所述生态模式进行优化，利用所述未来120小时强迫场数据、所述月平均开边界数据、所述每日初始场数据，耦合运行所述物理模式和所述生态模式，得到生态模式模拟预报结果；其中，所述生态模式模拟预报结果包括每小时输出的Chl1叶绿素a浓度、Chl2叶绿素a浓度、大型浮游植物生物量、小型浮游植物生物量、中型浮游动物生物量、小型浮游动物生物量、颗粒氮含量、颗粒硅含量、硝酸盐浓
度、氨盐浓度、硅酸盐浓度、磷酸盐浓度、溶解无机碳浓度、海水总碱度和溶解氧浓度；
[0019]根据预设的各海域优化参数方案对所述物理模式和所述生态模式模拟预报结果进行优化，其中，所述各海域优化参数方案是基于渤黄海、黄东海以及南海三者各自的海洋生态系统结构、海洋生态系统功能以及时空演变规律确定的；
[0020]所述数据同化过程是在耦合运行物理模式和生态模式的同时，利用所述数据同化的观测数据，逐日开展海表温度的数据同化以及逐月开展叶绿素a浓度的数据同化，得到海表温度数据同化结果和叶绿素a浓度数据同化结果，利用所述同化结果修正物理模式和生态模式耦合模拟所需的初始场数据，参与耦合运行物理模式和生态模式，得到物理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近海生态环境数值预报方法，其特征在于，包括：获取海表温度数据、海表叶绿素a浓度数据、观测数据以及其它海洋数据，并根据所述海表温度数据、所述海表叶绿素a浓度数据、所述观测数据、所述其它海洋数据进行融合处理，得到用于数据同化的观测数据；获取驱动场数据、开边界数据和各海域预测要求，根据所述各海域预测要求在所述驱动场数据中提取出未来120小时强迫场数据，根据所述各海域预测要求在所述开边界数据中提取出月平均开边界数据，根据所述各海域预测要求在和所述初始场数据中提取出每日初始场数据；根据预设的各海域优化参数方案对物理模式和生态模式进行优化，并利用所述未来120小时强迫场数据、所述月平均开边界数据以及所述每日初始场数据，耦合运行所述物理模式和所述生态模式，同时利用所述数据同化的观测数据，开展海表温度和叶绿素a浓度的数据同化修正模式初始场，得到物理模式模拟预报结果和生态模式模拟预报结果；对所述物理模式模拟预报结果和所述生态模式模拟预报结果进行插值分层、海洋灾害与环境分析以及检验与归档，得到静态预报图、解释应用分析结果和校验归档结果。2.根据权利要求1所述的近海生态环境数值预报方法，其特征在于，所述获取驱动场数据、开边界数据和各海域预测要求，根据所述各海域预测要求在所述驱动场数据中提取出未来120小时强迫场数据，根据所述各海域预测要求在所述开边界数据中提取出月平均开边界数据，根据所述各海域预测要求在和所述初始场数据中提取出每日初始场数据，步骤包括：获取驱动场数据和各海域预测要求，并根据所述各海域预测要求在所述驱动场数据中提取出物理模式和生态模式耦合模拟所需的未来120小时强迫场数据；获取开边界数据和所述各海域预测要求，并根据所述各海域预测要求在所述开边界数据中提取出物理模式和生态模式耦合模拟所需的月平均开边界数据；获取所述初始场数据和所述各海域预测要求，并根据所述各海域预测要求在所述初始场数据中提取出物理模式和生态模式耦合模拟所需的每日初始场数据。3.根据权利要求1所述的近海生态环境数值预报方法，其特征在于，所述根据预设的各海域优化参数方案对物理模式和生态模式进行优化，并利用所述未来120小时强迫场数据、所述月平均开边界数据以及所述每日初始场数据，耦合运行所述物理模式和所述生态模式，同时利用所述数据同化的观测数据，开展海表温度和叶绿素a浓度的数据同化修正模式初始场，得到物理模式模拟预报结果和生态模式模拟预报结果，步骤包括：基于物理预报模式，根据各海域优化参数方案对所述物理模式进行优化，利用所述未来120小时强迫场数据、所述月平均开边界数据、所述每日初始场数据，耦合运行所述物理模式和所述生态模式，得到物理模式模拟预报结果；其中，所述物理模式模拟预报结果包括每小时输出的水平uv流速、温度以及盐度；基于生态预报模式，根据各海域优化参数方案对所述生态模式进行优化，利用所述未来120小时强迫场数据、所述月平均开边界数据、所述每日初始场数据，耦合运行所述物理模式和所述生态模式，得到生态模式模拟预报结果；其中，所述生态模式模拟预报结果包括每小时输出的Chl1叶绿素a浓度、Chl2叶绿素a浓度、大型浮游植物生物量、小型浮游植物生物量、中型浮游动物生物量、小型浮游动物生物量、颗粒氮含量、颗粒硅含量、硝酸盐浓度、
氨盐浓度、硅酸盐浓度、磷酸盐浓度、溶解无机碳浓度、海水总碱度和溶解氧浓度；根据预设的各海域优化参数方案对所述物理模式和所述生态模式模拟预报结果进行优化，其中，所述各海域优化参数方案是基于渤黄海、黄东海以及南海三者各自的海洋生态系统结构、海洋生态系统功能以及时空演变规律确定的；所述数据同化过程是在耦合运行物理模式和生态模式的同时，利用所述数据同化的观测数据，逐日开展海表温度的数据同化以及逐月开展叶绿素a浓度的数据同化，得到海表温度数据同化结果和叶绿素a浓度数据同化结果，利用所述同化结果修正物理模式和生态模式耦合模拟所需的初始场数据，参与耦合运行物理模式和生态模式，得到物理模式模拟预报结果和生态模式模拟预报结果。4.根据权利要求1所述的近海生态环境数值预报方法，其特征在于，所述对所述物理模式模拟预报结果和所述生态模式模拟预报结果进行插值分层、海洋灾害与环境分析以及检验与归档，得到静态预报图、解释应用分析结果和校验归档结果，步骤包括：对所述物理模式模拟预报结果和所述生态模式模拟预报结果进行插值分层，得到静态预报图；对所述物理模式模拟预报结果和所述生态模式模拟预报结果进行海洋灾害与环境分析，得到解释应用分析结果；对所述物理模式模拟预报结果和所述生态模式模拟预报结果进行校验与归档，得到校验归档结果。5.一种近海生态环境数值预报系统，其特征在于，所述近海生态环境数值预报系统包括：数据收集处理子系统，用于获取海表温度数据、海表叶绿素a浓度数据、观测数据以及其它海洋数据，并根据所述海表温度数据、所述海表叶绿素a浓度数据、所述观测数据、所述其它海洋数据进行融合处理，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：高姗，季轩梁，郑静静，王兆毅，
申请(专利权)人：国家海洋环境预报中心，
类型：发明
国别省市：