海上溢油漂移路径及扩散快速预报方法技术

海上溢油漂移路径及扩散的快速预报方法。包括：建立气象场数据库；由大气预报模型计算预报漏油相关海区的风场；通过海浪模型计算出波浪场，基于NAO99全球潮汐模型所提供的8个分潮的调和常数给出潮汐与环流的开边界条件，以此作为强迫场，使用海洋动力学模型计算得出包含潮流和风海流的三维流场；基于油品数据库和所监测到的溢油情况，使用包括溢油扩展和漂移轨迹预测模型、风化模型在内的溢油模型计算出溢油漂移路径以及扩散结果；通过可视化技术将预报结果直观展示出来，为海上溢油事故紧急处理等相关决策提供科学依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋科学与海洋工程
，具体涉及。
技术介绍
我国自1993年由石油出口国转变为石油进口国以来，原油进口量不断上升。2009 年我国已成为世界第二大原油进口国，对外依存度超过了 50%的警戒线，达到了 51.四％。 近几年来随着我国海洋石油工业和海上石油运输业的迅猛发展，海上石油勘探、开发、海底管线铺设的规模不断扩大，而同时船舶以及各种海上溢油事故频繁发生，海上溢油的风险也大大加剧。海上溢油事故一旦发生，将会严重破坏我国海洋与陆域的生态环境，同时也将给我国带来不可估量的经济损失。因此，开展海上溢油应急关键技术研究，建立溢油应急反应系统，准确快速的预报海上溢油漂移路径及扩散情况，为溢油事故应急反应、处置提供决策支持的技术平台是非常必要的，不仅可以为保护我国近海海域的环境安全提供技术支持，同时也将促进我国航运业的安全发展。由于针对海上溢油路径和扩散的快速预报技术涉及高效的整合物理海洋环境相关的动力学计算以及全自动的数据下载以及实时的图形可视化系统，目前关于溢油预报的相关技术多基于经验和观察追踪，成本较高而预报效率较低，并且由于没有耦合海洋动力学模型致使在物理海洋环境急剧变化的情况下无法准确的预报海洋溢油的漂移路径以及扩散情况。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服已有技术的不足，提供一种海上溢油漂移路径及扩散的快速预报方法。本专利技术方法有机的耦合海上观测数据、大气与海洋动力学模型、油品数据库相关的溢油模型以及实时的可视化系统，使其达到快速预报海洋溢油漂移路径及扩散情况的要求，其具体步骤如下(参见附图说明图1)第1、收集历史数据并建立多年气象场数据库；第2、由大气预报模型依据第1步所建立数据库中的数据，计算预报漏油相关海区的风场；第3、实时获取漏油相关海区的现场风观测数据并对第1步所建立的数据库进行更新；当有现场风观测数据时，进行数据同化，进一步优化由第2步大气预报模型预报的风场结果；第4、基于第3步风场结果，通过海浪模型计算出相关海区波浪场；第5、基于NA099全球潮汐模型所提供的8个分潮M2、S2、N2、K2、Kl、01、Pl、Ql的调和常数给出潮汐与环流的开边界条件；第6、以第2步大气预报模型优化后的风场结果、第4步大气预报模型所耦合之波浪模型给出的波浪场、以及第5步潮汐与环流的开边界条件作为强迫场，使用海洋动力学模型计算得出包含潮流和风海流的三维流场；第7、对溢油情况进行现场监测，基于油品数据库和所监测到的溢油情况，通过耦合以上第6步所计算出的三维流场、第4步所计算出的波浪场与第3步所得风场，使用包括溢油扩展和漂移轨迹预测模型、风化模型在内的溢油模型计算出溢油漂移路径以及扩散结果；第8、通过可视化技术将海上溢油漂移路径及扩散的预报结果直观展示出来。其中，第3步所述的实时获取漏油相关海区的现场风观测数据的方法是，使用下载工具定时自动下载观测站服务器提供的常规地面观测数据、常规探空观测数据、船舶观测数据、 卫星海面风观测数据与卫星辐射观测数据。第3步所述的数据同化方法以及风场的优化方法是，数据下载之后，首先进行格式转换与质量控制，然后利用3DVAR方法进行数据同化，为预报所使用的海洋动力学模型提供初始场与时变边界条件；采用并配置WRF-ARW大气动力学模型为所关注海区提供风场以及相关气象条件未来48小时的预报；该模型采用完全可压缩非静力欧拉方程组，水平网格采用Arakawa C 网格，垂直坐标采用目前国际上广泛应用的基于质量的地形追随η坐标。第6步所述的三维流场的计算方法是采用海浪数值模型SWAN来计算漏油相关海区的海浪分布情况及变化，在运行权利要求3所述的大气动力学模型的同时，每十五分钟输出一次风场并驱动该海浪数值模型，海浪谱在每一个格点上取36个频率和12个方向，通过对源函数项和传播项的积分，求得未来48小时内每小时输出一次的波浪场；基于以上第3步计算所得的风场、第4步计算所得的波浪场，以及来自于ΝΑ099全球潮汐模型所提供的8个分潮M2、S2、N2、K2、K1、01、P1、Q1的调和常数作为FVCOM海洋动力学模型的强迫条件与开边界条件，在权利要求3所述WRF-ARW大气动力学模型与以上所述SWAN模型运算完毕后，SHELL脚本自动运行FVCOM海洋动力学模型，并计算获取该海区未来48小时的三维流场；其中所述的FVCOM海洋动力学模型是一个自由海表面、流体静力学和Boussinesq近似的、原始方程组的海洋模型。第7步所述的计算出溢油漂移路径以及扩散结果的方法是构筑包括溢油扩展和漂移轨迹预测模型、风化模型在内的溢油模型，具体步骤包括第7. 1、溢油扩展和漂移轨迹预测模型本专利技术将溢油运动的过程分为自身扩展和紊动扩散两个阶段进行考虑；前一阶段根据经典的Fay理论修正溢油扩展和漂移轨迹预测模型计算，后一阶段采用油粒子方法模拟，再通过“油膜粒子化”将两阶段进行衔接；第7. 1. 1、在第一阶段即自身扩展阶段，根据Fay理论，油膜的自身扩展阶段即为溢油初期的重力-惯性力平衡阶段；该阶段内重力-惯性力占主导，由于油水密度差引起油膜加速塌落，形成油的初始运动，油膜扩展直径r为权利要求1.一种海上溢油漂移路径及扩散的快速预报方法，其特征在于该方法的具体步骤如下第1、收集历史数据并建立多年气象场数据库；第2、由大气预报模型依据第1步所建立数据库中的数据，计算预报漏油相关海区的风场；第3、实时获取漏油相关海区的现场风观测数据并对第1步所建立的数据库进行更新； 当有现场风观测数据时，进行数据同化，进一步优化由第2步大气预报模型预报的风场结果；第4、基于第3步风场结果，通过海浪模型计算出相关海区波浪场； 第5、基于NA099全球潮汐模型所提供的8个分潮112、52、拟、1(2、1(1、01、？1、01的调和常数给出潮汐与环流的开边界条件；第6、以第2步大气预报模型优化后的风场结果、第4步大气预报模型所耦合之波浪模型给出的波浪场、以及第5步潮汐与环流的开边界条件作为强迫场，使用海洋动力学模型计算得出包含潮流和风海流的三维流场；第7、对溢油情况进行现场监测，基于油品数据库和所监测到的溢油情况，通过耦合以上第6步所计算出的三维流场、第4步所计算出的波浪场与第3步所得风场，使用包括溢油扩展和漂移轨迹预测模型、风化模型在内的溢油模型计算出溢油漂移路径以及扩散结果； 第8、通过可视化技术将海上溢油漂移路径及扩散的预报结果直观展示出来。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第3步所述的实时获取漏油相关海区的现场风观测数据的方法是，使用下载工具定时自动下载观测站服务器提供的常规地面观测数据、常规探空观测数据、船舶观测数据、卫星海面风观测数据与卫星辐射观测数据。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，第3步所述的数据同化方法以及风场的优化方法是，数据下载之后，首先进行格式转换与质量控制，然后利用3DVAR方法进行数据同化，为预报所使用的海洋动力学模型提供初始场与时变边界条件；采用并配置WRF-ARW大气动力学模型为所关注海区提供风场以及相关气象条件未来 48小时的预报；该模型采用完全可压缩非静力欧拉方程组，水平网格采用Arakawa C网格， 垂直坐标采用目前国际上广泛应用的基于质量的地形追随η坐标。4.根据权利本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种海上溢油漂移路径及扩散的快速预报方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：第１、收集历史数据并建立多年气象场数据库；第２、由大气预报模型依据第１步所建立数据库中的数据，计算预报漏油相关海区的风场；第３、实时获取漏油相关海区的现场风观测数据并对第１步所建立的数据库进行更新；当有现场风观测数据时，进行数据同化，进一步优化由第２步大气预报模型预报的风场结果；第４、基于第３步风场结果，通过海浪模型计算出相关海区波浪场；第５、基于ＮＡＯ９９全球潮汐模型所提供的８个分潮Ｍ２、Ｓ２、Ｎ２、Ｋ２、Ｋ１、Ｏ１、Ｐ１、Ｑ１的调和常数给出潮汐与环流的开边界条件；第６、以第２步大气预报模型优化后的风场结果、第４步大气预报模型所耦合之波浪模型给出的波浪场、以及第５步潮汐与环流的开边界条件作为强迫场，使用海洋动力学模型计算得出包含潮流和风海流的三维流场；第７、对溢油情况进行现场监测，基于油品数据库和所监测到的溢油情况，通过耦合以上第６步所计算出的三维流场、第４步所计算出的波浪场与第３步所得风场，使用包括溢油扩展和漂移轨迹预测模型、风化模型在内的溢油模型计算出溢油漂移路径以及扩散结果；第８、通过可视化技术将海上溢油漂移路径及扩散的预报结果直观展示出来。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：牟林，邹和平，宋军，李琰，李欢，姜晓轶，
申请(专利权)人：国家海洋信息中心，
类型：发明
国别省市：12