【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海洋环境数据计算，尤其涉及一种面向典型海域的海浪模式数值调优方法及系统。
技术介绍
1、海浪数值模式运用数值模拟方法，模拟得到网格化海洋数据，全面反映目标海域内海浪的情况。为海洋工程设计、海上风电、航海安全等领域提供了理论支持和数据支持。海浪模式涉及海洋动力学、风场影响、地形效应等多个物理过程，故在选择最佳计算设置时，需要考虑多种因素。由于影响因素众多，计算方案复杂，因此需要合理、高效地选择最优计算设置，从而得到高精度的模拟计算结果。
2、基于海浪实测数据，结合海浪模式数值模拟结果，分别从计算策略和参数方案两部分对海浪模式数值模拟进行调优，根据最优的计算策略与参数方案，实现高精度的海浪数值模拟。
3、现有技术1公开了一种有效波高和波周期参数化方法（中国专利，授权公告号cn104166801b，授权公告日20170215），提出了一种有效波高、波周期参数化方案建立与验证的方法。
4、现有技术2公开了一种海浪数值模式参数优化方法：哈尔滨工程大学景裕在研究中提出了一种基于误差的swan海浪模式参数优化方案。
5、现有技术3公开了一种海浪模式精度优化过程：哈尔滨工程大学张璐等提出了一种基于海洋环境数据的实海域船舶运动预报方法及系统（中国专利，授权公告号cn116644608b，授权公告日20230825）。该专利技术涉及海浪数值模式精度优化，通过输入数据精度计算、网格收敛性计算、积分时间敏感性计算参数化方案选取方法、目标海域方案优化，获取高精度海浪数值数据。
6、
7、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：海浪数值模式的模拟精度受到其计算设置的影响，初始条件、边界条件以及各个模块的参数选择都会影响最终的模拟结果。故在开展数值模式模拟计算之前，选择准确有效的计算设置方案极为重要。保证海浪模式模拟计算的精度不光需要挑选合适的输入数据，还需要对模式每个模块计算的设置给出具体的优化方案及策略，并且不同的模拟条件对应着不同的优化方案，故每次优化的过程都需要关注到每个模块的细节，盲目地调整参数会耗费大量时间与心力。除此之外，对于海浪数值模式计算，并未有标准化的调优方法，在进行模式计算调优工作时会开展地很困难。
技术实现思路
1、为克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开实施例提供了一种面向典型海域的海浪模式数值调优方法及系统。具体涉及一种针对海浪模式的数值调优策略及方法。
2、所述技术方案如下：一种面向典型海域的海浪模式数值调优方法，包括：
3、s1，海浪模式计算策略分析；结合目标海域的海域特征，对计算海域进行初步分析并设定，进行模式边界场、强迫场、海浪计算过程策略分析，实现对模式外部海域波浪传输、风流强迫、计算网格、时间离散环节进行设置及优化；
4、s2，海浪模式参数方案优化分析；在确定海浪模式计算策略的基础上，对模式计算过程中的参数源项方案进行设置优化，根据海域特点判断不同参数方案的影响，通过源项重要性分析、源项计算方案分析及源项方案参数分析，筛选形成适用于目标海域的最优参数化方案计算策略；
5、s3，海浪模式计算精度分析；利用海域内浮标实测数据对数值模式计算结果进行精度验证，包括实海观测数据预处理、模式模拟精度评估及模式模拟结果评估。
6、在步骤s1中，对计算海域进行初步分析并设定，包括：针对待研究海域，结合海域特点，周边海陆分布特征，海底地形变化情况因素，数据获取和处理的可行性，研究范围的适当性，根据任务海域，设计待计算海域的经纬范围。
7、在步骤s1中，进行模式边界场分析，包括：以设定的计算海域作为边界场，策略分析中的最小计算海域，通过不断扩大边界的方式设定待计算海域的外嵌套域，具体海域设计过程表达式为：
8、；
9、；
10、式中，分别为第层嵌套域的下边界及左边界经纬度，分别为第层嵌套域的上边界及右边界的经纬度，分别为待计算海域下边界及左边界的经纬度，分别为待计算海域上边界及右边界的经纬度，为外嵌套域序号。
11、在步骤s1中，进行强迫场策略分析，包括：以单独风场、单独流场、风场流场混合作用、风场潮汐场混合作用、流场潮汐场混合作用、风场流场潮汐场混合作用多方案对海域内浪场进行计算，在单独风场计算策略下，计算海域内浪场时只考虑风场对海浪的影响，首先根据风场数据计算出风场的作用，然后使用海浪数值模式来模拟风场引起的海浪生成和传播过程，得到相应的浪高、波长参数；
12、海浪数值模式计算源项公式为：
13、；
14、式中，为海浪数值，为线性输入项，为风能输入项，为非线性波-波相互作用，为耗散项，为波-底相互作用，为波浪破碎，为三波波-波相互作用，为色散项，为波冰相互作用，为反射项，为自定义源项。
15、在步骤s1中，进行海浪计算过程策略分析，包括：通过将实际海浪的生成过程以物理公式的方式反映实际海浪生成及消亡过程，并通过数值离散方式进行计算；在数值离散方式进行计算中，进行空间及时间离散方式的选取；
16、空间离散方式选取中，设置方向数分别为5，10，15，20；频率数自20起，逐步增加至40；通过对单独风场、单独流场、风场流场混合作用、风场潮汐场混合作用、流场潮汐场混合作用、风场流场潮汐场混合作用多方案的结果对比完成收敛性分析，确定计算过程中的空间离散方式；
17、时间离散方式选取中，各时间具体计算步长如下：
18、；
19、；
20、；
21、，无流速或流速较小；
22、，强流速；
23、；
24、式中，为时间，为网格间距离，为重力加速度，为起始频率，为x、y方向传播的最大cfl时间步长，为最大全局时间步长，为k、θ方向传播的最大cfl时间步长，为最小源项时间步长。
25、在步骤s2中，源项重要性分析，包括：
26、以所有源项共同作用作为海浪数值计算的对照实验，对源项逐步进行删减；
27、设置第一组实验为排除风能输入项的影响；
28、第二组实验为排除非线性波-波相互作用的影响；
29、第三组实验为排除耗散项的影响，以此类推，直至考虑所有源项的影响；最终，以对照实验为基础，对单独风场、单独流场、风场流场混合作用、风场潮汐场混合作用、流场潮汐场混合作用、风场流场潮汐场混合作用多方案结果进行对比及分析，各方案下计算结果与对照实验偏差大的为重要源项，并根据各方案偏差情况对源项重要性进行排序；至此完成针对海浪数值模式的源项重要性分析。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向典型海域的海浪模式数值调优方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的面向典型海域的海浪模式数值调优方法，其特征在于，在步骤S1中，对计算海域进行初步分析并设定，包括：针对待研究海域，结合海域特点，周边海陆分布特征，海底地形变化情况因素，数据获取和处理的可行性，研究范围的适当性，根据任务海域，设计待计算海域的经纬范围。
3.根据权利要求1所述的面向典型海域的海浪模式数值调优方法，其特征在于，在步骤S1中，进行模式边界场分析，包括：以设定的计算海域作为边界场，策略分析中的最小计算海域，通过不断扩大边界的方式设定待计算海域的外嵌套域，具体海域设计过程表达式为：
4.根据权利要求1所述的面向典型海域的海浪模式数值调优方法，其特征在于，在步骤S1中，进行强迫场分析，包括：以单独风场、单独流场、风场流场混合作用、风场潮汐场混合作用、流场潮汐场混合作用、风场流场潮汐场混合作用多方案对海域内浪场进行计算，在单独风场计算策略下，计算海域内浪场时只考虑风场对海浪的影响，首先根据风场数据计算出风场的作用，然后使用海浪数值模式来模拟风场引起的
5.根据权利要求1所述的面向典型海域的海浪模式数值调优方法，其特征在于，在步骤S1中，进行海浪计算过程策略分析，包括：通过将实际海浪的生成过程以物理公式的方式反映实际海浪生成及消亡过程，并通过数值离散方式进行计算；在数值离散方式进行计算中，进行空间及时间离散方式的选取；
6.根据权利要求1所述的面向典型海域的海浪模式数值调优方法，其特征在于，在步骤S2中，源项重要性分析，包括：
7.根据权利要求1所述的面向典型海域的海浪模式数值调优方法，其特征在于，在步骤S2中，源项计算方案分析，包括：波浪在深水或浅水条件下主要影响源项的计算方案，非线性波-波相互作用的计算方案包含：DIA，WRT，GMD，TSA和FBI及非线性滤波5种方案；
8.根据权利要求1所述的面向典型海域的海浪模式数值调优方法，其特征在于，在步骤S2中，源项方案参数分析，包括：
9.根据权利要求1所述的面向典型海域的海浪模式数值调优方法，其特征在于，在步骤S3中，海浪模式计算精度分析，包括，
10.一种面向典型海域的海浪模式数值调优系统，其特征在于，该系统实施如权利要求1-9任意一项所述面向典型海域的海浪模式数值调优方法，该系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种面向典型海域的海浪模式数值调优方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的面向典型海域的海浪模式数值调优方法，其特征在于，在步骤s1中，对计算海域进行初步分析并设定，包括：针对待研究海域，结合海域特点，周边海陆分布特征，海底地形变化情况因素，数据获取和处理的可行性，研究范围的适当性，根据任务海域，设计待计算海域的经纬范围。
3.根据权利要求1所述的面向典型海域的海浪模式数值调优方法，其特征在于，在步骤s1中，进行模式边界场分析，包括：以设定的计算海域作为边界场，策略分析中的最小计算海域，通过不断扩大边界的方式设定待计算海域的外嵌套域，具体海域设计过程表达式为：
4.根据权利要求1所述的面向典型海域的海浪模式数值调优方法，其特征在于，在步骤s1中，进行强迫场分析，包括：以单独风场、单独流场、风场流场混合作用、风场潮汐场混合作用、流场潮汐场混合作用、风场流场潮汐场混合作用多方案对海域内浪场进行计算，在单独风场计算策略下，计算海域内浪场时只考虑风场对海浪的影响，首先根据风场数据计算出风场的作用，然后使用海浪数值模式来模拟风场引起的海浪生成和传播过程，得到相应的浪高、波长参数；
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄礼敏，张璐，杨珂，尧仕杰，曹德斌，
申请(专利权)人：青岛哈尔滨工程大学创新发展中心，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。