[发明专利]耦合大尺度环流气候信息的咸潮上溯预报系统和方法

说明书

本发明涉及一种耦合大尺度环流气候信息的咸潮上溯预报系统和方法，该系统包括数据输入模块、模型预报模块和数据输出模块。该耦合大尺度环流气候信息的咸潮上溯预报系统通过对需要预测受咸潮上溯影响地区的地区获取历史影响咸潮上溯的水文气象数据，依据从数据中筛选出关键影响因子建立咸潮上溯预报模型，并对咸潮上溯预报模型进行验证，验证通过的咸潮上溯预报模型输出的含氯度作为某个地区咸潮上溯的预报数据；该耦合大尺度环流气候信息的咸潮上溯预报系统得到的预报数据精度高，解决了现有咸潮上溯预报模型对数据要求高、信息获取成本大，且存在预报因子互相关的干扰，使得预报精度低的技术问题。

技术领域

本发明涉及环境数据模型技术领域，尤其涉及一种耦合大尺度环流气候信息的咸潮上溯预报系统和方法。

背景技术

咸潮上溯作为河口地区典型的水环境问题，在沿海或沿河的国家或地区均有出现。严重的咸潮上溯不仅会改变河道内的水质状况，破坏水生态平衡，还会扰乱周边城市的供水秩序，制约当地的社会经济发展。因此，研究咸潮上溯的关键影响要素及其时滞，建立咸潮上溯中长期预报机制，对区域水资源管理具有重要的现实意义。

现有对河口的咸潮上溯预报方法包括经验公式法、物理实验法、数值模拟法这三种方法。其中：经验公式法主要是建立咸潮与其影响要素间的经验公式，基于对大量实测资料的统计与分析，推导出两者之间的数理关系。例如，在《河口动力及形态学》中的戴维·普朗特尔总结了适用于部分混合河口的含氯度模拟方程，方程中某点的含氯度大小与河口的横断面面积、衰减系数、纵向混合系数、径流量以及该点到河口的距离有关，但是此经验公式法忽略了水平对流扩散方程的时间因子。物理实验法主要是物理模型或现场试验的方法，对物理过程进行还原与模拟。例如，通过在英国特威特河口的现场试验，分析了含氯度对径流与潮汐的响应规律，发现河口的理查德森数在落潮期达到经验最大值，而在涨潮期出现最小值。在《磨刀门咸潮入侵与抑咸技术》的卢陈、何用等开展了磨刀门水道咸潮上溯的物理模型试验，通过变化上游来水、海平面、潮差等影响要素，观测磨刀门水道咸潮上溯的变化特点。数值模拟法主要是通过计算机方法建立数学模型并求解。例如，采用非结构化有限体积近岸海洋三维模型FVCOM建立磨刀门水道至伶仃洋咸潮上溯的数值模型，研究并分析了磨刀门水道含氯度的时空变化规律及其垂向分层现象。

然而，上述三种方法大多对运用条件或数据要求较高，且操作较复杂，从而限制了缺资料地区的咸潮上溯预报研究。并且，影响咸潮上溯的主要因素包括上游来水、潮汐、海平面、风以及河口地形等。目前，上述三种方法对咸潮上溯的研究并没有考虑将大尺度环流气候因子应用于咸潮上溯的中长期预报，且大多通过日尺度的径流与潮汐变化构建咸潮上溯预报模型，对月及其他时间尺度的含氯度模拟研究普遍偏少，从而导致得到模拟咸潮上溯的精度低。

发明内容

本发明实施例提供了一种耦合大尺度环流气候信息的咸潮上溯预报系统和方法，用于解决现有咸潮上溯预报模型对数据要求高、信息获取成本大，且存在预报因子互相关的干扰，使得预报精度低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种耦合大尺度环流气候信息的咸潮上溯预报系统，包括数据输入模块、模型预报模块和数据输出模块；

所述数据输入模块，用于获取影响咸潮上溯的水文气象数据，并对获取的水文气象数据通过随机森林重要度分析，得到影响咸潮上溯的关键影响因子；

所述模型预报模块，用于依据所述关键影响因子采用随机森林算法建立咸潮上溯预报模型，并对所述咸潮上溯预报模型进行验证，得到咸潮上溯预报最优模型；

所述数据输出模块，用于输出所述咸潮上溯预报最优模型预测受咸潮上溯影响地区的含氯度。

优选地，所述数据输入模块包括数据获取子模块、数据分析子模块和筛选子模块；

所述数据采集子模块，用于获取某地河口地区历史的水文因子、大尺度环流气候因子和含氯度，得到咸潮上溯的水文气象数据；