[发明专利]基于近海浮标海浪观测数据构建的最大浪高预报系统

说明书

基于近海浮标海浪观测数据构建的最大浪高预报系统，涉及海洋与海上工程的交叉领域，本发明为解决现有的一些海浪数值预报数据中缺少最大浪高预报要素的问题，通过我国近海海域的多个浮标站观测数据进行建模，这种源于实况观测的模型相比全球海浪数值模型能更好的体现中国近海海域的海浪特征，从而提高预报准确度，该系统包括浮标历史数据收集模块、数据质量控制模块、数据预处理模块、站点线性拟合建模模块、参数模型网格化模块以及网格化最大浪高预报模块；本发明基于实况观测数据而构建的模型，模型本身不会随着预报时效的增长而变化。本发明在实时海洋预报业务应用过程中展现出很好的效果。

技术领域

本发明涉及海洋与海上工程的交叉领域，具体涉及一种基于近海浮标海浪观测数据构建的最大浪高预报系统，本发明在我国近海海域的航运导航安全、海上风电场的建设和运维等需要大浪预测预警的领域有着广泛的应用。

背景技术

海浪是一种异常复杂的随机现象，至今仍没有一种在理论上十分严谨完善的海浪预报方法。近些年来，为解决工程应用的迫切需求，海洋专家研究提出了许多计算方法，这些方法可分为三类：

一是半经验半理论的方法，包括有效波预报方法、波谱预报方法、能量平衡导出谱的预报方法。这类方法虽然在理论上不够严密，但业务中使用方便，至今仍被广泛应用。

二是基于观测资料建立经验统计方法预报海浪。并且随着观测资料时序越来越长，观测技术的进步，观测精确度的提高，用这些资料得出的计算方法比早期的方法要可靠得多。比如Wilson、Bretschneides、井岛、宇野木、Ржелплинский等经验预报方法。此外，我国国家海洋环境预报中心，利用20多年东亚地面天气图和海浪实况图资料，提出了一些适合我国近海和邻近大洋海浪经验统计预报方法。比如，利用变温和变压预报南海大浪区内最大浪高经验统计预报方法。但这类方法有时过于依赖于经验统计，在研究海域适用性表现较好，在其他海域的普适性则较差。

三是海浪的数值预报方法。随着计算机性能的提升，使海洋数值预报的应用成为了可能。海浪数值预报模式建立在明确的物理过程之上，通过积分能量平衡方程，可清晰的描述海浪的产生、消亡的过程及非线性相互作用。海洋数值模式预报从20世纪60年代发展至今，已经成为海浪预报的重要发展方向，以WAM、SWAN和WAVEWATCHⅢ等为代表的第三代海浪模式已被广泛的用于海浪模拟和预报业务中。

目前，美国海洋大气管理局(NOAA)采用WaveWatchⅢ模式已建立了全球、阿拉斯加和西北大西洋以及美国近岸区域的海浪预报系统，每天对外发布120h海浪预报；美国海军数值气象和海洋学研究中心(FNMOC)建立了全球、北大西洋和欧洲预报模式，发布72h海浪预报。美国海军研究实验室(NRL)开展了近岸海浪数值预报研究，进行了太平洋涌浪预报，发布20天的海浪预报。欧洲中心建立了全球和区域海浪预报模式，发布240h海浪预报。日本采用MRI模式建立了近岸和近海海浪预报系统。韩国气象厅(KMA)建立了全球海浪预报模式，发布10天海浪预报。

多数全球和区域海浪预报模式中均提供有效浪高(Hs)的预报数据，但部分数值预报产品中不提供最大浪高(Hmax)预报。最大浪高是海工结构物、海上运输及作业工具运转时需要考虑的重要安全因素。最大浪高的预报有助于海上工程施工作业人员规避海上的极端波浪对生产活动的灾害性影响。所以最大浪高产品的制作以及准确率的提高具有重要的科研和社会经济意义。

发明内容

本发明为解决现有的一些海浪数值预报数据中缺少最大浪高预报要素的问题，通过我国近海海域的多个浮标站观测数据进行建模，这种源于实况观测的模型相比全球海浪数值模型能更好的体现中国近海海域的海浪特征，从而提高预报准确度，提供了一种基于近海浮标海浪观测数据构建的最大浪高预报系统。

基于近海浮标海浪观测数据构建的最大浪高预报系统，该系统包括浮标历史数据收集模块、数据质量控制模块、数据预处理模块、站点线性拟合建模模块、参数模型网格化模块以及网格化最大浪高预报模块；