(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210889946.2 (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 浙江工商大 学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区 学正街18号 (72)发明人 魏贵义　王军伟　张继发　 (74)专利代理 机构 杭州奥创知识产权代理有限 公司 33272 专利代理师 王佳健 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 一种基于ROMS的区域海域潮汐潮流数值模 拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于ROMS的区域海域潮 汐潮流数值模拟方法。 本发明首先 获得目标区域 所对应的水深地形数据、 水平网格数以及区域的 经纬度范围， 设计出模型计算区域网格， 并对于 整个网格进行处理； 其次对典型网格算法进行了 优化； 然后对地形进行平滑处理， 并加入初始条 件和边界条件， 获得潮波模型开边界的分潮调和 常数、 潮波驱动条件和大气驱动条件； 最后对时 间步长、 垂向参数、 垂向S坐标转换方式、 垂向拉 伸函数、 垂向坐标表面拉伸参数、 垂向坐标底部 拉伸参数进行设置。 本发明的模拟结果与实测值 较为符合， 提高了仿真模型的精度， 同时也加快 了ROMS的运行速度， 能够较好体 现海域内全日潮 和半日潮的潮汐特 征。 权利要求书1页 说明书8页 附图2页 CN 115221721 A 2022.10.21 CN 115221721 A 1.一种基于ROMS的区域海域潮汐潮流数值模拟方法， 其特 征在于包括以下步骤： 步骤A.获得目标区域所对应的水深地形数据、 水平网格数以及区域的经纬度范围， 设 计出模型计算区域网格； 对整个网格使用不同的分辨 率进行处 理， 以及局部网格加密处 理； 步骤B.对网格算法进行优化， 原算法中j循环里包含两个k,i循环， 且维度大致相同， 将 两个k,i循环放在一 起形成一个三重循环， 同时计算出vflux和tend两个 变量的值； 步骤C.在处 理复杂地形的网格区域时， 对地形进行平 滑处理； 步骤D.ROMS在启动时， 加入初始条件和边界条件； 步骤E.获得潮波模型开 边界的分潮调和常数、 潮波驱动条件以及大气驱动条件； 步骤F.对时间步长dt、 垂向参数、 垂向S坐标转换方式、 垂向拉伸函数、 垂向坐标表面拉 伸参数、 垂向坐标底部拉伸参数、 底部和表层计算 参数进行设置 。 2.根据权利要求1所述的一种基于ROMS的区域海域潮汐潮流数值模拟方法， 其特征在 于： 步骤C中所述的平 滑处理是将POM海洋模式 中的一种地形平 滑方法融合进ROMS。 3.根据权利要求1所述的一种基于ROMS的区域海域潮汐潮流数值模拟方法， 其特征在 于： 步骤D中所述的边界条件是将ROMS自身提供的多种边界条件结合使用。 4.根据权利要求1所述的一种基于ROMS的区域海域潮汐潮流数值模拟方法， 其特征在 于： 步骤F中所述的垂向参数包括非线性模式示踪粒子的垂向混合系 数和非线性模式动能 垂向混合系数。 5.根据权利要求1所述的一种基于ROMS的区域海域潮汐潮流数值模拟方法， 其特征在 于： 步骤F中所述的底部和表层计算参数包括模式中底部粗糙长度、 表面粗糙长度和二次非 线性底部摩擦拖曳系数。 6.根据权利要求1所述的一种基于ROMS的区域海域潮汐潮流数值模拟方法， 其特征在 于： 还包括对ROMS的控制方程做出如下假定和近似： Boussinesq假定， 指在海洋中密度的变化值相对平均密度来说忽略的前提下， 除了密 度差是由重力引起的情况之外， 将密度当作一个常数参 量； 流体静力近似， 指在所研究海域的垂向尺度D与水平尺度L的比值是个小量的前提下， 即δ＝D/L<<1， 近似认 为重力与 垂直压强梯度力平衡， 即垂向上只考虑重力和垂 直压强梯度 力； 流体不可压缩假设， 假设流体在运动过程中， 其体积视为 不变， 即具有不可压缩性。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115221721 A 2一种基于ROMS的区域海域潮汐潮流数值模拟方 法 技术领域 [0001]本发明涉及区域潮汐潮流数值模拟领域， 具体涉及一种基于ROMS的区域海  域潮 汐潮流数值模拟方法。 背景技术 [0002]区域海洋数值模 式系统(ROMS， Regional  Ocean Modeling System)是一个  三维 非线性斜压海洋模式， 它由Rutgers大学海洋与海岸科学研究所与UCLA两  校共同研究开 发， 具有开源三维区域、 模块化结构、 自由表面、 高分辨率以及地  形跟踪等特点， 现今广泛 应用于近海及河口地区的水动力 及水环境模拟 。 ROMS 包括了精确有效的数值算法， 同时还 可以耦合大气模型、 波浪模型、 生物地球化  学模型以及沉积物模型， 并考了虑河流输入进 行计算。 [0003]ROMS的框架表明， 使用者在使用ROMS时， 可以选择不同的计算方案， 包括  有独立 的海洋模 型， 也有与大气或波浪进行耦合的模型。 模式框架 运行协定遵循  了地球系统建模 框架(ESMF)的模 型耦合协定， ROMS的动态内核由四个独立的动  态模型组成， 每个动态模 型 可以独立计算， 也可协同计算， 分别为非线性模型  (NLM)、 切线性模 型(TLM)、 代表切线性模 型(RPM)以及伴随模型(ADM)。 [0004]秦皇岛位于河北省东北部， 南临渤海， 海岸线北起山海关金丝河口， 南止昌  黎滦 河口， 总长度约为162.7千米， 所辖海域水深0到20米， 海域面积共6238  平方海里， 适宜养殖 的浅海面积达533平方公里。 秦皇岛附近海域整体上坡度较  缓， 近岸处坡度相对较陡， 特别 是金山嘴附近海域水深较深、 地形较陡， 其它海  域则地形平缓， 总体上由自西北向东南缓 倾分布。 受西风带和副热带高压的影响,  秦皇岛海域夏季盛 行偏南风， 冬季盛 行偏北风， 秋 季偏北风逐渐增多增强。 海域  内的水动力过程主要受潮汐、 季风、 地形等因素的影响， 其中 潮汐是影响海域水  位分布的主要因素， 潮流是海流的重要组成部 分。 秦皇岛海域靠近无潮 点， 属于 规则全日潮区， 整体潮差较小， 潮流主要表现为半日潮流， 沿岸潮流总体特征表   现为顺岸的往复流， 海区整体流速较小。 [0005]ROMS是当前国际流行的海洋模型系统， 该系统在垂向上采用跟踪地形S坐标，  同 时使用水深非等比例分层方法， 能够有效的拟合海底地形的起伏， 更好的解决  海岸地形多 变的问题。 对于秦皇岛海域而言， ROMS能很好的避免因地形变化等  导致的模拟误差， 能模 拟潮汐、 季风等驱动下的海洋运动， 并得到较接近真实海  洋的水动力环境。 ROMS还可以研 究海洋生物、 海洋沉积物等海洋 领域的变化过  程， 对研究秦皇岛海域各个领域的运动有很 大的帮助。 [0006]秦皇岛海域位于渤海西部， 是我国北方沿海地区重要的港口和养殖基地。 该  海域 的沿岸流系 是构成渤海环流系统的重要部分， 对海域内的水产养殖产业、 污  染物分布、 自 净能力、 生态环境保护等起着决定性的作用。 秦皇岛海域区域范围  很小， 地形十分复杂且 地处近岸区域。 若直接对秦皇岛海域建立潮波模型并进 行 计算， 该模型的开边界离无潮点 位置过近， 导致该海域潮汐和潮流结果误差过大。  为得到较准确的模拟结果， 同时加快说　明　书 1/8 页 3 CN 115221721 A 3