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申请/专利权人：青岛哈尔滨工程大学创新发展中心;哈尔滨工程大学

摘要：本发明属于海洋环境数据计算技术领域，公开了一种面向典型海域的气象模式数值调优方法及系统。该方法基于实测数据，从计算策略、源项方案、计算精度方面分析数值模式计算结果。通过构建气象数值模式调优方法，对气象数值模式计算策略、多物理方案计算方法进行逐步优化，并通过计算精度分析完成对气象数值模式计算结果的评估，最终实现对气象模式的调优和目标区域气象数据的高精度数值模拟。本发明基于实测数据，从计算策略、参数方案、计算精度等方面分析数值模式计算结果，并构建数值模式调优流程，对模式计算策略、多物理方案组合及参数选择进行逐步优化，实现模式的高效调优和目标区域气象数据的高精度模拟。

主权项：1.一种面向典型海域的气象模式数值调优方法，其特征在于，该方法从计算策略、源项方案、计算精度方面分析数值模式的计算结果，构建气象数值模式调优流程，对气象数值模式计算策略、物理方案组合及参数选择进行优化，通过计算精度分析完成对气象数值模式计算结果的评估，实现对气象模式的调优和目标区域气象数据的模拟，具体包括以下步骤：S1，气象模式计算策略分析，对确定的计算海域、以不同输入数据、计算网格、背景场重置间隔方案对海浪情况进行计算，并以实海观测数据为基准，对不同方案设置下的计算浪高进行验证，通过计算均方根误差，相对误差的方式分析多方案的计算精度；通过计算海域分析、输入数据精度分析、计算网格收敛性分析、积分时间敏感性分析，完成对气象数值模式计算策略的设置；S2，气象模式参数方案优化分析，针对气象模式计算过程中的多物理方案，筛选与计算海域天气条件相关的物理过程；针对海洋气象问题，分析边界层过程及近地面层过程以考虑大气海洋之间的相互作用，分析多方案之间的相互作用关系，完成对气象模式参数方案的优化分析；S3，气象模式计算精度分析，利用实测数据及天气客观分布与变化规律对气象模式计算精度进行分析；基于浮标的实海观测数据，通过数据预处理方法对由于环境及设备因素导致的数据缺值问题进行排查，并完成对缺测时刻的补全；以实海观测数据为基准，对不同方案下的气象数值模式计算精度进行评估，以均方根误差及相对误差指标完成对多方案计算精度的对比；结合气象模式数值计算结果，以历史天气统计，海域天气情况分布规律完成对气象模式数值模拟结果的评估；实现对数值模式的计算效果进行评估，完成对气象条件模拟精度的计算及验证；在步骤S2中，气象模式参数方案优化分析，包括：参数化优选策略，以及对获取的参数化优选策略进一步进行参数优化分析，完成对典型海域任务时段的气象数据计算；所述参数化优选策略包括：针对目标计算区域，筛选重要物理过程，并考虑多方案之间的相互作用关系，通过对多物理过程计算方案进行排列组合的方式确定参数化优选策略；其中，以scheme表示气象模式的物理过程，scheme1-schene7分别表示微物理、长短波辐射、近地面层、陆面层、边界层及积云参数化构成；以scheme1_1表示物理过程1，由此类推，形成诸多气象模式计算方案；最终，待计算的参数化优选策略方案表示为： 式中，scheme_cal为待计算的参数化优选策略方案，scheme1_x为微物理过程的第x套计算方案，后续以此类推；针对参数化方案优选策略，结合数值模式计算策略，对目标海域气象条件进行计算；通过对比多参数方案下的模式数值模拟精度，确定针对目标海域天气的最优的参数优化分析方案；具体包括：以上述Scheme_cal对待计算海域内的气象信息进行计算，并计算各方案下气象模式模拟结果与实海观测结果之间的RMSE及MAPE误差，最终筛选得到误差最低的方案，完成参数优化分析方案优选，并以此完成对典型海域任务时段的气象数据计算；在步骤S3中，气象模式计算精度分析，包括：3-1实海观测数据预处理，针对目标海域，对海域内卫星浮标实海观测数据进行处理；并记录观测数据的准确位置及时间分辨率，为数值模式精度验证提供实测数据集；3-2模式模拟精度评估，利用海域内实测天气数据对数值模式计算结果进行精度验证，通过均方根误差RMSE、平均相对误差MAPE评价指标对模式模拟精度进行评估；3-3模式模拟结果评估：针对数值模式对海域内的天气计算结果进行绘图展示，以历史天气情况及分布规律对模式模拟结果进行定性评估。

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