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龙图腾网获悉中国人民解放军国防科技大学申请的专利基于非静力模式的区域精细化海气浪耦合数值预报方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN120255023B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-19发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510383532.6，技术领域涉及：G01W1/10；该发明授权基于非静力模式的区域精细化海气浪耦合数值预报方法是由张泽;杨盛牧;白皓坤;程彬;王品强;王辉赞;张卫民设计研发完成，并于2025-03-28向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于非静力模式的区域精细化海气浪耦合数值预报方法在说明书摘要公布了：本发明公开了基于非静力模式的区域精细化海气浪耦合数值预报方法，目的是提高预报准确度。先构建由数据收集、预处理、资料同化、耦合模式计算、后处理子系统组成的区域精细化海气浪耦合数值预报系统。数据收集子系统获取大气、海洋、海浪相关数据；预处理子系统生成大气、海洋和海浪模式网格文件，对大气、海洋、海浪预报场进行插值，得到预处理后数据即大气初始场、大气边界场、大气强迫场、海洋初始场、海洋边界场、海浪边界场。资料同化子系统对预处理后数据进行同化得到同化后数据；耦合模式计算子系统对同化后数据进行积分，得到大气、海洋和海浪的预报场。后处理子系统根据各预报场生成预报产品。采用本发明预报误差小，预报准确度高。

本发明授权基于非静力模式的区域精细化海气浪耦合数值预报方法在权利要求书中公布了：1.一种基于非静力模式的区域精细化海气浪耦合数值预报方法，其特征在于包括以下步骤： 第一步，构建区域精细化海气浪耦合数值预报系统，区域精细化海气浪耦合数值预报系统由数据收集子系统、预处理子系统、资料同化子系统、耦合模式计算子系统、后处理子系统组成； 数据收集子系统与专线数据库、预处理子系统、资料同化子系统相连，从专线数据库读取配置文件、当天起报的全球大气预报场数据、全球海浪预报场数据、全球海洋预报场数据、高精度地形数据、潮汐数据、大气实时观测资料、海洋实时观测资料；对全球大气预报场数据，按照从配置文件读取的预报区域经纬度进行剪裁，将三维气温、位势高度、相对湿度和风矢量场变量文件合并为全球大气预报场变量文件，并按照日期和数据来源，生成区域大气预报场；对全球海洋预报场数据，按照预报地区范围进行剪裁，将海温、盐度、海表高度和流场变量文件合并为全球海洋预报场变量文件，得到区域海洋预报场；对全球海浪预报场数据进行预报地区范围的剪裁和归档处理，将有效波高、波浪周期、波长和波向变量合并，得到区域海浪预报场；对大气实时观测资料分类处理，将大气实时观测资料按照数据来源重新命名为大气观测文件；对海洋实时观测资料分类处理，将海洋实时观测资料按照数据来源或类型重新命名为海洋观测文件；将生成的区域大气预报场、区域海浪预报场、区域海洋预报场以及从专线数据库获取的潮汐数据和高精度地形数据发送给预处理子系统，将大气观测文件、海洋观测文件发送给资料同化子系统；所述配置文件的内容包括：工作目录，预报区域经纬度、中心经纬度、参考经纬度、并行节点数、地图投影方式，预报时间即积分开始日期ts和积分终止日期te，大气模式模块的网格分辨率和网格点数、海洋模式模块的网格分辨率和网格点数、海浪模式模块的网格分辨率和网格点数，大气模式模块积分步长Ta，海洋模式模块积分步长To、海浪模式模块积分步长Tw，大气耦合交换步长Tca、海洋耦合交换步长Tco、海浪耦合交换步长Tcw、输出路径和输出频率，同化区域、同化时间窗口和同化的变量名；将配置文件发送给预处理子系统、资料同化子系统和耦合模式计算子系统； 预处理子系统与数据收集子系统、资料同化子系统和耦合模式计算子系统相连，由区域海气浪网格生成模块、高精度地形处理模块、海浪热启动预处理模块、大气预处理模块、海洋预处理模块组成； 区域海气浪网格生成模块生成大气模式网格文件、海洋模式网格文件和海浪模式网格文件；将大气模式网格文件发送给大气预处理模块；将海洋模式网格文件发送给海洋预处理模块；将海浪模式网格文件发送给海浪热启动预处理模块； 高精度地形处理模块生成局部平滑后的地形数据，将局部平滑后的地形数据发送给区域海气浪网格生成模块； 海浪热启动预处理模块生成海浪模式边界场，将海浪模式边界场、海浪模式网格文件发送给耦合模式计算子系统； 大气预处理模块生成大气初始场和大气边界场，将大气初始场和大气边界场发送给资料同化子系统； 海洋预处理模块生成区域海洋模式的海洋初始场和海洋边界场，将海洋模式网格文件、海洋初始场和海洋边界场发送给资料同化子系统；生成海洋模式的大气强迫场，将大气强迫场发送给资料同化子系统；将海洋模式网格文件发送给耦合模式计算子系统； 资料同化子系统由大气资料同化模块和海洋资料同化模块组成；大气资料同化模块由大气数据前处理子模块、背景误差协方差子模块和大气同化子模块组成；大气数据前处理子模块生成大气观测临时数据文件，将大气观测临时数据文件发送给大气同化子模块；背景误差协方差子模块生成背景误差协方差矩阵，将背景误差协方差矩阵发送给大气同化子模块；大气同化子模块生成同化后的大气分析场和同化后的大气边界场，将同化后的大气分析场和同化后的大气边界场发送给耦合模式计算子系统； 海洋资料同化模块由海洋数据前处理子模块和四维变分子模块组成；海洋数据前处理子模块生成海洋观测临时数据文件发送到四维变分子模块；四维变分子模块生成同化后的海洋分析场和同化后的海洋边界场，将同化后的海洋分析场和同化后的海洋边界场发送给耦合模式计算子系统海洋模式模块； 耦合模式计算子系统与预处理子系统、资料同化子系统、后处理子系统相连，由大气模式模块、海洋模式模块、海浪模式模块、耦合模块组成； 耦合模块进行耦合模式计算子系统的初始化和大气模式模块、海洋模式模块、海浪模式模块间的数据交换； 大气模式模块对大气模式模块中非静力大气数值方程组进行数值积分计算，得到大气变量、大气预报场，将大气预报场发送到后处理子系统，并将大气变量传递给耦合模块，通过耦合模块传递给海浪模式模块；根据从耦合模块接收的海洋变量和海浪变量更新大气变量，实现海洋-大气和海浪-大气界面上双向耦合即海洋、大气、海浪之间两两交换变量； 海洋模式模块对海洋模式模块中非静力海洋数值方程组进行数值积分计算，得到海洋变量和海洋预报场，将海洋预报场发送到后处理子系统，将海洋变量传递给耦合模块；通过耦合模块接收大气变量，更新海洋变量，实现海洋-大气和海浪-海洋界面上双向耦合； 海浪模式模块进行数值积分计算，得到海浪变量和海浪预报场，将海浪预报场发送到后处理子系统，将海浪变量传递给耦合模块，通过耦合模块接收大气变量和海洋变量，更新海浪变量，实现海洋-海浪和海浪-海洋界面上双向耦合； 后处理子系统与耦合模式计算子系统相连，由区域大气模式输出后处理模块、区域海洋模式输出后处理模块、区域海浪模式输出后处理模块组成；区域大气模式输出后处理模块生成大气分析文件；区域海洋模式输出后处理模块生成海洋分析文件；区域海浪模式输出后处理模块生成海浪分析文件；大气分析文件、海洋分析文件、海浪分析文件组成区域精细化海气浪耦合数值预报系统输出的高精度预报产品； 第二步，数据收集子系统从专线数据库获取配置文件，大气、海洋、海浪相关数据，将大气、海洋、海浪相关数据分别发送给预处理子系统和资料同化子系统，将配置文件发送给预处理子系统、资料同化子系统和耦合模式计算子系统； 第三步，预处理子系统的区域海气浪网格生成模块从数据收集子系统接收配置文件，从配置文件读入配置文件参数，配置文件参数包含预报时间、预报区域经纬度、中心经纬度、参考经纬度、地图投影方式、大气模式网格点数、海洋模式网格点数、海浪模式网格点数和大气模式模块的网格分辨率、海洋模式模块的网格分辨率和海浪模式模块的网格分辨率，从预处理子系统的高精度地形处理模块接收局部平滑后的地形数据，生成大气模式网格文件、海洋模式网格文件和海浪模式网格文件；方法是： 3.1区域海气浪网格生成模块从配置文件读取大气模式的预报区域经纬度、中心经纬度、参考经纬度、地图投影方式、大气模式网格点数和大气模式模块的网格分辨率，生成大气模式初始网格，保存为NetCDF格式文件； 3.2区域海气浪网格生成模块从配置文件读取海洋模式预报区域经纬度、地图投影方式、海洋模式网格点数和海洋模式模块的网格分辨率，生成海洋模式初始网格，保存为NetCDF格式文件； 3.3区域海气浪网格生成模块从配置文件读取预报区域经纬度、海浪模式网格点数，生成海浪模式初始网格，按照海浪模式的格式要求，保存为后缀为grb的数据文件； 3.4高精度地形处理模块从数据收集子系统接收高精度地形数据，对高精度地形数据中的海洋点和地形梯度大的格点进行线性滤波平滑，对河流、水道做标记处理，对不同土地类型和不同分辨率的地形数据进行分类归档，得到局部平滑后的大气、海洋地形数据，将局部平滑后的地形数据发送给区域海气浪网格生成模块； 3.5区域海气浪网格生成模块从高精度地形处理模块接收平滑后的大气、海洋地形数据，按照地形数据中地形的类型、海陆分界线以及河流水道的类型分别对大气模式初始网格、海洋模式初始网格、海浪模式初始网格进行处理，生成大气模式网格文件、海洋模式网格文件、海浪模式网格文件； 3.6区域海气浪网格生成模块将大气模式网格文件发送给大气预处理模块、把海洋模式网格文件发送给海洋预处理模块、把海浪网格文件发送给海浪热启动预处理模块； 第四步，预处理子系统的大气预处理模块从数据收集子系统接收配置文件和区域大气预报场，从区域海气浪网格生成模块接收大气模式网格文件，对区域大气预报场进行解码、插值预处理，得到大气初始场和大气边界场，将大气初始场和大气边界场发送给资料同化子系统； 第五步，预处理子系统的海洋预处理模块从数据收集子系统接收配置文件、区域海洋预报场、潮汐数据和区域大气预报场，从区域海气浪网格生成模块接收海洋模式网格文件，对区域海洋预报场、潮汐数据和区域大气预报场进行插值预处理，得到大气强迫场、海洋初始场和海洋边界场，将海洋模式网格文件、大气强迫场、海洋初始场和海洋边界场发送给资料同化子系统，将海洋模式网格文件发送给耦合模式计算子系统； 第六步，预处理子系统的海浪热启动预处理模块从数据收集子系统获取区域海浪预报场，从区域海气浪网格生成模块接收海浪模式网格文件，根据海浪模式网格文件对区域海浪预报场进行插值，得到海浪边界场，将海浪边界场和海浪模式网格文件发送给耦合模式计算子系统； 第七步，资料同化子系统的大气资料同化模块从预处理子系统的大气预处理模块接收大气初始场和大气边界场，从数据收集子系统接收大气观测文件和配置文件，对大气观测文件进行前处理，得到大气观测临时数据文件，计算模拟区域的背景误差协方差得到背景误差协方差矩阵，最后进行区域大气三维变分同化，得到同化后的大气分析场和同化后的大气边界场，将同化后的大气分析场和同化后的大气边界场发送给耦合模式计算子系统； 第八步，资料同化子系统的海洋资料同化模块从数据收集子系统接收海洋观测文件和配置文件，从海洋预处理模块接收大气强迫场、海洋初始场、海洋边界场以及海洋模式网格文件，对海洋观测文件进行区域海洋四维变分同化，得到同化后的海洋分析场和同化后的海洋边界场，将同化后的海洋分析场和同化后的海洋边界场发送给耦合模式计算子系统；方法是： 8.1海洋资料同化模块的海洋数据前处理子模块从数据收集子系统接收海洋观测文件和配置文件，根据配置文件中的同化区域与同化时间窗口、同化的变量名进行设置，剔除海洋观测文件中不在同化区域与同化时间窗口内的观测，剔除海洋观测文件中记录为缺省值的值，得到有效的海洋观测文件，对这些有效的海洋观测文件按照同化区域与同化时间窗口、同化的变量名进行重新排序与整合，生成海洋观测临时数据文件，将海洋观测临时数据文件发送到四维变分子模块； 8.2四维变分子模块从预处理子系统接收大气强迫场、海洋初始场、海洋边界场以及海洋模式网格文件，从海洋数据前处理子模块接收海洋观测临时数据文件，对海洋观测临时数据文件进行增量四维变分计算，生成同化后的海洋分析场和同化后的海洋边界场，将同化后的海洋分析场和同化后的海洋边界场发送给耦合模式计算子系统； 第九步，耦合模式计算子系统从资料同化子系统接收同化后的大气分析场、同化后的大气边界场、同化后的海洋分析场和同化后的海洋边界场，从数据收集子系统接收配置文件，从预处理子系统接收海洋模式网格文件、海浪模式网格文件和海浪边界场，通过耦合模块初始化子系统参数配置并启动大气模式模块、海洋模式模块和海浪模式模块，分别对大气、海洋和海浪的状态方程组进行积分，通过耦合模块进行三个模式模块的变量交换，得到大气、海洋和海浪的预报场并发送给后处理子系统；方法是： 9.1耦合模块从数据收集子系统接收配置文件，对耦合模式计算子系统的工作目录、并行节点数分配、大气模式模块、海洋模式模块和海浪模式模块的积分开始日期ts和积分终止日期te、大气模式模块积分步长Ta，海洋模式模块积分步长To、海浪模式模块积分步长Tw、大气耦合交换步长、海洋耦合交换步长、海浪耦合交换步长、输出路径和输出频率进行初始的参数配置，发送启动信号给大气模式模块、海洋模式模块和海浪模式模块； 9.2大气模式模块、海洋模式模块和海浪模式模块分别接收到启动信号后，并行进行启动积分计算、耦合变量的输出和相应预报场的输出；方法是大气模式模块执行步骤9.2.1，同时海洋模式模块执行步骤9.2.2，同时海浪积分模块执行步骤9.2.3，三个模式模块并行进行积分计算： 9.2.1大气模式模块从耦合模块接收启动信号，从资料同化子系统的大气资料同化模块接收同化后的大气分析场和同化后的大气边界场，将同化后的大气分析场作为大气模式模块中状态方程组的初始值，将同化后的大气边界场作为大气模式模块中状态方程组的边界条件，启动非静力大气模式积分计算，在积分过程中将长波辐射、短波辐射、潜热、感热、风应力、蒸发、降水和10米风发送给耦合模块，同时接收耦合模块发送的海表温度和有效波高、波长、波向、波应力数据，用接收到的海表温度和有效波高、波长、波向、波应力数据替换大气模式模块中对应的变量继续积分，最终得到大气预报场，将大气预报场发送给后处理子系统，将积分完成信号发送给耦合模块，转步骤9.3； 9.2.2海洋模式模块从耦合模块接收启动信号，从预处理子系统的海洋预处理模块接收海洋模式网格文件，从资料同化子系统的海洋资料同化模块接收同化后的海洋分析场和同化后的海洋边界场，将同化后的海洋分析场作为海洋模式模块中海洋状态方程组的初始条件，将同化后的海洋边界场作为海洋模式模块中海洋状态方程组的边界条件，启动非静力海洋模式积分计算，在积分过程中将海表温度、海表流、水位、水深和底面粗糙度数据发送给耦合模块；同时接收耦合模块发送的长波辐射、短波辐射、潜热、感热、风应力、蒸发、降水、10米风、有效波高、波长、波向、波应力数据，用接收到的长波辐射、短波辐射、潜热、感热、风应力、蒸发、降水、10米风、有效波高、波长、波向、波应力数据替换海洋模式模块中对应的变量继续积分，最终得到海洋预报场，将海洋预报场发送给后处理子系统，将积分完成信号发送给耦合模块，转步骤9.3； 9.2.3海浪模式接收启动信号后，模块从预处理子系统的海浪热启动预处理模块接收海浪模式网格文件、海浪边界场文件，启动海浪状态数值积分计算，在积分过程中将有效波高、波长、波向、波应力数据发送给耦合模块，同时接收耦合模块发送的10米风、海表流、水位、水深和底面粗糙度数据，用接收到的10米风、海表流、水位、水深和底面粗糙度数据替换海浪模式模块中对应的变量继续积分，最终得到海浪预报场和海浪热启动文本文件，将海浪预报场发送给后处理子系统，将积分完成信号发送给耦合模块，将海浪热启动文本文件保存为hotfile.txt临时文件，转步骤9.3； 9.3若耦合模块接收大气、海洋和海浪模式模块发出的积分完成信号时，结束耦合模式计算流程并输出工作日志文本文件log.txt用于保存系统运行时的基本信息； 第十步，后处理子系统从耦合模式计算子系统接收大气预报场、海洋预报场和海浪预报场，对大气预报场、海洋预报场和海浪预报场进行插值或诊断量计算，生成区域精细化海气浪耦合数值预报产品，方法是： 10.1区域大气模式输出后处理模块从耦合模式计算子系统的大气模式模块接收大气预报场，提取大气预报场中位势高度、温度、相对湿度、水平风场、垂直速度、云水含量、云冰含量和海平面气压、2米高度气温、2米相对湿度、能见度、10米高度U风分量、10米高度V风分量，将分量分别插值到标准等压面上，保存为第一部分大气预报场NetCDF文件，并提取大气预报场中累积降水量和垂直各层上的湿度，计算逐3小时网格点上的累积降水量、雷达反射率诊断分析量并保存为第二部分大气预报场NetCDF文件，上述两部分大气预报场NetCDF文件构成大气分析文件； 10.2区域海洋模式输出后处理模块从耦合模式计算子系统的海洋模式模块接收海洋预报场，提取海洋预报场中海洋温度、流场和盐度变量，将其插值到0m到1000m深等深面上，得到海表面温度、海表流向、海表流速、海洋各层温度、盐度和流场数据并保存为第一部分海洋预报场NetCDF文件；使用以上插值出来的海洋各层温度和盐度，计算海洋各层密度和声速，得到第二部分海洋预报场NetCDF文件，上述两部分海洋预报场NetCDF文件构成海洋分析文件； 10.3区域海浪模式输出后处理模块从耦合模式计算子系统的海浪模式模块接收海浪预报场，提取海浪预报场中有效波高和波向、波速、周期，分别保存为独立的NetCDF文件，得到海浪分析文件；大气分析文件、海洋分析文件、海浪分析文件组成区域精细化海气浪耦合数值预报系统输出的高精度预报产品。

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