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申请/专利权人：中国人民解放军国防科技大学

摘要：本发明公开了区域海气浪耦合模式的气象水文要素一体化数值预报系统及其运行方法，包括耦合器MCT和后处理模块POST；具有开放式计算框架的大气模式WRF、海洋模式ROMS和海浪模式SWAN作为耦合分量，通过耦合器MCT在固定的耦合步长进行大气海洋交界处环境变量的双向交换，实现大气‑海洋‑海浪三个模式的耦合；后处理模块POST以大气‑海洋‑海浪三个模式的耦合交换后的模式运行数据为输入,进行等压面、高度层垂直插值、变量格式转换等处理,得到区域海气浪耦合模式的气象水文预报要素。

主权项：1.区域海气浪耦合模式的气象水文要素一体化数值预报系统运行方法，其特征在于：所述预报系统包括耦合器MCT和后处理模块POST；具有开放式计算框架的大气模式WRF、海洋模式ROMS和海浪模式SWAN作为耦合分量，通过采用MPIOpenMP技术的耦合器MCT在固定的耦合步长进行大气海洋交界处环境变量的双向交换，实现大气-海洋-海浪三个模式的耦合；后处理模块POST以大气-海洋-海浪三个模式的耦合交换后的模式运行数据为输入,进行包括等压面、高度层垂直插值、变量格式转换的处理,得到区域海气浪耦合模式的气象水文预报要素；所述预报系统的运行方法包括如下步骤：步骤1，系统运行前确定预报区域和水平、垂向分辨率，将全球地形数据分别插值至预报区域内的大气模式WRF、海洋模式ROMS和海浪模式SWAN的网格，分别形成静态地理数据；步骤2，进行大气模式WRF、海洋模式ROMS和海浪模式SWAN的初始化，具体步骤为：将大气背景场数据转换至预报区域三维网格，生成大气模式WRF的初始场和边条件；将海洋背景场数据转换至预报区域三维网格，生成海洋模式ROMS的初始场和边条件；从大气背景场提取起报时刻前24小时内的海面10m风场驱动海浪模式SWAN，在起报时刻输出热启动文件作为海浪模式SWAN的初始场，并从大气背景场提取该时刻的海面10m风作为模式边条件；步骤3，同时进行大气模式WRF、海洋模式ROMS和海浪模式SWAN的数值积分，并且通过后处理模块POST对大气模式WRF、海洋模式ROMS和海浪模式SWAN的输出结果分别进行等压面、高度层垂直插值、变量格式转换，以及诊断计算处理，输出气象水文预报要素；步骤3的具体步骤为：步骤3.1，由大气模式WRF数值积分得到每个固定的耦合交换步长的大气模式WRF表层物理量，由海洋模式ROMS数值积分得到每个固定的耦合交换步长的海洋模式ROMS海表物理量，由海浪模式SWAN得到每个固定的耦合交换步长的海浪物理量；步骤3.2，当大气模式WRF、海洋模式ROMS和海浪模式SWAN均数值积分到每个固定的耦合交换步长时，通过耦合器MCT进行大气-海洋、大气-海浪和海洋-海浪模式之间的双向交换，完成交换后大气模式WRF、海洋模式ROMS和海浪模式SWAN开始新一轮运行，直到数值积分计算全部完成；步骤3.3，当大气模式WRF、海洋模式ROMS和海浪模式SWAN的数值积分达到预置产品输出时长，大气模式WRF、海洋模式ROMS和海浪模式SWAN同时输出模式结果；步骤3.4，后处理模块POST将输出的大气、海洋、海浪模式物理量按用户需求进行包括等压面、高度层垂直插值、变量格式转换的处理，得到区域海气浪耦合模式的气象水文要素一体化数值预报要素；所述步骤3.1中大气模式WRF表层物理量包括风应力、长波辐射通量、短波辐射通量、潜热通量、感热通量、云量、蒸发率、降水率；海洋模式ROMS海表物理量包括海表温度、海流、水位、水深和底面粗糙度；海浪物理量包括波高、波向、波长、波周期、波能量耗散；所述耦合器MCT通过API接口被分量模式调用，分量模式间并行传递整型变量和实型变量,实现大气海洋交界处环境变量的双向交换；在大气-海洋的耦合中，大气模式WRF通过耦合器MCT在每个固定的耦合交换步长调取海洋模式ROMS计算的海表面温度场更新模式的底边界热通量，从而实现海洋对大气的实时影响；海洋模式ROMS则同时通过耦合器接收大气模式WRF计算的辐射通量、热通量、风应力和蒸发、降水、云量作为模式的强迫场，以便更真实地刻画出大气对海洋的实时影响；在海洋-海浪的耦合中，海洋模式ROMS通过耦合器MCT在每个固定的耦合交换步长接收海浪模式SWAN计算的波高、波向、波长、波周期和波能量耗散，进而实现辐射应力求解中波浪面积和垂向分布的实时更新；海浪模式SWAN则是同时通过耦合器MCT调用海洋模式ROMS计算的海流、水位、水深和底面粗糙度对模式的水域边界进行更新；在大气-海浪的耦合中，通过对大气模式WRF框架和参数方案的修改，使其在计算海表通量交换系数时，使用耦合器MCT传递来的海浪模式SWAN输出的波高、波长和波周期，从而实时刻画出海浪对大气的影响，而海浪模式SWAN则通过耦合器MCT在每个固定的耦合交换步长获取大气模式WRF实时更新的风应力作为更准确的强迫场；所述气象水文预报要素包括数个气压层的位势高度、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、2m高度气温、2m相对湿度、10m高度U分量、10m高度V分量、3h累积降水量、雷达反射率、海表面温度、海表流向、海表流速、有效波高；所述气压层为19个，气压分别为：1000hPa、975hPa、950hPa、925hPa、900hPa、850hPa、800hPa、700hPa、600hPa、550hPa、500hPa、450hPa、400hPa、350hPa、300hPa、250hPa、200hPa、150hPa、100hPa。

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