基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法

1.基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、选择感兴趣的海洋区域，获取该区域多物理场海洋环境参数，包括位置的经向风速u 10 、纬向风速v 10 、有效波高H s 、平均波向φ wave 、平均波周期 初始波向φ′ wave 和温度T sea ；计算综合风速U 10 和风向φ wind ；并对初始波向φ′ wave 进行转换处理，获得平均波向φ wave ；步骤二、计算与综合风速U 10 和风向φ wind 相关的张力波能量谱E short (k,φ)，设定张力波海面范围和剖分精度，计算张力波海面起伏高度h short (x s ,y s ,t)；步骤三、计算与有效波高H s 、平均波向φ wave 、平均波周期 相关的重力波能量谱S g (f,φ)，设定重力波海面范围和剖分精度，计算重力波海面综合起伏高度h gravity (x g ,y g ,t)；步骤四、确保张力波海面剖分网格数大于重力波海面剖分网格数，且重力波海面范围大于张力波海面范围，将步骤二中的张力波海面起伏高度按照重力波海面面元斜率叠加在重力波海面面元上，计算海面综合起伏高度h total (x s ,y s ,t)，实现多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模；所述步骤四中，将张力波海面起伏高度依据重力波海面面元斜率叠加在重力波海面面元上的方法为：S1、根据张力波海面网格剖分数M s 和N s ，将张力波叠加重力波海面；张力波海面面元相对于重力波海面可用下式确定其所在面元位置(L xs_to_xg ，L ys_to_yg )：L xs_to_xg ＝int(x s /Δx g )×Δx g ；L ys_to_yg ＝int(y s /Δy g )×Δy g式中，L xs_to_xg 为张力波海面相对于重力波海面沿风向方向所在位置；L ys_to_yg 为张力波海面相对于重力波海面垂直风向所在位置；int()为取整数；S2、根据所在面元位置确定所在面元三个点的坐标(x sg1 ,y sg1 ,z sg1 )，(x sg2 ,y sg2 ,z sg2 )，和(x sg3 ,y sg3 ,z sg3 )；其中，z sg1 、z sg2 、z sg3 分别表示重力波海面坐标点(x sg1 ,y sg1 )、(x sg2 ,y sg2 )、(x sg3 ,y sg3 )处的起伏高度，得到面元中心点坐标(x sg_center ,y sg_center ,z sg_center )，计算张力波海面相对于该面元中心的相对起伏高度h xs_to_xg ；将张力波海面起伏高度按照重力波海面斜率叠加生成重组海面起伏高度，获得海面范围为L x_g ×L y_g ，网格剖分大小为M s ×N s 的叠加波海面每个坐标点(x s ,y s )下海面综合起伏高度值h total (x s ,y s ,t)；所述S2中，张力波海面相对于该面元中心的相对起伏高度h xs_to_xg 为：h xs_to_xg ＝z sg_center +(x s -x sg_center )×Z x +(y s -y sg_center )×Z y式中，Z x 和Z y 分别为重力波海面沿风向方向和垂直风向的海面面元斜率大小；海面综合起伏高度值h total (x s ,y s ,t)为：h total (x s ,y s ,t)＝h xs_to_xg (x s ,y s ,t)+h short (x s ,y s ,t)。 2.根据权利要求1所述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，其特征在于：所述步骤一中，采用欧洲中尺度气象卫星再分析数据多物理场海洋环境参数，获取该海域海面上空10米处的经向风速u 10 、纬向风速v 10 、有效波高H s 、平均波向φ wave 、平均波周期 平均波向φ wave 和温度T sea 。 3.根据权利要求2所述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，其特征在于：所述综合风速U 10 为 风向φ win 为φ wind ＝arctan(v 10 /u 10 )。 4.根据权利要求3所述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，其特征在于：初始波向φ′ wave 的范围为0°-360°；平均波向φ wave 转换公式为： 5.根据权利要求4所述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，其特征在于：所述步骤二中，张力波能量谱E short (k,φ)的计算方法为：式中，F m 为Elfouhaily高频短波作用函数；D(k,φ,φ wind )为Cosine幂律方向分布函数；Δ(k)为Elfouhaily逆侧风比例因子；k为海面波数离散值；φ为观测海面方位向离散值；u f 为与综合风速U 10 相关的海表面摩擦风速；c为光速取3×10 8 m/s；c m 为常数，c m ＝0.23m/s。 6.根据权利要求5所述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，其特征在于：所述步骤二中，张力波海面范围和剖分精度的设定方法为：设定张力波海面范围为矩形区域，沿风方向边长为L x_s ，垂直风向边长为L y_s ；沿边长L x_s 划分网格数为M s ，沿边长L y_s 划分网格数为N s ；则张力波海面沿L x_s 方向的剖分精度为Δx s ＝L x_s /M s ；沿L y_s 方向的剖分精度为Δy s ＝L y_s /N s ；张力波海面起伏高度h short (x s ,y s ,t)的计算方法为：式中，t为任意时刻；x s 为沿风向方向的坐标；x s ＝(m-1)Δx s ；m＝1,2,…M sy s 为垂直风向方向的坐标；y s ＝(n-1)Δy s ；n＝1,2,…N s ；E short (k,φ)为张力波能量谱；i为海面波数离散值；j为海面方向角离散值；M为波数的采样点数；N为方向角的采样点数；Δω i 为角频率离散间隔；Δφ j 为方向角离散间隔；k i ,ω i ,φ j 和φ ij (seed)分别对应叠加波的波数，角频率，方向角和初始相位；且满足 g为重力加速度；获得海面范围为L x_s ×L y_s ，网格剖分大小为M s ×N s 的张力波海面每个坐标点(x s ,y s )下海面起伏高度值h short (x s ,y s ,t)。 7.根据权利要求6所述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，其特征在于：所述步骤三中，重力波能量谱S g (f,φ)为：式中，f为海面波浪频率；φ为观测海面方位向离散值；D(f,φ,φ wave )为Cosine幂律方向分布函数；f为频率， g为重力加速度；k为海面波数离散值；k m 为常数取370。 8.根据权利要求7所述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，其特征在于：所述步骤三中，重力波海面范围和剖分精度的设定方法为：重力波海面范围为矩形区域，沿风向方向边长为L x_g ，垂直风向边长为L y_g ；沿边长L x_g 划分网格数为M g ，沿边长L y_g 划分网格数为N g ；则张力波海面沿L x_g 方向的剖分精度为Δx g ＝L x_g /M g ；沿L y_g 方向的剖分精度为Δy g ＝L y_g /N g ；为实现重力波和张力波正常叠加，满足L x_g ≥L x_s 和L y_g ≥L y_s ，且M g ＜M s 和N g ＞N s ；采用线性叠加法计算任意时刻t任意坐标点(x g ,y g )处重力波海面起伏高度h gravity (x g ,y g ,t)为：式中，x g 为沿风向方向的坐标；x g ＝(m-1)Δx g ，m＝1,2,…M g ；y g 为垂直风向的坐标；y g ＝(n-1)Δy g ，n＝1,2,…N g ；S g (f,φ)重力波能量谱；i为海面波数离散值；j为海面方向角离散值；M为波数的采样点数；N为方向角的采样点数；Δω i 为角频率离散间隔；Δφ j 为方向角离散间隔；f i ,ω i ,φ j 和φ ij (seed)分别对应叠加波的频率，角频率，方向角和初始相位，且满足 其中g为重力加速度；获得海面范围为L x_g ×L y_g ，网格剖分大小为M g ×N g 的重力波海面每个坐标点(x g ,y g )下海面起伏高度值h gravity (x g ,y g ,t)。