ADCIRC模式+Python结合:风暴潮漫滩模拟、台风风暴潮模拟、天文潮模拟、风驱动循环等

360影视 2025-01-15 15:31 1

摘要:ADCIRC模式的应用●自然灾害管理:帮助预测洪水和其他自然灾害的影响,为防灾减灾提供科学依据●环境保护:用于分析人类活动对水体的影响,评估污染物在水体中的扩散和传输●模拟潮汐和风驱动的循环:准确模拟潮汐和风驱动的海洋环流,为海洋环境研究和海洋资源开发提供数据

ADCIRC模式的应用
●自然灾害管理:帮助预测洪水和其他自然灾害的影响,为防灾减灾提供科学依据
●环境保护:用于分析人类活动对水体的影响,评估污染物在水体中的扩散和传输
●模拟潮汐和风驱动的循环:准确模拟潮汐和风驱动的海洋环流,为海洋环境研究和海洋资源开发提供数据支持
●预测风暴潮和洪水:在风暴潮和洪水预报中发挥重要作用,为沿海地区的防洪减灾和应急响应提供决策支持
●近岸海上作业:保障近岸海上作业的安全,为海洋工程和港口规划提供科学依据
●海洋环境研究:用于研究海洋环流、潮汐、风暴潮等现象,为海洋科学研究提供有力工具
●气象研究:模拟风场对海洋的影响,包括海浪生成和传播,为气象预报和海洋气象研究提供支持
●水利工程:评估水利工程对水动力环境的影响,为水利工程的设计和运行提供参考

ADCIRC是新一代海洋水动力计算模型,它采用了非结构三角形网格广义波动连续方程的设计,在提高计算精确度的同时还减小了计算时间。被广泛应用于:模拟潮汐和风驱动的循环、预测风暴潮和洪水和近岸海上作业等。

除此之外,ADCIRC也是我国潮汐、风暴潮洪水等科研和业务预报的主流模式。作为水动力模式中的佼佼者,ADCIRC功能齐全,无论是作为业务预报的工具还是科研工具,都是不二的选择。

本教程包含ADCIRC模式的基础到高阶的内容,针对风暴潮的模拟和预报,既有基础理论讲解,又有实践操作环节。理论方面,介绍数值模式基本理论、ADCIRC模式的理论框架和风暴潮模拟方面的侧重点。实践环节,从Linux基础命令和模式安装,到模式前处理、模式运行、模式后处理和可视化等。以科研和业务中的实际案例进行教学,并分享模式使用的经验和技巧,帮助初学者快速掌握ADCIRC模式。

此外,还采用ADCIRC模式+Python语言结合的方式,利用Python在数据处理、科学计算和数据可视化方面的优势,将其结合应用在ADCIRC模式的前后处理当中,助力ADCIRC模式的使用,并在海洋、气象和水文等地学领域的业务、科研和工程项目中得到实际有效的应用。

专题一 ADCIRC背景与原理

1.介绍ADCIRC模式的历史背景、优势,以及在海洋中的常用场景。
2.介绍数值模式的基本理论,ADCIRC动力框架与参数化方案,深层次了解ADCIRC的原理,为ADCIRC应用打下基础。

专题二 ADCIRC的编译安装

1.Linux基础语法
①虚拟机的安装使用
②Linux基础命令
③环境变量设置与管理

2.ADCIRC编译安装
①依赖基础库安装(GNU编译器、CMAKE、NETCDF、MPICH2等)
②ADCIRC模式安装

专题三 ADCIRC模式前处理

1.MATLAB软件安装
2.网格生成,包括MATLAB和SMS软件两种网格生成方式
3.ADCIRC前处理,包括风场文件、底摩擦文件制作;运行文件的详细解读,并利用基础案例进行ADCIRC运行方法实践
4.控制参数文件,对运行控制参数和各参数化方案进行详细解读

专题四 ADCIRC案例分析

1.利用模型风场进行台风风暴潮模拟
①Holland模型风场介绍
②实例运行与SMS可视化
③风暴潮增水验证

2.利用ERA5风场进行温带风暴潮模拟
①ERA5资料介绍及下载
②脚本制作通用风场文件

3.天文潮模拟
①天文潮数据介绍与制作(NAO99与OTPS)
②开边界条件设置
③计算不稳定、溢出问题分析

4.风暴潮漫滩模拟
①漫滩网格生成
②漫滩案例运行

5.ADCIRC运行经验总结

①调参注意事项
②如何得到一个好的结果

专题五 Python基础与科学计算

1.Python入门和安装
①Python背景及其在海洋和气象中的应用
②Anaconda解释和安装以及Jupyter配置
③Python基础语法

2.科学数据处理基础库
①Numpy库(科学计算)
②Pandas库(数据处理)
③Scipy库(统计与插值)
④Xarray库(Netcdf格式)
⑤Matplotlib库(可视化)
⑥Cartopy库(地理信息)

掌握基于Anaconda配置Python环境,以及使用Jupyter开发和调试代码。在掌握Python的基础语法上,学习常用的科学计算和可视化库,如Numpy、Pandas、Scipy、Matplotlib等。

专题六 ADCIRC模式后处理

利用Python对实战案例进行数据处理与绘图,包括潮位站时间序列图,风场,最大风暴增水图等
①绘制站点序列图(Holland与ERA5风场驱动)
②绘制天文潮站点模拟结果
③绘制过程最大风暴增水分布与台风路径图
④绘制每个输出时刻的最大增水并制作动图
⑤SMS软件对模拟结果进行可视化

注:请提前安装所需软件

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来源:小璇说科技

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