蔡夕方，張志遠(yuǎn),2，樓偉，尹朝暉，黃司保（.海軍海洋水文氣象中心,北京006; 2.清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,北京0008; .國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心,北京0008; . 958部隊(duì)氣象臺(tái),海南三亞57202）

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北印度洋風(fēng)浪流數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)：I-設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

蔡夕方1，張志遠(yuǎn)1,2，樓偉1，尹朝暉3，黃司保4
（1.海軍海洋水文氣象中心,北京100161; 2.清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,北京100084; 3.國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心,北京100081; 4. 91458部隊(duì)氣象臺(tái),海南三亞572021）

摘要：以5°S以北印度洋海域?yàn)槟繕?biāo)區(qū)域，基于區(qū)域大氣模式WRF、海浪模式SWAN和海流模式ROMS，建立了北印度洋風(fēng)浪流數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、針對(duì)性強(qiáng)和產(chǎn)品定制靈活等特點(diǎn)，為海洋環(huán)境預(yù)報(bào)、艦艇航行保障、軍事行動(dòng)準(zhǔn)備等提供準(zhǔn)確及時(shí)的常規(guī)和定制風(fēng)浪流數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：北印度洋；風(fēng)浪流；數(shù)值預(yù)報(bào)；定制產(chǎn)品

1　引言

印度洋位于亞洲、大洋洲、非洲和南極洲之間，北部封閉，海岸線曲折，主要有紅海、亞丁灣、阿曼灣、阿拉伯海、波斯灣、孟加拉灣等。印度洋地理位置重要，是連接太平洋和大西洋，貫通亞洲、歐洲、非洲、大洋洲的交通和石油輸送紐帶，也是中國(guó)海軍亞丁灣護(hù)航編隊(duì)必經(jīng)之路，具有重要的經(jīng)濟(jì)和軍事意義。

由于北印度洋受亞洲、歐洲、非洲大陸環(huán)繞，受陸地影響極大。隨著季節(jié)更替，海陸熱力差異造成較大的氣壓梯度變化，對(duì)北印度洋的風(fēng)、浪影響比較大，同時(shí)受季風(fēng)控制，北印度洋環(huán)流為季節(jié)洋流，冬季受東北季風(fēng)影響，方向自東向西，夏季受西南季風(fēng)影響，方向自西向東。劉金芳等[1]利用1980—1990年海上氣象船舶報(bào)資料對(duì)北印度洋海域風(fēng)、浪要素進(jìn)行了系統(tǒng)分析，指出北印度洋每年11月至翌年3月為東北季風(fēng)時(shí)期，5—9月為西南季風(fēng)時(shí)期，而4、10月為季風(fēng)的轉(zhuǎn)換季節(jié)。李培等[2]較詳細(xì)的分析了北印度洋風(fēng)等海洋氣象要素的分布特點(diǎn)及其年變化規(guī)律。楊永增等[3]基于MASNUM海浪數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)的全球10天后報(bào)資料，分析了北印度洋區(qū)域波浪分布特征。由于該地區(qū)受季風(fēng)控制顯著，夏季波浪大于冬季；在空間分布上，西部比東部風(fēng)大、浪大，在亞丁灣、索馬里外海波浪最大。吳方華等[4]基于LICOM模式分析指出，冬季受東北季風(fēng)影響，斯里蘭卡南段自東向西的北赤道流到非洲東岸匯入向南的索馬里流；夏季受西南季風(fēng)影響，自西向東的西南季風(fēng)流與赤道南側(cè)馬達(dá)加斯加流連成一體，形成一支向北的強(qiáng)大越赤道流，涌升作用將冷水帶到海表，從而使索馬里沿岸海溫達(dá)到全年最低。

海洋環(huán)境是一個(gè)中尺度天氣系統(tǒng)中大氣、海流、海浪、海冰、陸面徑流等各要素相互作用、相互影響的結(jié)果，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外不同保障單位根據(jù)需求逐漸建立了針對(duì)不同海域的大氣—海浪—海流（簡(jiǎn)稱(chēng)為風(fēng)浪流）數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)，并展開(kāi)了業(yè)務(wù)化運(yùn)行及結(jié)果檢驗(yàn)工作。美國(guó)海軍艦隊(duì)數(shù)值氣象與海洋中心運(yùn)行全球和區(qū)域氣象與海洋模式，同化全球氣象與海洋資料，提供0—180 h常規(guī)和定制數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品、艦隊(duì)和聯(lián)合作戰(zhàn)特定數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品。全球風(fēng)場(chǎng)采用全球環(huán)境模式（Navy Global Environmental Model，NAVGEM），區(qū)域部分采用三維的中尺度海洋大氣耦合模式（Coupled Ocean/Atmosphere Mesoscale Prediction System，COAMPS),由NAVGEM提供驅(qū)動(dòng)場(chǎng)，嵌套多個(gè)區(qū)域。

我國(guó)從事海浪業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)的主要是國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心和海軍海洋水文氣象中心。國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心2013年建立了全球業(yè)務(wù)化海洋學(xué)預(yù)報(bào)系統(tǒng)（Chinese Global operational Oceanography Forecasting System，CGOFS），它是我國(guó)首個(gè)涵蓋全球大洋到中國(guó)近海的業(yè)務(wù)化海洋環(huán)境數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)。海軍海洋水文氣象中心建立了針對(duì)西北太平洋尤其是臺(tái)灣周邊海域的風(fēng)浪流數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)[5]，并對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn)。

從2008年12月起，為了保護(hù)索馬里海域中國(guó)商船的安全，中國(guó)海軍實(shí)行的索馬里護(hù)航，使艦艇水文氣象保障的需求，由我國(guó)近海、西北太平洋等海域，擴(kuò)展到北印度洋區(qū)域。本文面向保障需求，建立了北印度洋區(qū)域風(fēng)浪流數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)，并進(jìn)行準(zhǔn)業(yè)務(wù)化運(yùn)行，從數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、預(yù)報(bào)結(jié)果檢驗(yàn)、產(chǎn)品表現(xiàn)形式等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，不僅預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性上達(dá)到相應(yīng)的業(yè)務(wù)化保障要求，而且在根據(jù)保障需求制作不同區(qū)域、不同時(shí)間段的溫壓風(fēng)濕氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品圖、不同海域精細(xì)化海浪預(yù)報(bào)、海流預(yù)報(bào)產(chǎn)品圖等方面進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，達(dá)到了較好的表現(xiàn)效果，為今后數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用服務(wù)，具有一定的借鑒意義。

2　模式和運(yùn)行數(shù)據(jù)

2.1模式介紹

本系統(tǒng)的構(gòu)建是基于大氣模式WRF（Weather Research and Forecasting Model）、海流模式ROMS （Regional Ocean Modeling System）和海浪模式SWAN（Simulating WAveNearshore）的，這3個(gè)區(qū)域模式比較成熟，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。

（1）大氣模式WRF

WRF模式采用可壓縮非靜力原始方程組，垂直坐標(biāo)采用地形追隨靜力氣壓垂直坐標(biāo)，變量水平配置為Arakawa-C格式，采用3階Runge-Kuta時(shí)間分裂積分方案。模式運(yùn)用了高分辨率的地形和下墊面分類(lèi)資料，物理過(guò)程包括有：云微物理過(guò)程，積云參數(shù)化，長(zhǎng)波輻射，短波輻射，邊界層參數(shù)化，表層和陸地面參數(shù)化，次網(wǎng)格擴(kuò)散等物理過(guò)程。模式的水平分辨率、垂直方向?qū)哟?、積分區(qū)域及各種物理過(guò)程可根據(jù)用戶(hù)需求調(diào)整。

（2）海流模式ROMS

ROMS[6-9]是一個(gè)三維非線性、自由表面的斜壓原始方程模式，在垂直方向上采用S坐標(biāo)，該坐標(biāo)保持了σ坐標(biāo)隨地形漸變的特點(diǎn)，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需求，在垂向上進(jìn)行局部加密（溫躍層，海表面或者海底）。隨地坐標(biāo)在垂向離散上很容易造成壓強(qiáng)梯度力計(jì)算誤差過(guò)大，對(duì)此ROMS中設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)的算法減小該誤差。ROMS在水平方向上采用C網(wǎng)格，其水平網(wǎng)格既可以是笛卡爾坐標(biāo)形式，也可以設(shè)置成球面坐標(biāo)。ROMS在平流項(xiàng)離散上，有二階中差、四階中差等差分方法。笛卡爾坐標(biāo)系下，ROMS的基本控制方程在原始方程的基礎(chǔ)上采用了包辛內(nèi)斯克近似和靜力近似。

（3）海浪模式SWAN

海浪模式SWAN[10-12]主要包含以下主要特征：海浪傳播、淺化、由定常水深或海流引起的折射、非定常水深或海流引起的頻移；風(fēng)浪生成；三波和四波相互作用；白冠破碎、海底摩擦、水深變淺引起的海浪破碎；海浪增水；海浪遇到水下障礙物的透射和反射；海浪繞射。SWAN模式支持規(guī)則正交網(wǎng)格、曲線網(wǎng)格、三角網(wǎng)格，笛卡爾坐標(biāo)，球面坐標(biāo)網(wǎng)格剖分方案，提供了與多種模式的嵌套接口。

該模式采用的數(shù)值算法是三階和一階全隱式，優(yōu)點(diǎn)是無(wú)條件穩(wěn)定，高分辨率計(jì)算的時(shí)間步長(zhǎng)不受空間分辨率的限制（在空間網(wǎng)格數(shù)相同的情況下，隨著空間分辨率增加不會(huì)增加計(jì)算量）；缺點(diǎn)是SWAN模式為了滿(mǎn)足全隱式差分格式這一計(jì)算限制，并行計(jì)算只能沿單一方向剖分，并行規(guī)模受到限制最大，大規(guī)模擴(kuò)展?jié)摿^小。該模式支持串行、MPI并行計(jì)算。

2.2數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

（1）模式地形選取和預(yù)處理

模式地形的好壞對(duì)模式的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。對(duì)于高分辨率的模式來(lái)說(shuō)水深數(shù)據(jù)要求水平分辨率高、水深精度高。本系統(tǒng)利用ETOPO1[13]的水深數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)置模式的地形和水深。該水深數(shù)據(jù)水平分辨為1′，集合了全球10多種不同的水深數(shù)據(jù)源。

海流模式分辨率為1/12°，沒(méi)有水深數(shù)據(jù)分辨率高，因此本文利用Blackman徑向?yàn)V波器[14]對(duì)模式水深進(jìn)行預(yù)處理，將原始水深數(shù)據(jù)預(yù)處理以免影響海流模式模擬。

（2）海流啟動(dòng)過(guò)程驅(qū)動(dòng)場(chǎng)和強(qiáng)迫場(chǎng)

海流模式ROMS在正式預(yù)報(bào)之前，需要有較長(zhǎng)時(shí)間的啟動(dòng)過(guò)程，為此本文采用如下驅(qū)動(dòng)場(chǎng)和強(qiáng)迫場(chǎng)對(duì)海流模式進(jìn)行spin-up[15]。

驅(qū)動(dòng)場(chǎng)方面，利用氣候態(tài)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)對(duì)模式進(jìn)行20年的驅(qū)動(dòng)，再利用2003—2013年的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)對(duì)模式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。使模式盡快達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，此處主要選取Levitus[16]多年平均的溫、鹽場(chǎng)結(jié)合SODA、GDEM、WOA2009等三維溫、鹽、流數(shù)據(jù)，為驅(qū)動(dòng)場(chǎng)進(jìn)行積分。

強(qiáng)迫場(chǎng)方面，為使模式盡快達(dá)到與現(xiàn)實(shí)接近的狀態(tài)，要求海面強(qiáng)迫場(chǎng)的空間和時(shí)間分辨率越高越好，模式需要的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)主要包括海表面風(fēng)場(chǎng)、海表面大氣壓、海表面氣溫、長(zhǎng)波輻射、短波輻射等。本系統(tǒng)采用ECMWF再分析風(fēng)場(chǎng)，該強(qiáng)迫場(chǎng)時(shí)空分辨率都較高，水平分辨率為0.5°，時(shí)間分辨率為6 h。海洋表面由海表風(fēng)應(yīng)力、熱通量和淡水通量驅(qū)動(dòng)，其中表面熱通量由大氣模式輸出，海表熱通量的具體計(jì)算方法如下：

式中，Qwe為通過(guò)海氣邊界層下界面的熱通量。Qae為通過(guò)海氣邊界層上界面的熱通量，Qae是蒸發(fā)和降水引起的熱通量、短波長(zhǎng)波輻射引起的熱通量和感熱通量三者之和，其中ρa(bǔ)為大氣密度，cap為大氣的定壓比熱，CT為Stantan數(shù)，θva為大氣溫度，θvs為海表溫度。Qlate為潛熱通量，通過(guò)公式得到，L是單位質(zhì)量的淡水汽化熱。為蒸發(fā)量，通過(guò)公式得到，其中ha和hs分別為大氣比濕和飽和比濕。

海表風(fēng)應(yīng)力的計(jì)算利用公式：

3　預(yù)報(bào)區(qū)域與計(jì)算方案

3.1預(yù)報(bào)區(qū)域

整個(gè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的流程如圖1所示，核心由風(fēng)浪流3個(gè)預(yù)報(bào)模式和產(chǎn)品制作應(yīng)用組成，邊界場(chǎng)主要依托可實(shí)時(shí)接收到的全球大氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)（GFS）、全球海流數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)（POM）和大區(qū)域海浪系統(tǒng)（SWAN）提供。計(jì)算區(qū)域分為二重嵌套，大區(qū)（亞非—印度洋區(qū)域）、小區(qū)（北印度洋區(qū)域），大區(qū)域?yàn)樾^(qū)域提供邊界和強(qiáng)迫場(chǎng)，是個(gè)過(guò)渡區(qū)域，不做預(yù)報(bào)和檢驗(yàn)評(píng)估。小區(qū)域?yàn)楸鞠到y(tǒng)關(guān)注的北印度洋區(qū)域，預(yù)報(bào)范圍為（5oS—27oN，39o—105oE），預(yù)報(bào)時(shí)效為0—72 h。系統(tǒng)根據(jù)能實(shí)際接收資料情況，確定的用于風(fēng)浪流3個(gè)模式的同化數(shù)據(jù)包括常規(guī)觀測(cè)資料GTS，非常規(guī)的HY-2A高度計(jì)有效波高資料、融合海表溫度資料MMGSST和海面高度異常資料MSLA等。系統(tǒng)同化模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程，我們將另文闡述。

因渦旋、海洋鋒等精細(xì)化保障需要，為了較好地辨識(shí)中尺度渦旋（模式水平格距均小于第一斜壓Rossby變形半徑），本系統(tǒng)海浪和海流數(shù)值預(yù)報(bào)模式的水平分辨率為1/12°，根據(jù)大氣模式與海洋模式水平分辨率配比關(guān)系，大氣模式水平分辨率可比海洋模式約粗一倍，因此本系統(tǒng)的大氣模式水平分辨率設(shè)為20 km，垂向45層?？紤]到海洋溫度、鹽度和密度在海洋上層變化較大而且存在明顯的躍層，海洋數(shù)值模式在垂向分層時(shí)，上層分層較密、層厚較小。深層海洋海水特征相對(duì)穩(wěn)定，模式分層時(shí)在深層海洋相對(duì)稀疏、層厚較大，因此本系統(tǒng)海流模式的垂向分為50層，其中200 m以淺為間隔10 m一層，200 m以深，間隔逐步增大。

3.2數(shù)值計(jì)算

北印度洋風(fēng)浪流數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)以神威3000 A高性能計(jì)算機(jī)（計(jì)算峰值為23萬(wàn)億次/秒）作為運(yùn)行平臺(tái)，所用CPU為Intel 4核Xeon E5472處理器，主頻為3.0G Hz。每個(gè)節(jié)點(diǎn)由2個(gè)CPU共享32 GB內(nèi)存組成，二級(jí)高速緩存為12 MB，計(jì)算節(jié)點(diǎn)由Infiniband高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。在系統(tǒng)業(yè)務(wù)運(yùn)行中，每個(gè)CPU核均只運(yùn)行一個(gè)MPI進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程只對(duì)應(yīng)一個(gè)線程。

本系統(tǒng)的3個(gè)模式本身均已提供并行版本，本文均采用模式本身的MPI并行計(jì)算和通信方式。首先進(jìn)行大氣模式WRF的計(jì)算，積分步長(zhǎng)為120 s，并行規(guī)模為384 CPU核；其次，大氣模式后處理完成后，分別向海浪和海流模式提供強(qiáng)迫場(chǎng)數(shù)據(jù)；最后，海浪模式SWAN和海流模式ROMS同時(shí)運(yùn)行，SWAN并行規(guī)模為128 CPU核，ROMS的并行規(guī)模為256個(gè)CPU核。從同化數(shù)據(jù)下載到位，啟動(dòng)大氣模式到三個(gè)模式后處理結(jié)束，可在2 h內(nèi)完成一次預(yù)報(bào)時(shí)長(zhǎng)為72 h的預(yù)報(bào)。

圖1　系統(tǒng)流程

4　產(chǎn)品制作應(yīng)用

本系統(tǒng)的產(chǎn)品制作過(guò)程，分為兩個(gè)層面，一方面按照數(shù)值預(yù)報(bào)區(qū)域制作常規(guī)風(fēng)、浪、流各類(lèi)要素的等值線、羽矢圖、填色圖等產(chǎn)品；另一方面，根據(jù)不斷變化的實(shí)時(shí)保障需求提供定制產(chǎn)品應(yīng)用和快速推送服務(wù)，定制化的輸出特定區(qū)域、特定要素和特定時(shí)效的產(chǎn)品。本系統(tǒng)有3個(gè)模式輸出，統(tǒng)一利用NCL（NCAR Command Language）進(jìn)行產(chǎn)品制作應(yīng)用，NCL較其他繪圖軟件的優(yōu)越性表現(xiàn)在，其除了圖形顯示功能外，還有完整的數(shù)據(jù)處理模塊，常用的數(shù)據(jù)處理方法如插值、經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)展開(kāi)法（EOF），濾波（Filters），小波分析（Wavelets）都可以用它進(jìn)行處理，同時(shí)，由于支持C語(yǔ)言和Fortran語(yǔ)言外部調(diào)用，使得其程序簡(jiǎn)單易懂，且靈活多變。

4.1常規(guī)產(chǎn)品

以NetCDF（Network Common Data Form）[17]作為本系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)和存儲(chǔ)格式，將模式結(jié)果用線性插值方式插值到等經(jīng)緯均勻分布的網(wǎng)格上。同時(shí)以NCL軟件為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)海平面氣壓、10m高風(fēng)速風(fēng)向、氣溫、相對(duì)濕度、海平面氣壓、風(fēng)和位勢(shì)高度等大氣要素和浪高、浪向、鹽度、溫度、流速流向等水文要素的自動(dòng)化繪圖，用于可視化表達(dá)和顯示。常規(guī)產(chǎn)品通過(guò)目錄服務(wù)和網(wǎng)站發(fā)布的形式推送給保障人員。

4.2定制產(chǎn)品

除了常規(guī)產(chǎn)品，本系統(tǒng)針對(duì)經(jīng)常變化的保障需求，以定制化產(chǎn)品提供服務(wù)。提供確定海域任意單點(diǎn)溫鹽密廓線、任意斷面溫鹽密分布圖和其他保障產(chǎn)品（中尺度渦、海洋鋒、躍層）等。

（1）任意區(qū)域要素預(yù)報(bào)

在產(chǎn)品制作前，根據(jù)保障需求確定特定區(qū)域的范圍，將新區(qū)域的左下角、右上角的經(jīng)緯度寫(xiě)在約定的文本文件中，然后利用shell腳本語(yǔ)句sed將相關(guān)經(jīng)緯度替換畫(huà)圖的*.ncl文件，如圖2是根據(jù)保障任務(wù)的需要，定制了大區(qū)—中區(qū)—小區(qū)3個(gè)范圍的水深10 m層的流速和流向情況，并在大區(qū)中標(biāo)注了冷渦（C）和暖渦（W）位置。

（2）任意單點(diǎn)剖面、任意連線斷面要素預(yù)報(bào)

單點(diǎn)和任意斷面的也是利用sed語(yǔ)句方式把單點(diǎn)經(jīng)緯度或者斷面兩點(diǎn)的經(jīng)緯度輸入到約定的文本文件中，替換*.ncl中的參數(shù)，然后利用NCL進(jìn)行畫(huà)圖的，如圖3所示，是預(yù)報(bào)區(qū)域鹽度鋒的情況及任意單點(diǎn)（圖中紅點(diǎn)表示）鹽度廓線示意圖。

4.3并行制圖

傳統(tǒng)的數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)可視化軟件NCL、Matlab等，都只能串行執(zhí)行，在高性能計(jì)算機(jī)登錄節(jié)點(diǎn)提交任務(wù)，利用登錄節(jié)點(diǎn)畫(huà)圖，大量占用了登錄節(jié)點(diǎn)的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，本系統(tǒng)利用NCL的并行版本ParNCL[18]提供并行設(shè)計(jì)方法，將畫(huà)圖任務(wù)和模式計(jì)算任務(wù)一樣，提交到計(jì)算節(jié)點(diǎn)上完成，這樣大大緩解了登錄節(jié)點(diǎn)的壓力，同時(shí)明顯縮短了整合系統(tǒng)運(yùn)行的墻鐘時(shí)間。ParNCL v1.0完全繼承NCL的腳本和函數(shù)，主要是提供NCL語(yǔ)言一個(gè)并行運(yùn)行環(huán)境。ParNCL利用并行NetCDF讀寫(xiě)接口將數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存，并分發(fā)到多核上安裝NCL的執(zhí)行方式運(yùn)行畫(huà)圖任務(wù)。

圖2　定制區(qū)域海流預(yù)報(bào)圖

圖3　鹽度鋒和鹽度剖面預(yù)報(bào)圖

5　結(jié)論

隨著我國(guó)海洋戰(zhàn)略向印度洋挺進(jìn)，包括海上石油命脈、海軍亞丁灣護(hù)航、護(hù)送敘利亞化學(xué)武器離敘等事件都促使海洋環(huán)境數(shù)值預(yù)報(bào)向北印度洋側(cè)重和發(fā)展。本文從建設(shè)一套穩(wěn)定運(yùn)行的業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)系統(tǒng)出發(fā)，通過(guò)模式的不斷改進(jìn)，豐富和完善模式參數(shù)化過(guò)程和物理過(guò)程，在保障產(chǎn)品制作等方面有新的突破。經(jīng)過(guò)近一年的天氣學(xué)和海洋學(xué)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)驗(yàn)證，本系統(tǒng)對(duì)海洋環(huán)境預(yù)報(bào)及時(shí)準(zhǔn)確，各種統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)指標(biāo)正常，對(duì)海浪和海流尤其是有效波高的預(yù)報(bào)有較好的能力，具有一定的使用參考價(jià)值。該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性都達(dá)到保障需求，可為面向北印度洋的水文氣象保障工作提供準(zhǔn)確及時(shí)有效的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品支持。

接下來(lái)的工作中，將考慮進(jìn)行多組重要天氣系統(tǒng)過(guò)境的個(gè)例檢驗(yàn)來(lái)繼續(xù)驗(yàn)證產(chǎn)品的可靠性，同時(shí)在模式的精細(xì)化預(yù)報(bào)和風(fēng)浪流耦合物理過(guò)程方面開(kāi)展深入的工作，使其逐步形成更具海洋環(huán)境預(yù)報(bào)保障特色的中尺度風(fēng)浪流數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

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North Indian Ocean wind-wave-circulation numerical forecast system: I-design and implementation

CAI Xi-fang1, ZHANG Zhi-yuan1,2, LOU Wei1, YIN Zhao-hui3, HUANG Si-bao4
(1.Hydro-Meteorological Center of Navy, Beijing 100161 China; 2. Department of Computer Science and Technology, Tsinghua University, Beijing 100084 China; 3.National Marine Environmental Forecasting Center , Beijing 100081 China; 4. 91458 Army Troop Meteorological Center , Sanya 572021 China)

Abstract：A North Indian Ocean wind-wave-circulation numerical forecast system is designed based on Weather Research and Forecasting Model (WRF), Simulating Waves Nearshore Model (SWAN) and Regional Ocean Modeling System (ROMS). The target computational domain is in the north of 5°S of the Indian Ocean. This system has the advantages of stable operation, high pertinence and production customization agility. It can provide timely and accurate products, both conventional and customized, which are of atmosphere, wave and circulation. The production is for marine environment forecast, navigation and military action preparation.

Key words：North Indian Ocean; wind-wave-circulation; numerical forecast; customized product

通訊作者簡(jiǎn)介：張志遠(yuǎn)（1978-），男，工程師，博士研究生，主要從事海洋環(huán)境信息化和數(shù)值預(yù)報(bào)研究。E-mail：generalzzy@139.com

作者簡(jiǎn)介：蔡夕方（1966-），男，高級(jí)工程師，本科，主要從事水文氣象預(yù)報(bào)保障研究。E-mail：bjcaixifang@163.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41275098）；國(guó)家海洋局海洋公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)（201005033）

收稿日期：2014-07-13

DOI:10.11737/j.issn.1003-0239.2015.02.002

中圖分類(lèi)號(hào)：P731

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0239（2015）02-0007-07