王艳
ADCIRC背景与原理、编译安装、前处理和后处理;风暴潮漫滩、台风风暴潮、天文潮模拟、风驱动循环等
2025-1-15 15:40
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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。

ADCIRC模式的特点

●网格设计:采用非结构三角形网格广义波动连续方程的设计,能够灵活处理岛屿、河口等复杂地形,可构建多重分辨率、局部加密网格,提高计算精确度的同时减小计算时间

●耦合能力:支持与SWAN海浪模式耦合运行,适合开展浪流耦合以及天文潮、风暴潮、海浪的综合模拟

●参数设置:模型开发与现有工具箱、数据集紧密结合,具有灵活的参数设置和输入数据选择,可以根据实际问题的需求进行调整和优化

●并行计算:支持并行计算,可以充分利用计算资源,提高计算效率和模拟速度,能够处理大规模复杂水动力模拟问题

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模式的使用工具

●Python接口库:adcircpy是一个用于ADCIRC模式的Python接口库,方便用户进行模式的前处理、运行和后处理

●SMS软件:SMS(Surface-water Modeling System)软件提供了ADCIRC模块,方便用户进行网格生成、模型设置和结果可视化

总结

ADCIRC模式是一个功能强大、应用广泛的海洋水动力计算模型。它不仅在科学研究中具有重要价值,还在实际的业务预报和工程应用中发挥着关键作用。通过与Python等工具的结合,ADCIRC模式的使用更加便捷和高效,进一步拓展了其应用领域和应用场景。

以上来自网络整理

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的教学

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运行方法实践教学

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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