法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2020-04-14
授权
授权
2018-04-17
实质审查的生效 IPC(主分类):G06F17/50 申请日:20171127
实质审查的生效
2018-03-23
公开
公开
技术领域
本发明涉及海洋生态数值模拟技术领域,特别涉及一种基于海 洋生态模型的水母灾害预报系统和预报方法。
背景技术
自上世纪90年代以来,世界范围内水母暴发造成的灾害日渐 增加。水母灾害是一种由于水母大量繁殖引起的生态灾害,它不但 会影响生态系统的健康,还会堵塞沿海工厂和核电站进水口,威胁 生产安全;堵塞渔网,干扰渔业生产;蛰伤游客,影响沿海旅游业。对水母数量和分布的预报可以为渔业和沿海工业的生产活动提供 参考,同时也是沿海旅游业发布预警预报的重要依据。但是现有的 水母灾害预报系统中还存在以下问题:预报考虑的影响因子较少, 多数只考虑风或者流的影响,没有考虑水温、饵料等要素对水母横 裂和生长等过程的影响。普遍采用通用的质点追踪模型,缺乏对水 母生活史的针对性优化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高模拟的针对 性和模拟因子的全面性的基于海洋生态模型的水母灾害预报系统 及其使用方法。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种基于 海洋生态模型的水母灾害预报系统,包括水文模式、低营养级模式、 水母模式,所述低营养级模式给水母模式提供浮游动物浓度,所述 水文模式给低营养级模式和水母模式提供水文、流场和混合层深度。
所述低营养级模式和水母模式采用在线耦合模式运行。
所述水文模式包括模拟海区的水温、流场和混合层深度;所述 低营养级模式包括模拟海区的营养盐、浮游植物和浮游动物;所述 水母模式包括横裂、生长和移动模块。
所述浮游动物包括小型浮游动物、大型浮游动物和捕食性浮游 动物三种不同粒径。
一种基于海洋生态模型的水母灾害预报方法,步骤如下:
步骤一,输入水文模式初始和强迫条件;步骤二,设定低营养级模 式和水母模式参数;步骤三,输入低营养级模式和水母模式的初始 和强迫条件;步骤四,运行模型得到运算结果;步骤五,将运算结 果与观测对比、判断,当运算结果满足预报的误差要求时,重复步 骤二至五,模拟下一个年度的水母分布;当运算结果不满足预报的 误差要求时,返回步骤二重新设定参数;步骤六,根据下一年度的 水母分布预报结果。
所述水文模式模拟海区的水温、流场和混合层深度;所述低营 养级模式模拟浮游生物的浓度;所述水母模式模拟水母的横裂、生 长和移动。
所述横裂产生的碟状体数量NEphyra公式:
其中:
DaccE代表冬季底层水温10℃以下持续的时间(天),DStrob代表>expE代表秋季底层>Podo表示底层水温18-25℃>
所述水母体横裂时间和产生碟状体的数量是由水文模式输出 的水温决定。
所述生长:水母的生长率受低营养级模型输出的饵料浓度的影 响,
水母体重W的变化由下式决定
其中C为摄食量(gW.W./medusa/h),W为沙海蜇体重(gW.W.), ZS和ZL分别为NEMURO模式模拟得到的小型和大型浮游动物生物 量(mgW.W./L);R(gW.W./s)为呼吸量。k1,k2,k3,C1为转换>
所述移动分为水平移动和垂直移动,所述水平方向的移动为被 动的随波逐流,采用水文模式的流场驱动一个质点追踪模型来进行 模拟;所述垂直方向的移动,白天和夜晚采用在偏好的水层中随机 移动。
本发明的有益效果是:模型的模拟充分考虑了温度、流场、饵 料场等要素对水母灾害的影响,并考虑到水母生活史的特点,对模 型进行优化,具有模拟要素全面、针对性强的优点,可以克服现有 技术中模拟要素单一、生活史模拟缺失的缺点。
附图说明
图1为一种基于海洋生态模型的水母灾害预报系统的开发模 式示意图;
图2为本发明基于海洋生态模型的水母灾害预报系统的各模 式功能示意图;
图3为本发明模型运行过程流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明:
如图1、图2所示基于海洋生态模型的水母灾害预报系统的技 术方案,包括水文模式、低营养级模式和水母模式。水文模式包括 模拟海区的水温、流场和混合层深度;所述低营养级模式包括营养 盐、浮游植物和浮游动物,浮游动物括小型浮游动物、大型浮游动 物和捕食性浮游动物三种不同粒径;所述水母模式包括横裂模块、 生长模块和移动模块。低营养级模式和水母模式采用在线耦合模式 运行。
如图3所示基于海洋生态模型的水母灾害预报方法的技术方 案,包括如下步骤:
步骤一,输入水文模式初始和强迫条件;步骤二,设定低营养 级模式和水母模式参数;步骤三,输入低营养级模式和水母模式的 初始和强迫条件;步骤四,运行模型得到运算结果;步骤五,将运 算结果与观测对比、判断,当运算结果满足误差要求时,重复步骤 二至五,模拟下一个年度的水母分布;当运算结果不满足误差要求 时,返回步骤二重新设定参数;步骤六,根据下一年度的水母分布 预报结果。
对比的观测数据为模拟海区里一定量测站的水母丰度和伞径。
模拟温度、流场、饵料场等要素对沙海蜇灾害的影响,水文模 型采用POM(Princeton Ocean Model)模式,提供温度场,流场 和混合层深度;低营养级模型采用NEMURO(the North Pacific Ecosystem Model for Understanding RegionalOceanography) 模式,提供大型和小型浮游动物作为水母饵料;水母IBM (Individual-Based Model)模式采用下述方法模拟水母的横裂、 生长和移动:
横裂:
横裂产生的碟状体数量NEphyra采用下述公式确定
其中
DaccE代表冬季底层水温10℃以下持续的时间(天),DStrob代表>expE代表秋季底层>
NPodo表示底层水温18-25℃之间水螅体足囊生殖产生的足囊>
横裂发生的时间为底层水温超过13℃时。
生长:
水母体重W的变化由下式决定
其中C为摄食量(gW.W./medusa/h),W为沙海蜇体重(gW.W.), ZS和ZL分别为NEMURO模式模拟得到的小型和大型浮游动物生物 量(mgW.W./L);R(gW.W./s)为呼吸量。k1,k2,k3,C1为转换>
移动:
水平方向的移动为被动的随波逐流,采用POM的流场驱动一个 质点追踪模型来进行模拟。
垂直方向,白天和夜晚采用不同的行为模式在偏好的水层中随 机移动。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发 明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、 改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
机译: 泥沙灾害预报系统及预报方法
机译: 基于预测知识的标准化海洋天气预报系统及其方法
机译: 基于水分胁迫条件下作物蒸发蒸腾速率确定的新型需水量预报系统/设备/方法及实现作物灌溉决策的方法