CN114676600B - 全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法和装置。方法包括：根据预设的波浪生成条件，通过全球波浪数学模型生成全球波浪数据；提取东边界和西边界的波浪能量数据；将东边界的波浪能量数据设置为西边界的边界条件，将西边界的波浪能量数据设置为东边界的边界条件；根据预设的波浪生成条件、东边界和西边界的边界条件，通过全球波浪数学模型生成新的全球波浪数据，东边界和西边界的新的波浪能量数据均包含东边界以西水域所形成的波浪传播至东边界所产生的波浪能量数据以及西边界以东水域所形成的波浪传播至西边界所产生的波浪能量数据，从而将全球波浪在边界处联通。基于该方法和装置，可以实现全球波浪在边界处的联通。
Description
技术领域
本发明实施例涉及波浪数值模拟技术领域，尤其涉及全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法、装置、电子设备以及存储介质。
背景技术
波浪数据作为重要的基础数据，极大地影响海港工程平面布置和结构设计的质量。为准确获取全球范围内任意开阔海域的波浪数据，目前主流做法是通过建立全球波浪数学模型对全球范围内的波浪进行数值模拟。
全球波浪数学模型利用全球高分辨率的全球风场数据、水深地形数据和冰层覆盖数据，采用第三代海浪模式对全球历史波浪进行模拟，通过全球海区获得的波浪浮标观测数据、卫星高度计资料等多源数据对模型所涉及的各项参数进行率定和验证，以保证数据的准确性。
地球为椭球体，大洋中所有联通水域之间的波浪能量可自由传递。采用全球波浪数学模型对全球波浪进行模拟的过程中，须采用墨卡托投影将地球球体投影成全球平面二维计算域。该投影后的全球平面二维计算域形成了东、西两侧开边界，分别为东边界和西边界。可见，东、西边界是为了实现在全球波浪数学模型中进行全球波浪计算所做出的人为设定，在自然的地球球体中是不存在的。但是，在全球波浪数学模型中，东、西边界实际上造成了对全球水域的分割，使得波浪不能够在全球水域中进行自由传播，导致全球波浪无法在边界处联通，并最终影响全球波浪数学模型对于全球波浪的模拟效果。
发明内容
本发明实施例的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明实施例提供了一种全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法、装置、电子设备以及存储介质，其可以实现由全球波浪数学模型所生成的全球波浪在边界处的自由联通，提高对于全球波浪的模拟效果。
第一方面，提供了一种全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法，包括：
根据预设的波浪生成条件，通过全球波浪数学模型生成基于地球投影平面的全球波浪数据，其中，所述地球投影平面的边界包括东边界和西边界；
从所述全球波浪数据中提取所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，所述东边界的波浪能量数据为所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据，所述西边界的波浪能量数据为所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据；
向所述全球波浪数学模型输入所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，将所述东边界的波浪能量数据设置为所述西边界的边界条件，将所述西边界的波浪能量数据设置为所述东边界的边界条件；
根据所述预设的波浪生成条件、所述东边界的边界条件和所述西边界的边界条件，通过所述全球波浪数学模型生成新的全球波浪数据，在所述新的全球波浪数据中，东边界的新的波浪能量数据和西边界的新的波浪能量数据均包含所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据以及所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据，从而将全球波浪在所述边界处联通。
可选地，所述预设的波浪生成条件包括风场条件。
可选地，所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据所跨越的纬度范围为77.5°N至77.5°S。
可选地，在所述根据所述预设的波浪生成条件、所述东边界的边界条件和所述西边界的边界条件，通过所述全球波浪数学模型生成新的全球波浪数据，在所述新的全球波浪数据中，东边界的新的波浪能量数据和西边界的新的波浪能量数据均包含所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据以及所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据，从而将全球波浪在所述边界处联通之后，所述方法还包括：
分别从所述东边界和所述西边界上选取多个检验点，构成多个检验点对，其中，每个检验点对中的两个检验点位于所述东边界和所述西边界的相同纬度；
检验每个检验点对的波浪能量数据是否符合第一检验条件，其中，所述第一检验条件为：每个检验点对中选自于东边界的检验点的波浪能量数据包含东边界以西水域所形成的波浪传播至相应检验点所产生的波浪能量数据以及西边界以东水域所形成的波浪传播至相应检验点对中位于西边界的检验点所产生的波浪能量数据，以及每个检验点对中选自于西边界的检验点的波浪能量数据包含西边界以东水域所形成的波浪传播至相应检验点所产生的波浪能量数据以及东边界以西水域所形成的波浪传播至相应检验点对中位于东边界的检验点所产生的波浪能量数据；
检验每个检验点对的波浪数据是否符合第二检验条件，其中，所述第二检验条件为：每个检验点对中的两个检验点的波浪数据一致；
如所述多个检验点对的波浪能量数据符合所述第一检验条件，并且所述多个检验点对的波浪数据符合所述第二检验条件，判断全球波浪在所述边界处联通。
可选地，所述波浪数据包括波浪能量数据和/或波浪参数，所述波浪参数至少包括波高和波周期。
可选地，所述波浪参数还包括波向。
第二方面，提供了一种全球波浪数学模型中边界处波浪的联通装置，包括：
全球波浪生成模块，用于根据预设的波浪生成条件，通过全球波浪数学模型生成基于地球投影平面的全球波浪数据，其中，所述地球投影平面的边界包括东边界和西边界；
波浪能量数据提取模块，用于从所述全球波浪数据中提取所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，所述东边界的波浪能量数据为所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据，所述西边界的波浪能量数据为所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据；
边界条件设定模块，用于向所述全球波浪数学模型输入所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，将所述东边界的波浪能量数据设置为所述西边界的边界条件，将所述西边界的波浪能量数据设置为所述东边界的边界条件；
全球波浪联通模块，用于根据所述预设的波浪生成条件、所述东边界的边界条件和所述西边界的边界条件，通过所述全球波浪数学模型生成新的全球波浪数据，在所述新的全球波浪数据中，东边界的新的波浪能量数据和西边界的新的波浪能量数据均包含所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据以及所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据，从而将全球波浪在所述边界处联通。
第三方面，提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行所述的方法。
第四方面，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时，实现所述的方法。
本发明实施例至少包括以下有益效果：
本发明实施例提供了全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法、装置、电子设备以及存储介质。该方法中，首先根据预设的波浪生成条件，通过全球波浪数学模型生成基于地球投影平面的全球波浪数据，其中，所述地球投影平面的边界包括东边界和西边界，再从所述全球波浪数据中提取所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，之后向所述全球波浪数学模型输入所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，将所述东边界的波浪能量数据设置为所述西边界的边界条件，将所述西边界的波浪能量数据设置为所述东边界的边界条件，最后根据所述预设的波浪生成条件、所述东边界的边界条件和所述西边界的边界条件，通过所述全球波浪数学模型生成新的全球波浪数据，从而将全球波浪在所述边界处联通。基于该方法和装置，可以实现由全球波浪数学模型所生成的全球波浪在边界处的自由联通，提高对于全球波浪的模拟效果。
本发明实施例的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明实施例的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法的流程图。
图2为本发明一个实施例提供的全球波浪数学模型中地球投影平面的示意图。
图3为本发明另一个实施例提供的全球波浪数学模型中输出点顺序设置的示意图。
图4为本发明另一个实施例提供的通过全球波浪数学模型对全球波浪进行初算后东边界和西边界上3个检验点的分布情况示意图。
图5A为本发明另一个实施例提供的通过全球波浪数学模型对全球波浪进行初算后西边界上60°N处检验点的波浪能量的示意图。
图5B为本发明另一个实施例提供的通过全球波浪数学模型对全球波浪进行初算后西边界上0°处检验点的波浪能量的示意图。
图5C为本发明另一个实施例提供的通过全球波浪数学模型对全球波浪进行初算后西边界上60°S处检验点的波浪能量的示意图。
图5D为本发明另一个实施例提供的通过全球波浪数学模型对全球波浪进行初算后东边界上60°N处检验点的波浪能量的示意图。
图5E为本发明另一个实施例提供的通过全球波浪数学模型对全球波浪进行初算后东边界上0°处检验点的波浪能量的示意图。
图5F为本发明另一个实施例提供的通过全球波浪数学模型对全球波浪进行初算后东边界上60°S处检验点的波浪能量的示意图。
图6为本发明另一个实施例提供的在全球波浪数学模型中设置东边界和西边界的边界条件的原理示意图。
图7A为本发明另一个实施例提供的设置边界条件之后通过全球波浪数学模型对全球波浪进行第二轮模拟后西边界上60°N处检验点的波浪能量的示意图。
图7B为本发明另一个实施例提供的设置边界条件之后通过全球波浪数学模型对全球波浪进行第二轮模拟后西边界上0°处检验点的波浪能量的示意图。
图7C为本发明另一个实施例提供的设置边界条件之后通过全球波浪数学模型对全球波浪进行第二轮模拟后西边界上60°S处检验点的波浪能量的示意图。
图7D为本发明另一个实施例提供的设置边界条件之后通过全球波浪数学模型对全球波浪进行第二轮模拟后东边界上60°N处检验点的波浪能量的示意图。
图7E为本发明另一个实施例提供的设置边界条件之后通过全球波浪数学模型对全球波浪进行第二轮模拟后东边界上0°处检验点的波浪能量的示意图。
图7F为本发明另一个实施例提供的设置边界条件之后通过全球波浪数学模型对全球波浪进行第二轮模拟后东边界上60°S处检验点的波浪能量的示意图。
图8A为本发明另一个实施例提供的设置边界条件之后通过全球波浪数学模型对全球波浪进行第二轮模拟后60°N处检验点对的有效波高Hm0的时间过程线。
图8B为本发明另一个实施例提供的设置边界条件之后通过全球波浪数学模型对全球波浪进行第二轮模拟后0°处检验点对的有效波高Hm0的时间过程线。
图8C为本发明另一个实施例提供的设置边界条件之后通过全球波浪数学模型对全球波浪进行第二轮模拟后60°S处检验点对的有效波高Hm0的时间过程线。
图9为本发明一个实施例提供的全球波浪数学模型中边界处波浪的联通装置的结构示意图。
图10为本发明一个实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
图1示出了本发明一个实施例提供的全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法的流程图，由具有处理能力的系统、服务端设备或全球波浪数学模型中边界处波浪的联通装置执行。如图1所示，该方法包括步骤110至步骤140。
步骤110，根据预设的波浪生成条件，通过全球波浪数学模型生成基于地球投影平面的全球波浪数据，其中，所述地球投影平面的边界包括东边界和西边界。
全球波浪数学模型可以是国际通用的全球波浪数值模拟软件，例如MIKE21-SW波浪数值模拟软件，也可以是其他的可以用于进行全球波浪模拟计算的模型。本发明实施例对此不做具体限定。
实际应用中，为实现对全球波浪的模拟计算，采用地图投影方法（例如墨卡托投影方法）将地球球体投影成地球投影平面。图2示出了本发明实施例所提供的全球波浪数学模型中地球投影平面的示意图。如图2所示，地球投影平面存在东、西、南、北四个开放边界，其中，东边界和西边界造成了对于全球水域的分割，南边界和北边界则分别位于地球的南侧和北侧，大部分对应于地球的陆地和冰层。基于地球投影平面，全球波浪数学模型可以生成全球波浪数据。由于东边界和西边界造成了全球水域的分割，将导致全球波浪数学模型所模拟的全球波浪不能够在全球水域范围内进行自由传播，进而导致全球波浪无法在东边界和西边界的位置实现联通。南边界和北边界分别位于地球的南侧和北侧，两者在地理位置上本身就不联通，因此不存在全球波浪在这两个边界的联通问题。
在本步骤中，首先根据预设的波浪生成条件，通过全球波浪数学模型生成基于地球投影平面的全球波浪数据。在一些实施例中，所述预设的波浪生成条件包括风场条件。风场条件是决定全球波浪形成的决定性条件，因此，在对全球波浪进行模拟计算时，须向全球波浪数学模型输入风场条件。具体地，可以预先获取全球的地形数据、冰覆盖数据以及风场数据，分别采用网格生成器Mesh Generator和matlab编程软件制作成所须格式的文件，之后再将全球地形文件、冰覆盖文件以及风场文件输入至全球波浪数学模型中，进行全球波浪的模拟计算。
全球波浪数据用于对全球波浪进行定量的描述或表征，包括全球水域中任一位置所形成的波浪所产生的波浪能量数据和波浪参数等数据。
步骤120，从所述全球波浪数据中提取所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，所述东边界的波浪能量数据为所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据，所述西边界的波浪能量数据为所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据。
在地球投影平面中77.5°N至90°N以及77.5°S至90°S范围内大部分区域为陆地和冰层覆盖，同时为满足全球波浪数学模型计算的稳定性要求，在一些实施例中，将所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据所跨越的纬度范围设置为77.5°N至77.5°S。
东边界和西边界的人为划分，造成了全球水域的分割，进而导致全球波浪不能够在全球水域自由传播。也就是说，东边界以西存在水域，存在可向东边界传播的波浪，而东边界以东不存在水域，不存在可向东边界传播的波浪；相应地，西边界以东存在水域，存在可向西边界传播的波浪，而西边界以西不存在水域，不存在可向西边界传播的波浪。因而，本步骤所提取的东边界的波浪能量数据仅能够反映东边界以西水域所形成的波浪传播至东边界所产生的波浪能量，而本步骤所提取的西边界的波浪能量数据仅能够反映西边界以东水域所形成的波浪传播至西边界所产生的波浪能量。
具体地，在对东边界和西边界的波浪能量数据进行提取时，可以在全球波浪数学模型中进行设定，使得全球波浪数学模型将东边界的波浪能量数据和西边界的波浪能量数据以一定格式的文件输出。在一个例子中，当采用MIKE21-SW波浪数值模拟软件进行全球波浪的模拟计算时，可以将输出文件格式设置为线文件（line series），输出类型设置为波浪能量（wave energy）。此外，在使用该模型时，还需要对东边界和西边界上各数据点中的起点和终点进行设置和标记，以便于进行后续的边界条件设置操作。在该模型对于输出文件格式的规定中，东边界和西边界上各数据点的输出顺序均为顺时针方向，即，在输出文件中，东边界上各数据点的起点位于（180°E，77.5°N），终点位于（180°E，77.5°S），而西边界上各数据点的起点为（180°W，77.5°S），终点为（180°W，77.5°N）。根据上述标记，在执行步骤130时，在向该模型输入东边界和西边界的波浪能量数据的过程中，模型将自动将西边界各数据点的终点所对应的波浪能量数据输入至东边界的起点，而将西边界各数据点的起点所对应的波浪能量数据输入至东边界的终点；相应地，模型还将自动将东边界各数据点的终点所对应的波浪能量数据输入至西边界的起点，而将东边界各数据点的起点所对应的波浪能量数据输入至西边界的终点。即，通过对东边界和西边界上各数据点中的起点和终点进行设置和标记，确保在执行步骤130中边界条件的设置操作时，东边界上任一数据点的波浪能量数据可以输入至西边界上相同纬度的数据点中，相应地，西边界上任一数据点的波浪能量数据可以输入至东边界上相同纬度的数据点中。需要说明的是，根据不同的全球波浪数学模型对于输出文件格式的不同规定，可以对输出文件中东边界和西边界上的数据点进行标记，以保证步骤130的边界条件设置操作的准确执行。
步骤130，向所述全球波浪数学模型输入所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，将所述东边界的波浪能量数据设置为所述西边界的边界条件，将所述西边界的波浪能量数据设置为所述东边界的边界条件。
具体地，在向所述全球波浪数学模型输入东边界和西边界的波浪能量数据时，将东边界上任一数据点的波浪能量数据可以输入至西边界上相同纬度的数据点中，相应地，西边界上任一数据点的波浪能量数据可以输入至东边界上相同纬度的数据点中。
应该理解的是，在步骤110中，通过全球波浪数学模型生成全球波浪数据时，仅对波浪生成条件（主要是风场条件）进行设置，不对东边界和西边界的边界条件进行设置（或者说，东边界和西边界不存在边界条件），全球波浪数学模型仅根据预设的波浪生成条件生成全球波浪数据。即，步骤110中的全球波浪数学模型对于全球波浪的模拟计算过程与本步骤是不同的。
步骤140，根据所述预设的波浪生成条件、所述东边界的边界条件和所述西边界的边界条件，通过所述全球波浪数学模型生成新的全球波浪数据，在所述新的全球波浪数据中，东边界的新的波浪能量数据和西边界的新的波浪能量数据均包含所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据以及所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据，从而将全球波浪在所述边界处联通。
本步骤中，通过全球波浪数学模型重新对全球波浪进行模拟计算，生成新的全球波浪数据。在这一过程中，全球波浪数学模型所依据的条件包括：与步骤110中相同的波浪生成条件（例如相同的风场条件）以及东边界和西边界的边界条件。根据上述两个条件，全球波浪数学模型所生成的新的全球波浪数据中，其东边界的新的波浪能量数据和西边界的新的波浪能量数据均同时包含了东边界以西水域所形成的波浪传播至东边界所产生的波浪能量数据以及西边界以东水域所形成的波浪传播至西边界所产生的波浪能量数据。这意味着，东边界的新的波浪能量数据和西边界的新的波浪能量数据都可以反映东边界以西水域所形成的波浪传播至东边界所产生的波浪能量以及西边界以东水域所形成的波浪传播至西边界所产生的波浪能量，即，都可以反映全球波浪传播至边界处所产生的波浪能量。
由于在真实的地球上东边界和西边界原本就是不存在的，东边界以西水域所形成的波浪传播至东边界时所进一步形成的波浪与西边界以东水域所形成的波浪传播至西边界所进一步形成的波浪是联通的。因而，当东边界的新的波浪能量数据和西边界的新的波浪能量数据都可以反映全球波浪传播至边界处所产生的波浪能量时，说明全球波浪在边界处实现了联通。
需要说明的是，通过全球波浪数学模型重新对全球波浪进行模拟计算，生成新的全球波浪数据过程中，不仅东边界和西边界处生成的波浪将受到波浪生成条件和各自边界条件的影响，东边界和西边界附近水域所生成的波浪也将同时受到波浪生成条件和各自边界条件的影响，进而导致东边界和西边界附近水域的新的波浪能量数据也相对于步骤110所生成的全球波浪数据中相应水域的波浪能量数据发生改变。与之相对地，在所述新的全球波浪数据中，除东边界和西边界及其附近水域之外的其他水域的新的波浪数据则与步骤110所生成的全球波浪数据中相应水域的波浪数据保持一致。这里，东边界和西边界的附近水域为通过全球波浪数学模型生成全球波浪时受到各自边界条件影响的水域，该水域的范围取决于具体的波浪生成条件以及边界条件，例如175°E至180°E之间的水域。
本发明实施例中，将预设的波浪生成条件下初次生成的东边界和西边界的波浪能量数据，作为再次模拟计算中西边界与东边界的边界条件，在相同的波浪生成条件下，生成新的全球波浪数据，使得东边界和西边界新的波浪能量数据都能够同时反映两侧水域波浪传播至相应边界的波浪能量，提高对于东边界和西边界及其附近水域的波浪模拟精度，实现在预设的波浪生成条件下对于全球波浪在边界处的联通。
应该理解的是，由于是针对全球波浪进行模拟计算，本步骤与步骤110中全球波浪数学模型所使用的地形数据以及冰覆盖数据也是一致的。
在一些实施例中，在步骤140之后，对生成的新的全球波浪数据进行检验，以验证基于本发明实施例所提供的方法对于全球波浪是否在边界处联通的有效性。
在新的全球波浪数据中，当东边界的新的波浪能量数据和西边界的新的波浪能量数据均同时包含了东边界以西水域所形成的波浪传播至东边界所产生的波浪能量数据以及西边界以东水域所形成的波浪传播至西边界所产生的波浪能量数据，才意味着，东边界的新的波浪能量数据和西边界的新的波浪能量数据都可以反映东边界以西水域所形成的波浪传播至东边界所产生的波浪能量以及西边界以东水域所形成的波浪传播至西边界所产生的波浪能量，从而实现全球波浪在边界处的联通。换言之，如果东边界的新的波浪能量数据和西边界的新的波浪能量数据未同时包含东边界以西水域所形成的波浪传播至东边界所产生的波浪能量数据以及西边界以东水域所形成的波浪传播至西边界所产生的波浪能量数据，则说明未实现全球波浪在边界处的联通。此外，由于在真实的地球上东边界和西边界原本就是不存在的，是为形成地球投影平面所人为规定的两条边界线，东边界和西边界的波浪数据应该一致。换言之，当东边界和西边界的波浪数据不一致，则说明未实现全球波浪在边界处的联通。
具体地，检验方法包括：分别从所述东边界和所述西边界上选取多个检验点，构成多个检验点对，其中，每个检验点对中的两个检验点位于所述东边界和所述西边界的相同纬度；检验每个检验点对的波浪能量数据是否符合第一检验条件，其中，所述第一检验条件为：每个检验点对中选自于东边界的检验点的波浪能量数据包含东边界以西水域所形成的波浪传播至相应检验点所产生的波浪能量数据以及西边界以东水域所形成的波浪传播至相应检验点对中位于西边界的检验点所产生的波浪能量数据，以及每个检验点对中选自于西边界的检验点的波浪能量数据包含西边界以东水域所形成的波浪传播至相应检验点所产生的波浪能量数据以及东边界以西水域所形成的波浪传播至相应检验点对中位于东边界的检验点所产生的波浪能量数据；检验每个检验点对的波浪数据是否符合第二检验条件，其中，所述第二检验条件为：每个检验点对中的两个检验点的波浪数据一致；如所述多个检验点对的波浪能量数据符合所述第一检验条件，并且所述多个检验点对的波浪数据符合所述第二检验条件，判断全球波浪在所述边界处联通。
这里，从东边界和西边界上选取多个检验点，通过对各检验点对中两个检验点的波浪能量数据和波浪数据进行分析和对比，代替对整个东边界和西边界的波浪能量数据和波浪数据的分析和对比，以提高检验效率。
对于检验点的选取规则，可以在东边界和西边界上分别任意选取多个检验点，东边界和西边界上的检验点的位置和个数可以根据需要进行调整。本发明实施例对此不做具体限定。为使检验效果尽量准确，优选使多个检验点在相应边界上均匀分布。应该理解的是，为实现东边界和西边界上检验点的配对，东边界上多个检验点和西边界上多个检验点应该一一对应，彼此对应的两个检验点处于相同的纬度。东边界和西边界在77.5°N至77.5°S范围内对应于水域，因此检验点应该选自于77.5°N至77.5°S之间。
上述检验过程基于两个检验条件实现。
第一检验条件的作用在于，对于东边界上的检验点，确定该检验点的波浪能量数据是否能够反映东边界以西水域所形成的波浪传播至该检验点所产生的波浪能量以及西边界以东水域所形成的波浪传播至与该检验点配对的西边界检验点所产生的波浪能量，也就是，确定该检验点的波浪能量数据是否能够反映全球波浪传播至该检验点对所产生的波浪能量。相应地，第一检验条件对于西边界上检验点的波浪能量数据的检验标准与对于东边界上检验点的波浪能量数据的检验标准是相同。当东边界与西边界上的成对的两个检验点的波浪能量数据均能够反映全球波浪传播至该检验点对所产生的波浪能量，则说明该检验点对符合第一检验条件。
由于在真实的地球上东边界和西边界原本就是不存在的，是为形成地球投影平面所人为规定的两条边界线，东边界和西边界上构成一个检验点对的两个检验点实际上应该对应于地球上的同一个地理位置，一个检验点对中的两个检验点的波浪数据应一致。基于此，第二检验条件的作用即在于，确定各检验点对中两个检验点的波浪数据是否一致。当各检验点对中两个检验点的波浪数据一致，则说明各检验点的波浪数据符合第二检验条件。
当东边界和西边界上的多个检验点对的波浪能量数据符合第一检验条件，并且多个检验点对的波浪数据符合第二检验条件，则说明全球波浪在边界处实现联通。当任一检验点对的波浪能量数据不符合第一检验条件，或者任一检验点的波浪数据不符合第二检验条件，则须检查全球波浪数学模型根据预设的波浪生成条件以及东、西边界的边界条件生成新的全球波浪数据的过程，或者重新执行步骤110至步骤140。
应该理解的是，本发明实施例采用抽检的方式代替对整个东边界和西边界的波浪能量数据和波浪数据的分析和对比，因此，须所有的检验点的波浪能量数据符合第一检验条件，并且所有的检验点的波浪数据符合第二检验条件，才可以确定全球波浪在边界处联通。
在一些示例中，所述波浪数据包括波浪能量数据和/或波浪参数，所述波浪参数至少包括波高和波周期。
波浪能量数据具体指波浪方向谱数据，可以对波浪进行相对精准的描述和表征。因此，可以基于东边界和西边界上各检验点对中两个检验点的波浪能量数据进行第二检验条件的检验。在这种情况下，第二检验条件为，确定各检验点对中两个检验点的波浪能量数据是否一致。那么，当各检验点对中两个检验点的波浪能量数据一致，则说明各检验点的波浪数据符合第二检验条件。
波浪参数可以通过几个指标（例如波高和波周期）对波浪的重要特征进行描述。因此，可以基于东边界和西边界上各检验点对中两个检验点的波浪参数进行第二检验条件的检验。在这种情况下，第二检验条件为：确定各检验点对中两个检验点的波浪参数是否一致。那么，当各检验点对中两个检验点的波浪参数一致，则说明各检验点的波浪数据符合第二检验条件。相较于基于东边界和西边界上各检验点对中两个检验点的波浪能量数据进行第二检验条件的检验，基于波浪参数的检验有助于简化计算过程。
还可以同时基于波浪能量数据和波浪参数进行第二检验条件的检验，以进一步提高对全球波浪在边界处的联通的验证的准确性。在这种情况下，第二检验条件为：确定各检验点对中两个检验点的波浪能量数据和波浪参数是否一致。当各检验点对中两个检验点的波浪能量数据和波浪参数均一致，则说明各检验点的波浪数据符合第二检验条件。
波浪参数主要包括波高、波周期和波向等特征参数。在一些示例中，使用波高和波周期，构建第二检验条件。在另一些示例中，可以使用波高、波周期和波向三个参数共同构建第二检验条件，以进一步增强检验标准，提高对全球波浪在边界处的联通的验证的准确性。
综上所述，本发明实施例提供了一种全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法，该方法中，首先根据预设的波浪生成条件，通过全球波浪数学模型生成基于地球投影平面的全球波浪数据，其中，所述地球投影平面的边界包括东边界和西边界，再从所述全球波浪数据中提取所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，所述东边界的波浪能量数据为所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据，所述西边界的波浪能量数据为所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据，之后向所述全球波浪数学模型输入所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，将所述东边界的波浪能量数据设置为所述西边界的边界条件，将所述西边界的波浪能量数据设置为所述东边界的边界条件，最后根据所述预设的波浪生成条件、所述东边界的边界条件和所述西边界的边界条件，通过所述全球波浪数学模型生成新的全球波浪数据，在所述新的全球波浪数据中，东边界的新的波浪能量数据和西边界的新的波浪能量数据均包含所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据以及所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据，从而将全球波浪在所述边界处联通。基于该方法，可以实现由全球波浪数学模型所生成的全球波浪在边界处的自由联通，提高对于全球波浪的模拟效果。
以下提供一个具体的实施场景，以进一步说明本发明实施例提供的全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法。
本发明实施例采用的全球波浪数学模型为国际通用的MIKE21-SW波浪数值模拟软件。本发明实施例提供的全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法的具体步骤如下：
步骤一、全球波浪数学模型的初算
1.1全球波浪数学模型输入文件的制作
全球波浪数学模型的输入文件包括全球的地形、风场和冰覆盖文件。上述文件通过收集全球范围内的地形、风场和冰覆盖数据，分别采用网格生成器Mesh Generator和matlab编程软件来制作完成。
1.2全球波浪数学模型输出文件格式的设置
全球波浪数学模型输出文件的内容为通过模型初算得到的全球东西两侧开边界（即东边界和西边界）的波浪能量数据。输出文件格式的设置主要包括输出参数类别的设置和输出点顺序的设置。
1）输出参数类别的设置：输出格式设置为线文件（line series），输出类型设置为波浪能量（wave energy）。
2）输出点顺序的设置：图3示出了本发明实施例中在全球波浪数学模型中输出点顺序设置方式。如图3所示，全球东、西边界均按顺时针方向输出，即东边界输出的起点为（180°E，77.5°N），终点为（180°E，77.5°S）；西边界输出的起点为（180°W，77.5°S），终点为（180°W，77.5°N）。可以将东边界和西边界的输出文件分别命名为“01东边界”和“01西边界”。
此处需要特别注意全球东、西边界波浪能量输出文件的起点和终点必须要按照顺时针方向输出，否则步骤二将无法达到预期的效果。
1.3全球波浪数学模型的初算
采用MIKE21-SW模型进行全球波浪的数值模拟，模拟时间段为2013年1月1日到2013年12月31日。为掌握边界条件设置操作之前东边界和西边界上的波浪能量的情况，分别在东边界和西边界上提取3个检验点的波浪能量数据。图4示出了本发明实施例中通过全球波浪数学模型对全球波浪进行初算后东边界和西边界上3个检验点的分布情况。如图4所示，东边界和西边界上3个检验点的纬度分别为60°N，0°，60°S，东边界上的3个检验点分别命名为E1、E2、E3，西边界上的3个检验点分别命名为W1、W2、W3。图5A-图5F分别示出了本发明实施例提供的通过全球波浪数学模型对全球波浪进行初算后东边界和西边界上60°N，0°，60°S处3个检验点的波浪能量。如图5A-图5C所示，西边界上的3个检验点的波浪能量均分布在西边界东侧的180°扇区；如图5D-图5F所示，东边界上的3个检验点的波浪能量均分布在东边界西侧的180°扇区。
根据波浪传播的规律，波浪只能在有水域的地方进行传播。因此，对于东边界而言，只有其西侧180°扇区才有水域，因而东边界只具有西侧180°扇区分布的波浪能量数据；同样地，对于西边界而言，只有其东侧180°扇区有水域，因而西边界只具有东侧180°扇区分布的波浪能量数据。由此可见，通过全球波浪数学模型的初算所得到的东西两侧开边界的波浪是不联通的。换言之，如果东、西边界的波浪是联通的，则东、西边界在360°扇区都应具有波浪能量数据。
步骤二、全球波浪数学模型边界处波浪联通
为实现全球波浪数学模型边界处波浪联通，重新对全球波浪进行模拟计算。在新一轮的模拟计算中，模型所使用的地形、风场和冰覆盖文件与步骤一相同。同时，在模型中针对东边界和西边界设置边界条件。
图6示出了本发明实施例提供的在全球波浪数学模型中设置东边界和西边界的边界条件的原理示意图。如图6所示，东边界和西边界的边界条件的设置过程如下：将步骤一中东边界波浪能量输出文件“01东边界”和西边界波浪能量输出文件“01西边界”输入至模型中，并且将东边界波浪能量输出文件中的波浪能量数据设置为模型中西边界的边界条件，将西边界波浪能量输出文件中的波浪能量数据设置为模型中东边界的边界条件。
步骤三、全球波浪数学模型边界处波浪联通的检验
为检验本发明所述的一种全球波浪数学模型边界处波浪联通方法的效果，分如下两步进行检验：
1）检验东、西边界是否在360°扇区均具有波浪能量数据。
分别提取东、西边界上多个检验点的波浪能量数据，且构成检验点对的两个检验点处于相同纬度上。本实施例采用图4所示出的东边界和西边界的检验点，对东边界和西边界上的波浪能量数据进行检验。根据图4所示出的东边界和西边界上的检验点，可以构成3个检验点对，分别位于60°N，0°和60°S。图7A-7F分别示出了本发明实施例提供的设置边界条件之后通过全球波浪数学模型对全球波浪进行第二轮模拟后东边界和西边界上60°N，0°，60°S处3个检验点的波浪能量。如图7A-图7C所示，西边界上的3个检验点的波浪能量均分布在西边界的360°扇区；如图7D-图7F所示，东边界上的3个检验点的波浪能量均分布在东边界的360°扇区。
可见，在每个检验点对中，东边界的检验点包含了东边界以西水域所形成的波浪传播至该检验点所产生的波浪能量数据以及西边界以东水域所形成的波浪传播至西边界的检验点所产生的波浪能量数据，同时，西边界的检验点的波浪能量数据包含西边界以东水域所形成的波浪传播至该检验点所产生的波浪能量数据以及东边界以西水域所形成的波浪传播至东边界的检验点所产生的波浪能量数据。该检验点对中的两个检验点的波浪能量数据能够反映全球波浪传播至该检验点对所产生的波浪能量。
2）检验东、西边界在相同纬度的波浪是否相同。
如图7A-图7D所示，在东边界和西边界上处于相同纬度的检验点对中，两个检验点的波浪能量完全相同。
此外，提取东、西边界上述3个检验点对的波浪参数。图8A-图8C示出了东边界、西边界上3个检验点对的有效波高Hm0的时间过程线，横坐标为时间，范围为2013/3/1 0:00至2013/3/31 0:00。如图8A所示，在东边界和西边界上处于60°N的检验点对中，两个检验点的有效波高时间过程线基本重合；如图8B所示，在东边界和西边界上处于0°的检验点对中，两个检验点的有效波高时间过程线基本重合；如图8C所示，在东边界和西边界上处于60°S的检验点对中，两个检验点的有效波高时间过程线基本重合。可见，在东边界和西边界上处于相同纬度的检验点对中，两个检验点的有效波高时间过程线基本重合。
根据对东边界和西边界上处于相同纬度的检验点对的波浪能量和波浪参数的检验，可以确定全球波浪在边界处联通。
综上所述，本发明实施例提供了一种全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法，该方法中，首先通过初算，根据预设的波浪生成条件，通过全球波浪数学模型生成全球波浪数据，再从全球波浪数据中提取东边界的波浪能量数据和西边界的波浪能量数据，之后向全球波浪数学模型输入东边界和西边界的波浪能量数据，将东边界的波浪能量数据设置为西边界的边界条件，将西边界的波浪能量数据设置为东边界的边界条件，根据预设的波浪生成条件、东边界和西边界的边界条件，通过全球波浪数学模型生成新的全球波浪数据，从而将全球波浪在边界处联通，最后通过多种检验手段对全球波浪是否在边界处联通进行判断。基于该方法，可以实现由全球波浪数学模型所生成的全球波浪在边界处的自由联通，提高对于全球波浪的模拟效果。
图9示出了本发明实施例提供的全球波浪数学模型中边界处波浪的联通装置的结构示意图。如图9所示，该全球波浪数学模型中边界处波浪的联通装置900，包括：全球波浪生成模块910，用于根据预设的波浪生成条件，通过全球波浪数学模型生成基于地球投影平面的全球波浪数据，其中，所述地球投影平面的边界包括东边界和西边界；波浪能量数据提取模块920，用于从所述全球波浪数据中提取所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，所述东边界的波浪能量数据为所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据，所述西边界的波浪能量数据为所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据；边界条件设定模块930，用于向所述全球波浪数学模型输入所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，将所述东边界的波浪能量数据设置为所述西边界的边界条件，将所述西边界的波浪能量数据设置为所述东边界的边界条件；全球波浪联通模块940，用于根据所述预设的波浪生成条件、所述东边界的边界条件和所述西边界的边界条件，通过所述全球波浪数学模型生成新的全球波浪数据，在所述新的全球波浪数据中，东边界的新的波浪能量数据和西边界的新的波浪能量数据均包含所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据以及所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据，从而将全球波浪在所述边界处联通。
在一些实施例中，所述预设的波浪生成条件包括风场条件。
在一些实施例中，所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据所跨越的纬度范围为77.5°N至77.5°S。
在一些实施例中，所述装置还包括：
检验点选取模块，用于分别从所述东边界和所述西边界上选取多个检验点，构成多个检验点对，其中，每个检验点对中的两个检验点位于所述东边界和所述西边界的相同纬度；
第一检验模块，用于检验每个检验点对的波浪能量数据是否符合第一检验条件，其中，所述第一检验条件为：每个检验点对中选自于东边界的检验点的波浪能量数据包含东边界以西水域所形成的波浪传播至相应检验点所产生的波浪能量数据以及西边界以东水域所形成的波浪传播至相应检验点对中位于西边界的检验点所产生的波浪能量数据，以及每个检验点对中选自于西边界的检验点的波浪能量数据包含西边界以东水域所形成的波浪传播至相应检验点所产生的波浪能量数据以及东边界以西水域所形成的波浪传播至相应检验点对中位于东边界的检验点所产生的波浪能量数据；
第二检验模块，用于检验每个检验点对的波浪数据是否符合第二检验条件，其中，所述第二检验条件为：每个检验点对中的两个检验点的波浪数据一致；
联通判断模块，用于如所述多个检验点对的波浪能量数据符合所述第一检验条件，并且所述多个检验点对的波浪数据符合所述第二检验条件，判断全球波浪在所述边界处联通。
在一些实施例中，所述波浪数据包括波浪能量数据和/或波浪参数，所述波浪参数至少包括波高和波周期。
在一些实施例中，所述波浪参数还包括波向。
图10示出了本发明实施例的电子设备。如图10所示，电子设备1000包括：至少一个处理器1010，以及与至少一个处理器1010通信连接的存储器1020，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行的方法。
具体地，上述存储器1020和处理器1010经由总线1030连接在一起，能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器1010运行存储器620存储的计算机程序时，能够执行本发明实施例中结合图2至图8所描述的各项操作和功能。
在本发明实施例中，电子设备1000可以包括但不限于：个人计算机、服务器计算机、工作站、桌面型计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、移动计算设备、智能电话、平板计算机、个人数字助理（PDA）、手持装置、消息收发设备、可佩带计算设备等等。
本发明实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现的方法。具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机或处理器读出并执行存储在该存储介质中的指令。从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此机器可读代码和存储机器可读代码的存储介质构成了本发明的一部分。
存储介质包括但不限于软盘、硬盘、磁光盘、光盘、磁带、非易失性存储卡和ROM。还可以通过通信网络从服务器计算机上或者云上下载程序代码。
需要说明的是，上述各流程和各系统结构中，不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际需要忽略某些步骤和单元。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行确定。上述各实施例中的描述的装置结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构。某个模块或单元可能由同一物理实体实现，某个模块或单元可能由多个物理实体分别实现，某个模块或单元还可以由多个独立设备中的多个部件共同实现。
尽管本发明实施例的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明实施例的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明实施例并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (9)
1.一种全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法，其特征在于，包括：
根据预设的波浪生成条件，通过全球波浪数学模型生成基于地球投影平面的全球波浪数据，其中，所述地球投影平面的边界包括东边界和西边界；
从所述全球波浪数据中提取所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，所述东边界的波浪能量数据为所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据，所述西边界的波浪能量数据为所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据；
向所述全球波浪数学模型输入所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，将所述东边界的波浪能量数据设置为所述西边界的边界条件，将所述西边界的波浪能量数据设置为所述东边界的边界条件；
根据所述预设的波浪生成条件、所述东边界的边界条件和所述西边界的边界条件，通过所述全球波浪数学模型生成新的全球波浪数据，在所述新的全球波浪数据中，东边界的新的波浪能量数据和西边界的新的波浪能量数据均包含所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据以及所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据，从而将全球波浪在所述边界处联通。
2.如权利要求1所述的全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法，其特征在于，所述预设的波浪生成条件包括风场条件。
3.如权利要求1所述的全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法，其特征在于，所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据所跨越的纬度范围为77.5°N至77.5°S。
4.如权利要求1所述的全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法，其特征在于，在所述根据所述预设的波浪生成条件、所述东边界的边界条件和所述西边界的边界条件，通过所述全球波浪数学模型生成新的全球波浪数据，在所述新的全球波浪数据中，东边界的新的波浪能量数据和西边界的新的波浪能量数据均包含所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据以及所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据，从而将全球波浪在所述边界处联通之后，所述方法还包括：
分别从所述东边界和所述西边界上选取多个检验点，构成多个检验点对，其中，每个检验点对中的两个检验点位于所述东边界和所述西边界的相同纬度；
检验每个检验点对的波浪能量数据是否符合第一检验条件，其中，所述第一检验条件为：每个检验点对中选自于东边界的检验点的波浪能量数据包含东边界以西水域所形成的波浪传播至相应检验点所产生的波浪能量数据以及西边界以东水域所形成的波浪传播至相应检验点对中位于西边界的检验点所产生的波浪能量数据，以及每个检验点对中选自于西边界的检验点的波浪能量数据包含西边界以东水域所形成的波浪传播至相应检验点所产生的波浪能量数据以及东边界以西水域所形成的波浪传播至相应检验点对中位于东边界的检验点所产生的波浪能量数据；
检验每个检验点对的波浪数据是否符合第二检验条件，其中，所述第二检验条件为：每个检验点对中的两个检验点的波浪数据一致；
如所述多个检验点对的波浪能量数据符合所述第一检验条件，并且所述多个检验点对的波浪数据符合所述第二检验条件，判断全球波浪在所述边界处联通。
5.如权利要求4所述的全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法，其特征在于，所述波浪数据包括波浪能量数据和/或波浪参数，所述波浪参数至少包括波高和波周期。
6.如权利要求5所述的全球波浪数学模型中边界处波浪的联通方法，其特征在于，所述波浪参数还包括波向。
7.一种全球波浪数学模型中边界处波浪的联通装置，其特征在于，包括：
全球波浪生成模块，用于根据预设的波浪生成条件，通过全球波浪数学模型生成基于地球投影平面的全球波浪数据，其中，所述地球投影平面的边界包括东边界和西边界；
波浪能量数据提取模块，用于从所述全球波浪数据中提取所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，所述东边界的波浪能量数据为所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据，所述西边界的波浪能量数据为所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据；
边界条件设定模块，用于向所述全球波浪数学模型输入所述东边界的波浪能量数据和所述西边界的波浪能量数据，将所述东边界的波浪能量数据设置为所述西边界的边界条件，将所述西边界的波浪能量数据设置为所述东边界的边界条件；
全球波浪联通模块，用于根据所述预设的波浪生成条件、所述东边界的边界条件和所述西边界的边界条件，通过所述全球波浪数学模型生成新的全球波浪数据，在所述新的全球波浪数据中，东边界的新的波浪能量数据和西边界的新的波浪能量数据均包含所述东边界以西水域所形成的波浪传播至所述东边界所产生的波浪能量数据以及所述西边界以东水域所形成的波浪传播至所述西边界所产生的波浪能量数据，从而将全球波浪在所述边界处联通。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-6中任一项所述的方法。
9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时，实现权利要求1-6中任一项所述的方法。
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