(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210629521.8 (22)申请日 2022.06.01 (71)申请人 生态环境部华 南环境科 学研究所 （生态环境部生态 环境应急研究所） 地址 510535 广东省广州市黄埔区瑞和路 18号 (72)发明人 周雯　耿兵绪　曹茜　逯玲燕　 (74)专利代理 机构 北京栈桥知识产权代理事务 所(普通合伙) 11670 专利代理师 刘婷 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G06Q 10/06(2012.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 一种南海 北部三维物理-生态耦合模 型的构 建方法及其应用 (57)摘要 本发明公开了一种南海 北部三维物理‑生态 耦合模型的构建方法及其应用， 方法包括S1、 根 据南海北部物理指标拟合控制方程， 然后对控制 方程进行网格离散、 垂向积分、 求解计算， 得到南 海北部三维物理模型； S2、 根据南海北部生态指 标拟合控制方程； 然后对控制方程进行参数优 化， 得到南海北部生态模型； S3、 对三维物理模型 和生态模型进行开边界条件设置， 并对各物理参 数和生态 参数进行进行混合和重分布， 得到南海 北部三维物理 ‑生态耦合模型； S4、 利用南海北部 三维物理 ‑生态耦合模型对各生态数据进行模拟 验证； 本发明设计合理， 为定量研究潮汐对无机 氮营养物质跨陆架输运的作用机理提供了可靠 的理论依据。 权利要求书2页 说明书8页 附图1页 CN 115017701 A 2022.09.06 CN 115017701 A 1.一种南海北部三维物理 ‑生态耦合模型的构建方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 构建南海北部三维物理模型； S1‑1、 采集南海北部水域流速指标、 温度指标和盐度指标， 然后根据所述流速指标、 温 度指标和盐度指标拟合 南海北部三维物理模型控制方程； S1‑2、 对步骤S1 ‑1所得物理模型控制方程进行网格离散处理； 然后获取物理模型控制 方程各参数在水平网格以及垂向网格内的分布； S1‑3、 将步骤S1 ‑2处理后的物理模型控制方程进行垂向积分， 并将物理模型控制方程 的求解过程从三 维的控制方程中分离出来， 然后在垂向积分方程中进 行求解； 同时， 将南海 北部水域流速指标、 温度指标和盐度指标在内模态中进行计算， 得到南海北部三维物理模 型； S2、 构建南海北部生态模型； S2‑1、 采集南海北部水域的浮游植物指标、 叶绿素指标、 浮游动物指标和有机颗粒物指 标， 根据所述浮游植物指标、 叶绿素指标、 浮游动物指标、 有机颗粒物指标， 拟合南海北部生 态模型控制方程； S2‑2、 对步骤S2 ‑1所得生态模型控制方程进行参数优化， 然后通过所述生态模型控制 方程计算南海北部水域中无机氮与生物体内有机氮浓度的变化， 定量南海 北部生态模型中 物质流动与转 化， 得到南海北部生态模型； S3、 模型耦合； S3‑1、 对步骤S1 ‑2所得南海北部三维物理模型和步骤S2 ‑2所得南海北部生态模型进行 开边界条件设置， 通过南海北部三维物理模型计算所述流速指标、 温度指标和盐度指标在 混合层的分布； 随后通过混合层深度计算结果将所述浮游植物指标、 叶绿素指标、 浮游动物 指标、 有机 颗粒物指标在垂直方向上进行混合和重分布； S3‑2、 将所述浮游植物指标、 叶绿素指标、 浮游动物指标、 有机颗粒物指标输入南海北 部生态模型中， 模拟各指标的分布变化， 即可 得到南海北部三维物理 ‑生态耦合模型； S4、 耦合模型验证； 利用步骤S3 ‑2所得南海北部三维物理 ‑生态耦合模型在不同季节对南海北部环流数 据、 海表温度数据、 海表叶绿素 数据进行模拟验证。 2.根据权利要求1所述的一种南海北部三维物理 ‑生态耦合模型的构建方法， 其特征在 于， 步骤S1 ‑1中， 南海北部水域流速指标、 温度指标和盐度指标采集时， 利用细节层次技术 建立同一地区的多分辨率结构模型， 根据视点的变化， 动态采集不同分辨率的物理指标数 据。 3.根据权利要求1所述的一种南海北部三维物理 ‑生态耦合模型的构建方法， 其特征在 于， 步骤S4完成后， 对所述南海北部三维物理 ‑生态耦合模型进行敏感性试验， 具体操作如 下： 将所述浮游 植物指标、 叶绿素指标、 浮游动物指标、 有机颗粒物指标均增大5 ‑10％， 计算 海表叶绿素数据的变化率以及上述各个生态指标变化率的比值， 确定各个生态指标的敏感 程度。 4.根据权利要求1所述的一种南海北部三维物理 ‑生态耦合模型的构建方法， 其特征在 于， 步骤S2 ‑1中， 首先对 所述浮游 植物指标、 叶绿素指标、 浮游动物指标、 有机颗粒物指标进 行精炼和剔除处 理， 然后采用反距离 权重插值法进行处 理。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115017701 A 25.根据权利要求1所述的一种南海北部三维物理 ‑生态耦合模型的构建方法， 其特征在 于， 步骤4中， 首先对所述环流数据、 海表温度数据、 海表叶绿素数据进行标准化， 然后加权 平均计算综合数据。 6.根据权利要求1所述的一种南海北部三维物理 ‑生态耦合模型的构建方法， 其特征在 于， 步骤S1 ‑1和步骤S2 ‑1中， 物理模型控制方程和生态模型控制方程采用曲线正交坐标系 统进行水平网格划分。 7.根据权利要求1所述的一种南海北部三维物理 ‑生态耦合模型的构建方法， 其特征在 于， 步骤S3 ‑1中， 所述混合层深度计算在同一个时间段内， 采用变量的相互传递进行内 ‑外 模态的耦合计算。 8.根据权利要求1所述的一种南海北部三维物理 ‑生态耦合模型的构建方法， 其特征在 于， 步骤S4进行之前， 对所述环流数据、 海表温度数据、 海表叶绿素数据进行数据格式转换 和坐标系转 化处理。 9.一种如权利要求1 ‑8任意一项所述方法的应用， 其特征在于， 应用于研究潮汐对陆架 环流及跨陆架的水体和无机氮营养物质输运的影响， 为南海北部近岸海洋环境治理方提供 理论依据。 10.根据权利要求9所述的一种南海北部三维物理 ‑生态耦合模型的构建方法， 其特征 在于， 步骤S1 ‑1和步骤S2 ‑1中， 物理模型控制方程和生态模型控制方程采用曲线正交坐标 系统进行 水平网格划分。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115017701 A 3