ADCIRC模式与Python融合技术应用

前言：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。

除此之外，ADCIRC也是我国潮汐、风暴潮洪水等科研和业务预报的主流模式。作为水动力模式中的佼佼者，ADCIRC功能齐全，无论是作为业务预报的工具还是科研工具，都是不二的选择。

Python是功能强大、免费、开源，实现面向对象的编程语言，在数据处理、科学计算、数学建模、数据挖掘和数据可视化方面具备优异的性能。在快速上手Python语言的基础上，将Python语言结合应用在ADCIRC模式的前后处理当中，助力ADCIRC模式的使用，并且未来可以在海洋、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。

ADCIRC模式与Python融合技术应用

一、ADCIRC背景与原理

1.1介绍ADCIRC模式的历史背景、优势，以及在海洋中的常用场景。

1.2介绍数值模式基本理论，ADCIRC使用方程与参数化方案，深层次了解ADCIRC的原理，为后面ADCIRC运行打下基础。

二、ADCIRC的编译与安装

2.1 Linux基础教学，教学将以Linux下实例进行，提前了解Linux基础语法。

（1）虚拟机的安装使用（课前辅导）

（2）Linux基础命令

（3）环境变量设置与管理

2.2 ADCIRC编译与安装。

（1）基础库安装（zlib、netcdf、mpich等）

（2）模式安装（ADCIRC单独和ADCIRC+SWAN）

三、ADCIRC模式前处理

3.1 matlab软件安装（课前辅导）

3.2网格生成，ADCIRC运行关键文件，提供matlab生成网格代码，绘制模拟区域网格；SMS网格制作教学。

3.3 ADCIRC运行前处理，包括风场文件、底摩擦文件制作；ADCIRC运行方法实践教学。

3.4控制参数，对运行控制参数和各参数化方案进行详细解读。

四、 ADCIRC案例分析

4.1利用模型风场进行台风风暴潮模拟

（1）Holland模型风场介绍

（2）实例运行与SMS可视化

（3）风暴潮增水验证

4.2利用ERA5风场进行温带风暴潮模拟

（1）ERA5资料介绍及下载

（2）脚本制作通用风场文件

（3）实例运行经验与调参注意事项

4.3天文潮模拟

（1）天文潮数据介绍与制作

（2）开边界条件设置

（3）计算不稳定、溢出问题分析

五、 Python基础与科学计算

5.1 Python入门和安装

（1）Python背景及其在海洋和气象中的应用

（2）Anaconda解释和安装以及Jupyter配置

（3）Python基础语法

5.2 科学数据处理基础库

（1）Numpy库

（2）Pandas库

（3）Scipy库

（4）Matplotlib和Cartopy库

六、ADCIRC模式后处理

以Python为例，对每个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）Python绘制ADCIRC站点序列图、潮位图

（2）Python绘制最大风暴增水分布图

（3）Python绘制大气驱动场

（4）误差统计评估等

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