我国自主研制“妈祖·波浪”预告形式！科技之眼，看护蓝色家乡

出品：科普我国

作者：舟舟（大连理工大学）

监制：我国科普饱览

编者按：为展示智能科技动态，科普我国前沿科技项目推出“人工智能”系列文章，一窥人工智能前沿开展，回应种种关心与猎奇。让咱们一起探求，迎候智能年代。

近来，据《我国日报》报导，从天然资源部得悉，由国家海洋环境预告中心自主研制的“妈祖·波浪”预告形式，已取得屡次成功运用，保证了严重赛事的顺畅举行，有力助推了波浪灾祸预警。

名之所起

在广袤无垠的海洋国际里，波浪的崎岖改变常常隐藏着不知道的危险与机会。为了更好地洞悉波浪的奥妙，保证人类在海洋活动中的安全与利益，科学家们不断探究立异，研制出了先进的波浪预告形式，其间“妈祖·波浪”预告形式就是一颗灿烂的科技明珠。她像一双亮堂的眼睛，带领人类洞悉波浪的奥秘。

“妈祖·波浪”预告形式，这一姓名一起而赋有深意。妈祖，作为我国沿海地区广受爱崇的海神，标志着护佑与安全；而波浪，则代表着海洋中最具动态和改变的力气。将两者结合，不只体现了对海洋的敬畏与尊重，更包含着凭借科技力气看护海洋、保证人类与海洋调和同处的夸姣愿景。

波浪包含无尽力气

（图片来历：veer图库）

细密网格与多要素考量的魔法

为了完成精确的预告，先进的波浪数值预告形式多选用高分辨率的核算网格，可以幻想成是用更细密的网去捕捉海洋中的纤细改变。网格越细密，得出的数值对海洋中杂乱地势、水流和气候条件的描绘就越精确，这种核算网格生成技能被广泛运用于气候或海洋预告形式。

特别要说到的是，在对海洋的观测数据进行搜集和剖析时所选用的搜集数据的途径非常丰厚，以求完成精准的成果。

例如，在海洋中安置许多的浮标和观测站，它们可以实时丈量风速、风向、气压、海洋温度、波浪高度等要害参数，并将数据传输回数据中心；也可以经过卫星搭载的各种传感器，获取大面积的海洋外表信息，包含海外表温度、海流速度、波浪特征等；还有过往的商船、科研船等在飞行过程中进行观测，记载相关的海洋和气候数据。

一起还有气候部分的大规划数值气候预告数据，沿海地区设置的海洋雷达可以监测近岸的波浪状况，运用声学原理丈量海洋中的物理参数……这些数据就像是拼图的碎片，为形式供给了开始的根底信息。

海滨的调查点

（图片来历：veer图库）

一般来说，核算网格生成技能的详细运用过程如下：

确认需求：依据预告区域的规划和所需的精度要求，清晰网格的总体布局和分辨率。这需求归纳考虑海洋环境的杂乱性以及详细的预告运用需求。

渤海湾散布的调查站

（图片来历：参考文献2）

区分单元格：运用先进的数值算法和模型构建技能，将预告区域区分为一系列规矩或不规矩的单元格。在区分过程中，会依据海洋中的地势、水流、气候等要素对单元格的巨细和形状进行调整。例如，在海洋地势杂乱、水流改变剧烈或气候条件特别的区域，单元格可能会区分得更小，以更精确地模仿这些区域的改变。

考虑要害地舆特征：充沛注重海洋中的要害地舆特征，如海岸线、岛屿、海沟等。关于接近这些特征的区域，进一步加密网格，使其愈加细密。这样可以更精确地描绘海洋环境在这些特别地舆位置邻近的改变状况。

运用网格确认详细地舆特征

（图片来历：参考文献1）

选用多层嵌套网格技能：为进步核算功率和精度，运用多层嵌套网格技能。即在大规划的低分辨率网格根底上，针对要点重视的部分区域，嵌套入更高分辨率的网格。这样可以在保证核算功率的一起，对特定区域进行更精细地模仿和预告。

优化网格：运用优化算法对网格进行优化，以削减核算误差并进步模仿的精确性。经过不断调整和改善网格的散布和参数，使其更符合实践海洋环境的特色和物理规则，然后进步波浪预告的精度和可靠性。

运用模型输入数据进行猜测

（图片来历：参考文献1）

从科普的视点来看，“妈祖·波浪”预告形式就像是一个智能的海洋流猜测器。它可以“学习”海洋活动的形式，并“记住”这些形式，以便在未来的某个时刻点，当给定当时的海洋状况时，可以精确猜测海流的走向。这就像是一个经历丰厚的船长，经过调查天空和海面的改变，可以猜测气候和海流，然后做出最佳的飞行决议计划。

逾越传统的杰出体现

与传统的波浪预告办法比较，“妈祖·波浪”预告形式具有明显的优势。传统办法往往依赖于经历公式和简略的核算模型，其预告精度和时空分辨率有限。

而“妈祖·波浪”形式可以做到的许多：一是先进的六边形网格及动力结构，可以在要点加密海域和南北极高纬度海域取得高精度预告成果；二是高效的卷积波波非线性效果项算法，使其核算功率进步三分之一；三是优异的大规划并行可扩展性，可展开13万CPU核的超规划并行核算；四是抢先的GPU并行加快才能，单台GPU服务器的核算才能相当于90台CPU服务器，核算能耗下降约88%。

多范畴的奇特助力

妈祖·波浪预告形式运用范畴非常广泛。它是海洋工程的坚实护盾——精确的波浪预告关于海上途径的规划、建造和运营至关重要。

它可以协助工程师们评价波浪对途径结构的冲击力气，合理规划防护办法，保证途径的安全安稳；是航运业的安全导航——提早了解波浪状况可以优化航线规划，防止船只在恶劣海况中飞行，削减飞行危险，进步运送功率；是渔业的丰盈诀窍——依据波浪状况挑选适宜的渔场和作业时刻，添加渔获量，保证渔业生产的安全；更是沿海旅行的交心同伴——旅行景区可以依据预告提早做好安全防范办法，提示游客留意波浪危险，合理安排水上活动。

精确的波浪预告供给愈加便当的渔业条件

（图片来历：veer图库）

一起，精确的波浪预告还能为冲浪、帆板等水上运动爱好者供给最佳的运动机遇和地址，进步他们的运动体会。

研制背面的艰苦征程

但是，“妈祖·波浪”预告形式的研制并非一蹴即至，背面凝聚着很多科研人员的辛勤努力和智慧结晶。

在研制过程中，研究人员们面临着许多技能难题和应战。例如，怎么进步形式对杂乱海洋环境的适应性，怎么处理海量的观测数据和核算成果，怎么验证和改善形式的预告精度等。为了处理这些问题，科研团队不断进行技能立异和优化，展开许多的数值试验和实地观测验证，逐步完善和进步了形式的功能。

为了保证“妈祖·波浪”预告形式的精确性和可靠性，严厉的验证和评价作业必不可少。科研人员会将预告成果与实践观测数据进行比照剖析，核算误差目标，评价形式在不同海况和时节条件下的体现，经过不断地反应和改善，形式的预告精度得以持续进步。

一起，为了让更多的人可以快捷地获取波浪预告信息，相关部分还建立了完善的信息发布途径和服务体系。经过网站、手机运用、广播电视等多种途径，及时向大众发布波浪预告产品，让人们可以提早做好应对预备。

经天然资源部正式同意，由国家海洋环境预告中心（天然资源部海啸预警中心）自主研制的“质量守恒海洋环流数值形式‘妈祖1.0’”(英文名称：Mass Conservation Ocean Model,简称MaCOM1.0)于2021年12月29日正式发布

（图片来历：国家海洋预告台 ）

科技之眼，海洋之福

在2024年第3号超强飓风“格美”影响期间，我国自主研制的“妈祖·波浪”形式初次被用于波浪预警，为波浪的及时、精确预警供给了重要支撑。跟着科技的不断进步和海洋经济的快速开展，“妈祖·波浪”预告形式也在不断演进和完善。未来，它有望与人工智能、大数据等新式技能深度交融，进一步进步预告精度和时效性。

一起，跟着全球气候改变对海洋环境的影响日益明显，形式也将在应对极点海况、海洋灾祸预警等方面发挥愈加重要的效果。信任在未来，这一科技之眼将持续照亮咱们与海洋同行的路途，助力人类与海洋的调和共生，一起编写蓝色开展的新篇章。

参考文献：

1.XIE Cui，CHEN Ping，MAN Tenghao，DONG Junyu.STCANet:Spatiotemporal Coupled Attention Network for Ocean Surface Current Prediction[J].Journal of Ocean University of China,2023,第22卷(2): 441-451

2.Cifu Fu;Jie Xiong;Fujiang Yu.Storm surge forecasting based on physics-informed neural networks in the Bohai Sea[J].Journal of Physics: Conference Series,2024,Vol.2718: 012057