利用蜕变测试验证海洋软件

推进海洋科学对世界上诸多领域的发展具有重大影响，从船舶安全航行到维持健康多样的海洋生态系统。各类海洋软件系统已被广泛采用以服务于不同目的，例如预测海岸线每小时海平面高程、模拟大规模海洋环流，以及集成到地球系统模型中用于天气预报与气候预估。尽管意义重大，保障海洋软件与建模系统的可信性却是一项长期挑战。海洋软件的测试深受所谓 oracle 问题的困扰，该问题主要指由于多个物理变量的非线性相互作用以及计算的高复杂性而导致测试 oracle 的缺失。在海洋中，观测到的潮汐信号被非确定性物理变量扭曲，阻碍我们获知时间序列中存在的“真实”天文潮分量。本文中，我们展示如何基于蜕变测试（MT，一种针对 oracle 问题简单而有效的测试方法）来测试潮汐分析与预测（TAP）软件。特别地，我们从天文潮的周期性构造蜕变关系，并成功利用它们检测到一个开源 TAP 软件中的实际缺陷。我们还进行了一系列实验以进一步证明 MT 在 TAP 软件测试中的适用性与有效性。我们的研究不仅证实了 MT 在测试更复杂海洋软件与建模系统方面的潜力，也可推广用于评估并改进更广泛科学仿真软件系统的质量。