基于18.6年卫星高度计资料对南海潮汐的分析与研究

利用TOPEX/Poseidon,Jason-1/2共18.6年卫星高度计资料(含变轨后资料),采用最小二乘调和分析法,提取南海12个分潮(Sa,Ssa,Mm,Mf,Q1,O1,P1,K1,N2,M2,S2和K2)调和常数,与沿岸及岛屿58个验潮站数据拟合较好。结果表明,采用更长时间序列的卫星高度计数据,尤其是增加变轨后的资料,分析所得结果得到明显改善。结合沿岸及岛屿264个验潮站数据,绘制4个主要分潮(M2,S2,K1和O1)的等振幅线和同潮时线,较好的展现了南海潮汐分布特征。     

渤海M2分潮的伴随模式数值实验

根据渤海海域内M2潮汐调和常数的实测值,采用伴随方法来反演出开边界处的潮汐调和常数.为了取得较好的数值模拟结果,同时对给定的底摩擦系数进行了校正并对水深进行了微调.做了4个实验,并分别计算出调和常数的实测值与模拟值之差的绝对平均值:(1)只用19个验潮站的潮汐调和常数;振幅差为2.4cm,迟角差为5.0°.(2)只用37个观测点的高度计资料;振幅差为4.4cm,迟角差为5.7°.(3)同时利用19个验潮站的潮汐调和常数和37个观测点的高度计资料;振幅差为5.5cm,迟角差为8.5°.(4)同时利用19个验潮站的潮汐调和常数和14个观测点的高度计资料;振幅差为3.3cm,迟角差为5.6°.4个实验结果都较好地体现了渤海M₂潮波的特征.     

基于卫星高度计资料提取浙江近海的潮汐信息

利用Topex/Poseidon(T/P)、Jason-1和Jason-2卫星24a的原始轨道及6a的变轨轨道高度计资料,对浙江近海区域内进行潮汐调和分析,得到8个主要分潮(Q_1、O_1、P_1、K_1、N_2、M_2、S_2和K_2)的调和常数.比较卫星轨道交叉点处潮汐调和常数结果显示,8个分潮总体综合误差在原始轨道,变轨轨道及原始轨道与变轨轨道交叉点处的和方根RSS值分别为3.16、7.02、5.54cm;用卫星高度计资料及31个近岸验潮站得到的潮汐分布与21个验潮站资料结果进行比较,M_2、S_2、N_2、K_1和O_1主要分潮的多点向量均方根偏差分别为4.32、3.64、1.97、2.61、1.83 cm;本研究结果与前人数值模拟结果比较显示M2、S2分潮在对比点处的多点向量均方根偏差在11、8 cm左右,最后给出了浙江近岸及近海区域更为精确的5个主要分潮(M_2、S_2、N_2、K_1和O_1)的同潮图.     

一种建立南海浅海海域高精度潮汐模型方法的研究

针对应用高度计数据建立的海潮模型在浅海海域精度较低的现状,提出采用移去-恢复技术联合利用19a T/P、Jason-1卫星原始轨道、变轨轨道高度计数据建立南海浅海海域高精度潮汐模型的方法。处理卫星高度计数据时以平均海平面为基准面,按纬差0.1°间隔采用沿迹分析提取南海海域原始轨道2 184个正常点和变轨轨道1 626个正常点;分别对原始轨道、变轨轨道正常点进行调和分析以及响应分析,得到潮汐主要分潮调和常数;进一步建立网格潮汐模型,讨论了不同分辨率潮汐模型的精度差异。基于验潮站数据集结果运用移去-恢复技术对所建潮汐模型进行改进,改进后潮汐模型4个最主要分潮O_1,K_1,M_2和S_2的RMS分别提高至7.76,9.40,13.86和8.51cm,RSS达到20.32cm,表明移去-恢复技术能够明显改善潮汐模型在浅海海域的精度。     

利用T/P 卫星高度计资料调和分析南海潮汐信息

利用j,v模型调和分析1992～2002年共10 a的TOPEX/Poseidon(T/P)海面高度距平资料,提取了南海K1,O1,P1,Q1,M2,S2,N2和K2等8个主要分潮的潮汐调和常数。分析比较了卫星上下行轨道的19个交叉点的振幅和迟角,其中M2,S2,K1和O1的平均向量均方根偏差分别是1.5,1.1,2.5和1.4 cm;将交叉点的调和常数与TPXO7.2模式的结果进行了比较,结果表明M2,S2,K1和O1分潮振幅的绝对平均误差均小于3 cm,迟角的最大绝对平均误差为7.8°。选取了与卫星轨道较近的8个验潮站,对验潮站的实测数据调和常数和本文所得调和常数进行了比较,结果显示K1分潮的向量均方根偏差为4.7 cm,M2分潮的向量均方根偏差为3.7 cm。论文结果表明利用j,v模型调和分析方法对南海海域卫星高度计资料进行潮汐信息提取是可靠的,并可为局部重力场的研究提供海洋潮汐改正数据,有一定的参考价值。     

基于卫星高度计数据的全球海洋潮汐特征分析

本文基于长度为18.61年(1992-10-03～2011-04-29)的TOPEX/Poseidon,Jason-1及Jason-2卫星高度计沿轨数据,选择全球海域48 943个计算点进行调和分析,提取了四大分潮(M_2,S_2,K_1,O_1)的潮汐调和常数。与分布在不同水深下的162个验潮站分析结果对比,四大分潮的矢量均方根误差在水深超过200 m时分别为5.28,4.17,2.41和1.17 cm,表明分析结果真实可信。同时,全球潮汐模式TPXO9.1输出结果也佐证了卫星高度计数据所得同潮图的准确性。在此基础上探究了在18.61年跨度上全球海洋的潮汐特征的变化,对该18.61年中最初2.97年(1992-10-03～1995-09-18)和最末2.97年(2008-05-13～2011-04-29)的资料调和分析并对比M_2分潮的结果,发现全球大部分海域振幅和迟角变化不大;振幅变化在中国近海可达10 cm,迟角变化大多分布在无潮点附近,日本海周边海域及泰国湾北侧则有30°左右的变化。     

基于T/P 和Jason-1 高度计数据的渤黄东海潮汐信息提取

对19 a 的TOPEX/POSEIDON(以下称T/P)和Jason-1 卫星高度计测高数据进行调和分析, 得到渤黄东海海域的8 个主要分潮(M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1 和Q1)。提出一种将两类卫星高度计数据统一的方法, 消除了因两类卫星高度计校正算法等不同所导致的相互之间的偏差。变轨后的T/P与Jason-1 卫星加密了高度计对潮汐观测的空间分布。通过对交叉点处升轨与降轨的潮汐调和分析结果进行比较, 检验调和分析方法及高度计数据的可靠性; 将基于高度计数据的调和分析结果与验潮站资料进行比较, 以检验其正确性。4 个主要分潮(M2、S2、K1、O1)振幅之差的均方根介于1.0~1.8 cm, 迟角之差的均方根介于4.1°~7.8°。与已有研究结果相比, 调和分析结果的精确性有所提高。在此基础上, 综合变轨前后两类高度计测高数据的调和分析结果, 给出并分析了渤黄东海4 个主要分潮的同潮图。     

卫星高度计数据样本大小对潮汐信息提取的影响

对3颗高度计卫星TOPEX/POSEIDON(TP),Jason-1(J1),Jason-2(J2)自1992—2011年683个重复周期,共18.6年的数据进行分析,得到全球海洋潮汐调和常数,并重点分析了采用不同样本大小的卫星高度计数据对潮汐信息提取的准度和精度所带来的影响。研究结果表明,参与分析的卫星高度计数据观测样本数的增加可以降低其反演潮汐各分潮振幅时的误差。观测时间为18.6年的高度计数据调和分析所得的主要半日分潮与实测比较,其振幅差相比于利用10年数据的计算结果减小约0.5cm;但是由于忽略了卫星更替过程所带来的观测时间差来进行调和分析,将会对计算分析过程中产生的迟角误差造成影响,主要全日分潮的迟角误差增加约2°,而半日潮迟角误差的改变则比较小。本文进一步用理想化实验解释了造成这种迟角计算误差变化的原因,比较了轨道交叉点上,由卫星在升轨和降轨2个轨道上各自的观测数据计算得到的调和常数,发现随着参与分析的高度计观测样本数的增加,调和分析计算潮汐调和常数时的内符精度也会显著提高。利用18.6年数据比利用10年数据进行调和分析时,主要半日潮调和常数的精度提高了约7%。     

全球大洋潮汐模式在南海的准确度评估

采用南海海域60个验潮站和22个TOPEX/Poseidon卫星高度计轨道交叉点的调和常数资料,对比了TPXO7.2、GOT00.2、NAO.99b和DTU10四种全球大洋潮汐模式M2、S2、K1、O1四个主要分潮调和常数在南海的准确度。为了准确评估这四种大洋潮汐模式在南海不同区域的准确度,本研究将南海分成了8个区分别进行了对比。结果表明,南海北部和东部区域,4个分潮都是DTU10准确度最高;南部区域,M2和O1分潮GOT00.2的偏差最小,S2和K1分潮DTU10的偏差最小。总体而言,在进行南海潮汐数值模拟选择开边界条件时,建议以DTU10模式为主,并利用GOT00.2模式作适当调整。还简单分析了南海M2、S2、K1、O1四个主要分潮的潮汐分布特征。     

南海潮汐的伴随同化数值模拟

把利用正交潮响应方法对 2 4 8个周期超过 6年的南中国海的TOPEX/Poseidon卫星高度计资料进行潮波分析提取的沿轨分潮调和常数同化到二维非线性潮汐数值模式中去 ,优化模型中的开边界条件和底摩擦系数 ,模拟了南海m1 和M2 分潮的潮汐。所用的同化方法是伴随同化。根据计算结果给出了m1 和M2 分潮的同潮图。计算结果与 5 9个验潮站资料的比较结果是 :m1 分潮的振幅和迟角的平均绝对误差分别是 4.8cm和 8.7°;M2 分潮的振幅和迟角的平均绝对误差分别是 4.3cm和 1 1 .0°,表明计算结果与验潮站资料符合良好。研究结果表明 ,利用伴随同化方法把TOPEX/Poseidon资料同化到潮汐数值模式中去对模式进行校正是有效的     

Numerical study of tidal dynamics in the South China Sea with adjoint method

We adopt a parameterized internal tide dissipation term to the two-dimensional (2-D) shallow water equations, and develop the corresponding adjoint model to investigate tidal dynamics in the South China Sea (SCS). The harmonic constants derived from 63 tidal gauge stations and 24 TOPEX/Poseidon (T/P) satellite altimeter crossover points are assimilated into the adjoint model to minimize the deviations of the simulated results and observations by optimizing the bottom friction coefficient and the internal tide dissipation coefficient. Tidal constituents M₂, S₂, K₁ and O₁ are simulated simultaneously. The numerical results (assimilating only tidal gauge data) agree well with T/P data showing that the model results are reliable. The co-tidal charts of M₂, S₂, K₁ and O₁ are obtained, which reflect the characteristics of tides in the SCS. The tidal energy flux is analyzed based on numerical results. The strongest tidal energy flux appears in the Luzon Strait (LS) for both semi-diurnal and diurnal tidal constituents. The analysis of tidal energy dissipation indicates that the bottom friction dissipation occurs mainly in shallow water area, meanwhile the internal tide dissipation is mainly concentrated in the LS and the deep basin of the SCS. The tidal energetics in the LS is examined showing that the tidal energy input closely balances the tidal energy dissipation.     

Distribution of 9 Principal Tidal Constituents and Tide Prediction for the East China Sea

By use of the hydrodynamic model,the harmonic constants of 8 principal tidal constituents(Q_1,O_1,P_1,K_1,N_2,M_2,S_2andK_2)are obtained for the East China Sea,and the harmonic constant ofS_a is calculated by two-dimensional interpolation.The calculated results agree well with the observed dataaround the sea.The harmonic constants can be used to predict the tide in the East China Sea.The cotidalcharts of the 9 tidal constituents reveal their distribution.     

利用TOPEX/Poseidon卫星高度计资料提取黄海、东海潮汐信息的研究

为了更好地利用卫星测高数据分析黄海和东海的潮汐特性 ,对 1 993— 1 999年期间的TOPEX/Poseidon测高数据进行了质量控制和共线平差处理。在此基础上 ,在黄海、东海选取了 1 738个测高点 ,用最小二乘拟合法计算出 1 2个分潮的调和常数。计算得出的M2 和m1分潮的调和常数 ,在交叉点评估的内符精度振幅分别为 2 4cm和 0 8cm ,迟角分别为 2 3°和2 5°。测高点与附近验潮站的这两个分潮结果相比 ,振幅的均方根误差小于 4cm ,而迟角相差较大。这可能与验潮站的地理环境因素有关。用卫星测高数据算得的调和常数绘制的主要分潮特性图与现有常规观测得到的相应图进行了比较 ,在外海深水区两者符合较好 ;近岸由于卫星测高误差较大 ,所以两者符合差。     

Characteristics of Tide in The South China Sea

Based ourself mainly on the harmonic constant in the tide table (English-edition), we acquire data from 320 tidal observatories, calculate the different tidal ranges and cotidal hours of the South China Sea, and by the contour line method, draw the M_2, S_2. K_1, O_1 constituent charts, thus better showing the tide distribution in the South China Sea and presenting tide characteristics in the area more accurately.     

基于SCHISM模式的全球潮波模拟

基于非结构网格半隐式跨尺度海洋模式（semi-implicit cross-scale hydroscience integrated system model,SCHISM）,作者采用非结构三角网格,对全球大洋潮波进行数值模拟。通过调和分析,将196个潮位站的实测数据与模拟结果进行比较验证,两者符合良好,M₂、K₁分潮同潮图的形态也与TPXO8、FES2014b和NAO.99b模型给出的相似。根据模拟结果,给出了M₂、S₂、K₁、O₁4个主要分潮的同潮图。结果表明,太平洋中存在8个M₂分潮无潮点,大西洋中存在4个M₂分潮无潮点,印度洋中存在3个M₂分潮无潮点。总体上来说,M₂分潮在北太平洋和北大西洋东岸附近海域的振幅大于西岸附近海域的振幅,而在南太平洋和南大西洋情况相反。S₂分潮分布特征与M₂分潮类似,但振幅较小。太平洋中存在5个K₁分潮无潮点,大西洋中存在3个K₁分潮无潮点,印度洋中存在2个K₁分潮无潮点。K₁分潮的振幅普遍较小,在大部分海域不超过30 cm,在北太平洋和南极洲附近海域,由大洋向近岸有增加的趋势。太平洋中存在4个O₁分潮无潮点,大西洋和印度洋中各存在2个无潮点。O₁分潮在大部分海域不超过20 cm,在北太平洋和南极洲附近海域,由大洋向近岸有增加的趋势。最后,讨论了本模型与对比模型之间误差存在的原因。     

Cotidal charts and tidal power input atlases of the global ocean from TOPEX/Poseidon and JASON-1 altimetry

The global distributions of eight principal tidal constituents, M₂ , S₂ , K₁ , O₁ , N₂ , K₂ , P₁ , and Q₁ , are derived using TOPEX/Poseidon and JASON-1（T/P-J） satellite altimeter data for 16 a. The intercomparison of the derived harmonics at 7000 subsatellite track crossover points shows that the root mean square （RMS） values of the tidal height differences of the above eight constituents range from 1.19 cm to 2.67 cm, with an average of about 2 cm. The RMS values of the tidal height differences between T/P-J solutions and the harmonics from ground measurements at 152 tidal gauge stations for the above constituents range from 0.34 cm to 1.08 cm, and the relative deviations range from 0.031 to 0.211. The root sum square of the RMS differences of these eight constituents is 2.12 cm, showing the improvement of the present model over the existing global ocean tidal models. Based on the obtained tidal model the global ocean tidal energetics is studied and the global distribution of the tidal power input density by tide-generating force of each constituent is calculated, showing that the power input source regions of semidiurnal tides are mainly concentrated in the tropical belt between 30 S and 30 N, while the power input source regions of diurnal tides are mainly concentrated off the tropic oceans. The global energy dissipation rates of the M₂ , S₂ , K₁ , O₁ , N₂ , P₁ , K₂ and Q₁ tides are 2.424, 0.401, 0.334, 0.160, 0.113, 0.035, 0.030 and 0.006 TW, respectively. The total global tidal dissipation rate of these eight constituents amounts to 3.5 TW.     

一个东海潮汐数值模式及检验

为验证一个东海潮汐数值模式结果的精度并了解我国东海区域的潮汐特征。该文使用T_TIDE对东海大桥南和洋山站的潮汐资料进行调和分析, 并针对所研究区域最主要的8个分潮: M₂、S₂、K₁、O₁、N₂、K₂、P₁、Q₁分别对比两站实测数据与模式结果的调和分析结果。结果表明: 两站点的模式结果和观测海表高度的均方误差D与潮汐产生的海表高度变化V的比值为25.99%和25.29%, 模式结果计算所绘制的M₂和K₁分潮的同潮图与前人研究结果在无潮点的位置、同潮时线、等振幅线的分布和趋势上相似。这说明了使用时间长度相同但年份不同的实测数据验证潮汐数值模式结果的可行性, 并能够帮助了解我国东海区域的潮汐特征。     

基于卫星测高数据的潮汐分析方法对比研究

基于卫星测高数据的潮汐分析是建立海潮模型的基本方法之一,主要包括调和分析方法和正交响应分析方法。利用上述两种方法对中国海和西太平洋海域的Topex/Poseidon(TP)、Jason-1(J1)和Jason-2(J2)卫星测高数据进行了潮汐分析,并将两种方法的计算结果进行对比研究。结果表明,观测时间序列的长度对潮汐信息提取的准确度有较大影响。满足分离任意两个分潮会合周期的卫星测高观测时间序列下,两种方法的准确度基本相同。短时段的数据受混叠效应影响明显,正交响应分析较调和分析准确度更高。     

Preliminary results of the global ocean tide derived from HY-2A radar altimeter data

The HY-2A satellite, which is equipped with a radar altimeter and was launched on August 16, 2011, is the first Chinese marine dynamic environmental monitoring satellite. Extracting ocean tides is one of the important applications of the radar altimeter data. The radar altimeter data of the HY-2A satellite from November 1, 2011 to August 16, 2014 are used herein to extract global ocean tides. The constants representing the tidal constituents are extracted by HY-2A RA data with harmonic analysis ...