渤海海峡及附近水域水位控制的组织与实施

针对渤海海峡及附近水域开展的检查测量与航路扫海测量面临的现实困难,综合运用多种技术方法实施了水位控制:采用多站分区的最小二乘拟合法和基于潮汐模型与余水位监控法等两套水位控制方案以降低作业风险;采用虚拟站技术实现海上定点站的水位推算以提高作业效率。并对技术方案设计至水位改正数计算中的每个关键步骤都进行严密的论证分析,评估对应的量化精度指标,体现了全过程质量控制的思想。评估结果表明,水位控制的精度满足规范与行业标准的要求,达到了方案设计的目标。     

传统水位改正法的实施条件与评价指标

在总结各传统水位改正法基本原理及假设条件的基础上,分析了现行的GB 12327-1998《海道测量规范》中关于验潮站布设的条目:潮汐类型相似及最大潮高差与最大潮时差的量化指标要求不能保证站间的水位关系满足传统水位改正方法的假设条件。基于假设条件,提出了评价指标与方法:(1)对于站间水位相似性,提出由同步水位曲线定性判断和最小二乘拟合法推算的中误差为量化指标的定量分析相结合的评价方法;(2)对于站间水位均匀变化,提出由站间是否存在阻挡以及潮波图定性判断、中间站点处水位内插误差为量化指标的定量分析相结合的评价方法。     

短期潮汐预报探索

以天文潮调和分析原理为基础,通过对余水位的分布特征统计分析,提出一种基于少量观测潮位数据实现短期潮汐预报的方法,并研究开发相关的预报软件。应用案例试验结果表明所提出的统计预报方法具有两项重要的应用价值:(1)在缺测数据修订方面具有较高的精度,平均绝对值误差优于5 cm;(2)在为期3天的短期潮汐预报中具有较好表现,平均绝对值误差小于13 cm。     

海道测量水位控制的技术体系及标准更新

明确了水位控制涉及的基本概念,重新梳理了海道测量水位控制的技术体系。提出水位控制包含海域垂直基准确定,水位归算信息提供两项内容,阐明了水位控制的多任务服务、信息综合利用、质量控制系列技术体系。分析了现行《海道测量规范》的相关指标,对技术标准的改进做了相关论证说明。     

珠江口及邻近海域实时水位监控的可行性分析

采用基于POM模式与blending同化法构建了珠江口及邻近海域的13个主要分潮的精密潮汐模型,空间分辨率为1'×1'。精度评估表明,模型的总体综合预报误差小于9. 3cm。在广州海事测绘中心管辖的长期验潮站控制下,以余水位传递的方式,珠江口海域的实时水位计算精度能满足水位改正的相关指标要求。对于大鹏湾海域,余水位的空间一致性较强,后续若建立长期站,则也能实现水位改正精度指标下的实时水位监控。     

全球海平面观测系统现状及对我国海洋站观测的启示

全球海平面观测系统(GLOSS)代表了世界水位观测技术的前沿,通过对GLOSS现状的研究,了解其目前工作的重点、工作中的注意事项和要求,结合我国的海洋站观测现状,提出我国海洋站观测工作中的一些建议:海洋站观测工作中要注意加强水位观测基准的核定和连测,充分发挥全球导航卫星系统(GNSS)应有的作用,监测并确定观测站附近地面升降运动;以提高数据的可用性为目开展海洋站观测工作;各观测要素之间有着重要的相关,应该重视和加强各要素的同步观测以提高水位数据的准确性;尽量维护数据的均一、稳定,并正确填报数据文件;要加强元数据信息的记录和收集。     

港口高密度实时水位获取及其应用研究

针对潮汐传播呈线性变化,水域如何实现高密度实时水位的获取问题,详细阐述了技术实现需要的资源及涉及的关键技术与数学模型。运用实例介绍了在珠江口航道水域如何获取高密度实时水位的主要技术设计内容,并对设计获取的潮位精度进行了数据验证,结果表明中误差控制在7cm以内。最后对水域高密度实时水位及其获取技术的应用前景进行了展望。     

港外水域虚拟验潮站水位推算研究

港口航道图测绘期间出于潮位控制的需要,除了利用长期验潮站外需要另设其他短期/临时验潮站。如何深入利用常设短期验潮站积累的历史水位资料以有效减少验潮工作量,已成为海洋测绘实践需解决的现实课题。基于港口长期验潮站与常设短期验潮站的历史同步实测水位资料,采用潮汐差分订正与余水位传递技术,实现了一种精度可靠的港外水域虚拟验潮站水位恢复方法。归纳了港口短期验潮站进行潮汐差分订正的适用条件,列出了采用该种虚拟水位技术恢复水位方法的计算步骤。实例验证及精度评估表明,经潮汐差分订正后的虚拟验潮站采用“天文潮位+邻近验潮站传递余水位法”恢复水位的推算精度,可以满足相关技术规范要求。     

海洋工程中极值水位估计的一种条件分部联合概率方法

在海洋工程建设(如港口建设、沿岸工程和海上平台建筑等)中,必须对正常条件(即作业条件)和极端条件(即恶劣环境条件)下的海洋环境参数作出估计。对于海洋水位而言,如《港口工程规范》(以下简称《规范》)中的设计水位和乘潮水位等即属于前者,校核水位即属于后者。正常条件下的水位参数比较容易确定,因为这种条件下的观测数据比较容易获得,有比较丰富的已知资料。极值水位是指若干年内オ有可能出现的高水位或低水位,例如在《规范》中要求50年一遇的水位作为校核水位。所以如依靠直接观测,必须具备至少几十年的观测资料,这一要求只有在有长期验潮站的港口オ能达到。如资料系列不够长,则必须采用一定的方法对它们的数值作出估计。 在有相当长期观测资料的情况下,常常采用极值分布的方法,即每年取一个最高(或最低)水位,然后拟合某种理论或经验的分布曲线,从而得出不同重现期的极高(或极低)水位。这种方法所得结果比较可靠(但也不是没有问题,详见第五节),但对资料要求高，特别在新建港口或海上工程,常常不能采用。 在有数年观测资料的情况下,可以采用同步差比法(见《规范》)。当拟建港和主港潮汐性质和风暴潮特性相近,特别是两地距离较近时,这种方法常常能给出良好的结果,不失为一种有效的方法,但其应用受到一定的条件限制 近年来,国外提出了一种“联合概率法”(Pugh and Vassie,1978,1980)。这种方法把水位中的潮汐水位(这里指的是可用调和方法预报的潮位,其中也包括周期性的气象潮)和余水位(即实测水位减去预报水位)分开,分别求其分布,然后再用联合概率法回过来求合成水位的分布,从而得出极值水位高度。这种方法的优点是能够充分利用水位观测资料,因而可以在观测时间较短的情况下得出比传统方法更稳定的结果。在Pugh和Vassie所提出的方法中,潮汐和余水位被看作是互相独立的。这一假定在深水海区较接 近实际,但在某些浅海区则与实际有较大出入。例如Pugh和Vassie发现,对位于泰晤士河的绍森德港,由联合概率法按上述假定得出的百年一遇的高水位比由传统极值分布方法得出的数值大约高60cm;而传统方法的结果与49年期间观测到的最高水位较接近。Pugh和Vassie在后来的文章中对绍森徳港的问题作了专门处理,得出较合理的结果,但基本上是采用经验的方法,在一般实际中使用是困难的。 为了考虑潮汐和余水位的这种相关性,我们曾将联合概率法予以推广,提出了条件分布联合概率法(方国洪、王骥,1987)。这种方法不论潮汐和余水位是否相互独立均可应用,具有更强的适应性。本文根据该文的基本想法,选择了我国沿海资料较长,并具有较好代表性的10个长期验潮站共286年的潮汐逐时记录,进行了分析研究,对该文提出的方法作了修改和补充。     

海平面上升、强台风和风暴潮对厦门海域极值水位的影响及危险性预估

气候变化背景下海平面上升、强台风和风暴潮对我国东南沿海地区的洪涝灾害影响日益严重,为应对气候变化的影响,本文以位于我国东南沿海的厦门地区为例,应用多种海洋大气观测资料和数理统计及模拟方法,分析了历史上9914号和1614号两次台风对厦门海域极端海面高度(极值水位)的影响,预估了未来海平面上升情景下厦门海域极值水位的变化及其危险性。结果表明:(1) 9914号台风期间,天文大潮、风暴增水和强降水的同时出现造成了厦门沿海地区超警戒极值水位(732 cm)的出现;(2) 风(向岸强风)、雨(强降水)、浪(巨浪)、潮(高潮位)、流(急流)等多致灾因子的共同作用是厦门沿海地区发生严重灾情的重要原因;(3) 在温室气体中等和高排放(RCP4.5和RCP8.5)情景下,到2050年(2100年),当前百年一遇的极值水位将分别变为30年(2年)一遇(RCP4.5)和25年(低于1年)一遇(RCP8.5)的频繁极端事件。这表明未来厦门沿海极值水位的危险性将显著上升,应采取充分的适应措施降低洪涝灾害风险。