中国南海北部海图深度基准面换算关系的研究

中国南海北部不同时期的海图采用的深度基准面不一样,深度基准面的多样性使的不同时期所计算的深度基准面数值不具有统一性,无法充分利用诸多历史海图资料,有必要了解历史海图深度基准面之间的关系。针对中国南海北部,利用多年实测潮位资料进行调和分析并根据调和常数计算验潮站的深度基准面,获得中国南海北部14个验潮站的深度基准面值,探讨了不同深度基准面之间的换算关系,研究表明最低低潮面不适合日潮海区,理论最低潮面与略最低潮面之间平均间距为18cm,理论最低潮面与最低天文潮面除厦门、三亚外两者平均差距达到1.88cm,具有近似一致性。     

中国北方四省市邻近海域深度基准面模型的构建

通过两步构建了覆盖中国北方四省市邻近海域、分辨率为1′×1′的深度基准面模型。首先以精密潮汐模型为基础,由理论最低潮面的定义算法构建了初步模型;其次设计了以略最低低潮面传递法为基础的订正算法,由历年测绘海图所用的179个验潮站L值,对初步模型实施订正,构建了成果模型。43个长期验潮站评估表明,初步模型的中误差为5.4cm。空间分布密集的验潮站点将深度基准面模型归化至海图的深度基准系统,达到了工程实用的要求。     

最低天文潮面的精度研究

基于最低天文潮面的定义和算法，以中国沿海14个主要长期验潮站多年的潮位观测资料为依据，分析了最低天文潮面在中国沿海海区的适用性。研究结果表明，在中国沿海，最低天文潮面能够达到厘米级的稳定性，适用于作为中国海区的海图深度基准面。     

关于理论最低潮面定义算法的修订

在结合相关研究成果基础上,对理论最低潮面定义算法中的长周期改正与浅水改正部分进行了修订。由中国沿岸86个验潮站,利用最低天文潮面对修订算法作了检验和分析,结果表明:修订算法与最低天文潮面的差异大部分在2cm内,两者具有最低潮意义一致性;在个别浅水分潮较大的河口站,浅水改正不能充分组合出最低潮位,建议该类型站计算理论最低潮面时,应与最低天文潮面作对比。最后,分析了分潮数对最低潮面的影响,结果表明:分潮越多,组合出的最低潮面不一定越低,13个分潮是合适的选择。     

深度基准面的最低潮意义不一致性问题分析

因资料时长、算法实现等差异,长期验潮站的深度基准面L值存在最低潮意义不一致问题。通过对北方海区长期站的算法实现考证,表明最低潮意义不一致是普遍现象。从三个层次提出了解决方案:(1)对于一般测量作业单位,以不同传递方法的结果判断最低潮意义一致性,以保持L值空间连续分布为原则取值;(2)对于基础海洋测绘管理部门,应构建全海域的深度基准面模型,作为基础数据集提供查询与内插的公众服务;(3)对于国家层面的多部门统筹,应统一深度基准面的历元与算法实现,建立基准维持与调整的长效机制。     

理论最低潮面定义和算法的应用问题分析

分析了理论最低潮面定义的可能最低潮面含义，研究了定义实现算法的差异，发现了长周期分潮改正公式的错误。验潮站深度基准面的重新计算结果与采用值比较表明，在多数验潮站二者存在明显差别。指出在数字化海洋空间信息构建过程中，重新确定各站意义一致的深度基准面具有必要性。     

山东邻海长周期分潮对深度基准面的影响分析

利用潮汐模型NAO.99Jb和FES2014确定了山东邻海的深度基准面模型并对其精度进行了评估,结果表明,NAO.99Jb模型确定的深度基准值L10的中误差为23.28 cm,FES2014模型确定的深度基准值L13的中误差为34.37 cm,长周期分潮的相对误差过大导致加入长周期分潮改正项后深度基准值中误差分别增大了11.04 cm和12.38 cm,较其他分潮对深度基准值精度的影响更明显,所以基于潮汐模型构建深度基准面模型时,长周期分潮部分必须加入实测数据改正。进一步采用山东邻海13个长期验潮站实测数据,定量地分析了长周期分潮对深度基准面确定的影响,结果表明,长周期分潮改正项的量值介于13.89~22.39 cm,平均改正值为18.03 cm,在深度基准值中占比达到15.15%。因此,长周期分潮改正对深度基准面的精确确定研究贡献较大,准确的长周期分潮模型是构建高精度深度基准面模型的基础。     

天津海域深度基准面L值模型构建

基于天津港邻近海域构建的精密潮汐模型,由区域精密潮汐模型各网格点的调和常数,按深度基准面L值的定义算法计算生成网格形式的L值模型。采用天津海域11个验潮站的深度基准面L值对L值模型实施订正,构建了天津海域1'×1'的深度基准面L值模型。     

高程基准与海图水深趋算面问题研究

我国的高程基准采用"1985国家高程基准".为保证航行安全,我国海图图载水深的起算面为理论最低潮面(理论深度基准面).本文根据两者的不足之处,有针对性地提出了改进的方法,提出了统一高程基准与测深基准的设想.     

高程基准与海图水深起算面问题研究

我国的高程基准采用“1985国家高程基准”。为保证航行安全,我国海图图载水深的起算面为理论最低潮面(理论深度基准面)。本文根据两者的不足之处,有针对性地提出了改进的方法,提出了统一高程基准与测深基准的设想。     

关于海图深度基准面计算方法的若干问题

选取了中国沿岸57个验潮站，根据《海道测量规范》中理论最低潮面的定义，用19年最低天文潮面对该规范中的计算方法作了检验和分析。结果表明：在不考虑浅水改正时，两者基本相同；该规范中关于浅水改正的计算方法不能充分组合出最低潮位，造成浅水区计算的理论最低潮面偏高。指出了使用《海道测量规范》中所列计算公式时需要注意的几个问题。     

海洋测绘中无缝深度基准的构建

由于沿海各深度基准面的差异,使得海洋测绘数据综合处理存在一定的困难。基于大地高建立了深度基准面的DTM模型,从而实现海洋深度基准面的连续无缝。     

东印度洋海域最优深度基准面模型构建

利用东印度洋海域周边长期验潮站实测数据、TOPEX/Poseidon等系列卫星测高反演结果,评估了DTU10,EOT11a,FES2014,GOT4.8,OSU12和TPXO8六种全球潮汐模型精度,根据卫星测高结果给出了浅水分潮改正量和长周期分潮改正量的经验模型,又在此基础上分析并构建了研究区域精度最优的深度基准面模型。考虑到全球潮汐模型在近岸的影响因素及验潮站位置,将13个验潮站分成开阔海域与近海海域两类,与潮汐模型的对比,结果表明,DTU10和FES2014模型分别在开阔海域和近海海域精度最优。根据潮汐模型在不同分潮处的精度,如EOT11a模型在O1和K1分潮处精度较高,DTU10在N2,M2,S2和K2分潮处精度较高等,分别构建了开阔海域与近海海域的组合深度基准面模型,计算得知误差分别为11.33和20.95 cm,其精度显著提高。     

海平面变化和调和常数不稳定性对一些工程设计参数的影响

对石臼所、连云港和坎门验潮站23 a(1975—1997年)水文观测资料进行了逐年调和分析。结果可以看出,不仅年平均海平面有逐年变化,而且分潮调和常数也存在明显的不稳定性。利用2种方法推算了3个站的23 a天文潮位,一是以某年(例如1975年)的年平均海平面和调和常数,另一是以当年的年平均海平面和调和常数推算3个站的23 a天文潮位。并据实测潮位和2种天文潮位推算值,计算出2种风增(减)水的年极值。由比较发现,3个站的2种年最高(低)天文潮位的最大差值达17~22 cm(-18~14 cm);石臼所和连云港的2种100年一遇风减水的差值均达20~30 cm,坎门的2种100年一遇风增水差值达10 cm。这些差值表明,在人们推算天文潮和计算风增(减)水时,不应该忽视年平均海平面变化和分潮调和常数的不稳定性。由逐年的调和常数计算了每年的海图深度基准面,其23 a的变化幅度在石臼所达11 cm,在连云港达21 cm。拟建沿岸工程点的年最高(最低)天文潮位变化的曲线,年极值风增(减)水变化曲线及海图深度基准面的年变化曲线可以利用工程点两侧长期验潮站的相应曲线经过工程点1 a观测资料推算出的相应值,内插求得。     

地壳升降对渤、黄、东海潮波系统的影响

利用海平面变化预测模型,预测了渤黄东海未来海平面的上升值。该模型考虑了温室效应和地壳升降。根据潮波运动基本方程和海平面上升的预测值,数值模拟了渤黄东海潮波系统的变化。结果显示,半日分潮(M2,S2)的振幅变化ΔH(或位相变化Δg)有相似的正负分布模式,全日分潮(K1,Q1)的也是如此。考虑和不考虑地壳升降情况下得到的正负分布模式,在黄海存在着较明显的差别,那是由于在黄海存在一个范围很广的海平面变化年速率为负的区域所致。在我国沿岸主要站点,考虑地壳升降情况下获得的主要分潮振幅与不考虑的相比,其中M2分潮的差别最大,其差值范围为-1.8～3.3 cm。在主要站点,利用考虑地壳升降情况下获得的调和常数计算所得的海图深度基准面、最高和最低天文潮位,与利用原调和常数计算所得的相比,海图深度基准面的变化范围为-12.4～14.6 cm,最高天文潮位的变化范围为-11.7～13.0 cm,最低天文潮位的变化范围为-11.9～10.5 cm。     

我国东部沿海地区理论最低潮面与平均潮差关系研究

基于理论最低潮面与平均潮差的内在联系,利用我国东部沿海17个验潮站连续369天的逐时潮位资料,进行调和分析得到相应的调和常数,并计算理论最低潮面。藉此,就理论最低潮面与年平均潮差及月平均潮差之间的关系进行统计分析。结果表明,理论最低潮面与年平均潮差及月平均潮差之间均具有较高的相关性,实际工程中可以利用此关系近似地确定当地理论最低潮面。     

深度基准传递方法的比较与验潮站网基准的综合确定

分析了深度基准确定的不同方法及由此产生的理论最低潮面含义不一致性。重点比较研究了在长期站基准值的控制下,传递确定短期和临时验潮站深度基准的多种技术方法。以某水深测量工程实例对测区验潮站网深度基准值的统一、协调确定进行了示范论证。得出的基本结论是:在当今深度基准基础框架不完备的现实条件下,水深测量工程区域的深度基准应由所布设的短期和临时验潮站与测区及附近长期验潮站组网确定。确定方法应尽量利用实际观测信息,依据潮差比或略最低潮面比等不同方法传递,并依据规定的限差指标检核。示范实例的计算表明,由不同基准站、不同方法传递确定同一短期验潮站深度基准值的差异可控制在10cm以内。     

中国沿岸海域深度基准框架点布设研究

根据已有深度基准面模型,研究了深度基准面在不同方向的非线性变化程度,并且从深度测量的极限误差出发,推算得到深度基准面内插的极限精度要求,二者结合确定深度基准面线性内插的有效范围。实验结果证实,潮波传播特征差异会导致深度基准面线性内插有效范围的差异。最后,结合深度基准面线性内插的有效范围,在渤海湾部分沿岸海域设计了框架点的布设方案。     

南海沿海港口航道图深度基准面计算与评估

《海道测量规范》(GB 12327—2022)正式实施,按照新规范评估南海沿海港口航道图深度基准面值,能为海洋垂直基准的维护提供数据支持。对广州海事测绘中心辖区17个长期水位站长于2年的水位数据、长期站邻近的28个短期、临时水位站数据进行潮汐分析,评估了长期水位站的L值及深度基准面保证率,分析了短期、临时水位站平均海面、深度基准面的传递精度。结果表明：17个长期水位站3种算法深度基准面保证率均超过98%,保证了航行的安全性;不同方法确定的深度基准面L值互差,53%的长期水位站超过10 cm, 7%短期、临时水位站超过15 cm, 11%短期、临时水位站两种方法L值中数与原采用值差值超过15 cm,亟需修正南海沿海港口航道图深度基准值。     

利用半参数模型估计确定验潮组网的深度基准面

深度基准面的确定是进行海洋测量的基础,准确确定深度基准面是进行海洋测量的有效前提。提出了一种将CORS技术与验潮组网技术进行结合的新传递深度基准面的方法,实现长、短期验潮站同步验潮实现深度基准面的增强传递;提出了采用半参数模型理论来求取潮差比的计算方法;具体阐述了验潮组网通过间接平差求取短期验潮站的深度基准面的计算方法,减少了验潮测量的人力投入,计算潮差比时考虑了系统误差的影响,计算短期验潮站时考虑了观测误差对深度基准面传递的影响。