基于EOF法的长江口高潮位时空变化特征研究——长时间序列的高潮位EOF分析

根据长江口6个主要潮位站1993-2008年潮位资料,通过经验正交函数分析法(EOF法)分析了长时间序列和三峡工程前后月平均高潮位变化规律以及2000年的日高潮位变化规律,并探究其影响因素。结果表明:EOF分析前三个主成分贡献率为98.19%,可以反映潮位变化的主要过程。EOF1的影响因子是径流量,在空间上均为正值,呈上游至下游递减趋势,时间系数呈季节性变化;EOF2的影响因子是月平均海平面变化,在空间上有明显的分布差异,时间系数总体有上升趋势。三峡工程前后影响因子的作用有一定变化,径流量的影响增强,海平面减小。徐六泾以上河段的潮位站受径流丰枯影响,徐六泾以下高潮位受平均海平面控制更大。     

变化环境下的钱塘江河口潮位特性及其影响因素

利用钱塘江河口沿程的闸口、七堡、仓前、盐官、澉浦和乍浦等7个潮位站的实测资料,分析了1953～2007年各站年最高潮位、年平均高潮位、年平均低潮位的不同变化特性,并对主要的影响因素进行了分析。线性拟合结果表明,自20世纪50年代以来,钱塘江河口沿程各潮位站年最高潮位抬升幅度达0.57～1.05m,其中七堡站年最高潮位抬升值最大;年最高潮位显著抬升的时间主要发生在20世纪90年代后,该时段年最高潮位抬升值占年最高潮位总抬升值的70.5%～92.6%,极值潮位出现频率显著增加。分析表明,1990年后钱塘江围垦面积仅占总围垦面积的21.6%,因此河口围垦不是造成年最高潮位抬升的唯一因素,而影响浙江的台风频次增多及围垦造成的潮波反射加剧是造成高潮位抬升的主要原因。钱塘江河口年平均高潮位的沿程变化出现趋势性的抬升现象,各站年平均高潮位抬高幅度接近,为0.43～0.49m,但不同潮位站因与围垦河段的相对位置不同,年平均高潮位抬升的历史过程存在明显差异。河口下游段的澉浦、乍浦站年平均高潮位呈现单一的抬升趋势,且与河口逐年累计围垦面积存在很好的相关关系(相关系数大于0.95);而河口上游段的闸口—盐官河段则以1970年为界,年平均高潮位明显有两次抬升过程,受围涂进程影响的机制比较复杂。钱塘江河口年平均低潮位多年来维持在一个相对稳定的水平上,但沿程年际间平均低潮位的变化却不相同。河口上游段的潮位站受径流丰枯及其引起的江道冲淤影响,年平均低潮位年代际呈现出波动的特性;澉浦以下的潮位站年平均低潮位受潮汐控制为主,年代际变化幅度甚微。钱塘江河口不同河段因受径流、潮流、治江围垦等因素的影响程度不同,其潮位特征值沿程的变化特点也不同,需要在河口工程设计、防洪减灾与河口治理等方面引起重视。     

中国沿海GPS站用于潮波系数提取分析

首先给出了基于GNSS-MR技术提取潮波系数的原理与方法,然后利用布设在浙江省石浦港验潮室屋顶的GPS站DSPU实测数据对潮波系数进行了提取,并与验潮站实测潮位调和分析结果进行了对比分析。实验结果表明GPS-MR反演潮位与验潮站实测潮位值吻合较好,相关系数优于0.97;GPS-MR反演潮位与验潮站实测潮位获取的潮波系数基本一致,除M2、S2外其它差异较小。两者获取的潮波系数差异主要因为DSPU测站观测环境极大地影响了GPS-MR提取潮位精度。沿海GNSS站用于潮位监测和潮波系数提取,将进一步拓展沿海GNSS监测站的应用领域,在一定程度上可弥补验潮站的不足。     

钱塘江河口潮波特性变化及原因剖析

为掌握钱塘江河口潮波特性的响应机制，采用小波分析法研究了该河口 6 个潮位长期观测站的年平均高、低潮位及年平均涨潮历时等时间序列的变化特征，结合该河口实施的治江缩窄工程及径流周期性变化，探讨了该河口潮波特性时空变 化的因果关系。结果表明：1953—2017 年，钱塘江河口呈现出高潮位显著抬升、涨潮历时缩短，低潮位在河口上段略有抬高、中段大幅抬升、下段变化不大的趋势；受治江缩窄工程进展、位置以及径流周期性变化等影响，各站潮波特性的变化在时间上存在差异；钱塘江河口的治江缩窄工程加剧了河口下段的潮波变形和潮波反射，增强了河口上、中段的河流特性，导致高潮位抬升、涨潮历时缩短，是造成潮波特性变化的主要原因；径流直接影响河口上、中段的潮位和潮流，此外，还通过流速变化改变河床地形而间接影响潮波特性。     

宁波市三江口高潮位增水分析及预报方法

感潮河段潮位变化受天文潮、气象因素及上游来水的共同作用，潮位预报难度较大。通过分离天文潮，抓住主要影响因素－风的影响，利用线性回归作出预报公式，并结合排水、径流的影响作出潮位预报，精度较高。这一方法的运用对沿海感潮河段的潮水位预报提供了一些参考。     

基于历史数据的天津沿岸风暴潮特性分析

根据1950-2014年65a间的107次对天津滨海区域及附近有显著影响的风暴潮的观测数据,分析了天津沿岸风暴潮的特性,结果表明天津一年四季都有发生风暴潮灾的可能,并且8、10和11月是风暴潮灾发生的高峰期。分别利用1950-1979年年最高潮位和1980-2012年年最高潮位计算天津沿海风暴潮重现期潮位值,发现后者所计算的潮位值明显高于前者,不仅表明天津沿海风暴潮高潮位有升高的趋势,也说明了天津沿海潮情发生了变化;用1950-2012年塘沽验潮站年最高潮位,采用耿贝尔分布,考虑了特大值的影响,确定了考证重现期为400a,得到的重现期潮位值能够很好地拟合塘沽验潮站年最高潮位的经验累积频率点;对1950-2012年年极值潮位进行了沉降量校正,计算的重现期潮位值明显增大。     

赤湾验潮站搬迁前后潮位变化特征及其订正

赤湾海洋站是国家海洋局在深圳西部海域唯一的潮汐观测站点,至今已观测30多年。由于地理位置特殊,2008年起该站被选为《中国海平面公报》反映珠江口海平面变化的代表站。2012年10月该站搬至新验潮站,受此影响,其潮位观测序列产生了差异性和不连续性。本文通过计算机编程实现了对海洋站水文气象数据的质量控制。同时,采用赤湾站与邻近验潮站进行对比的方法得出新旧站的潮位差值,初步探讨了搬站前后潮位观测结果的订正方案,并研究其建站以来的历史海平面变化特征。这对确保该站潮位资料的准确性及代表性具有重要意义,同时也为珠江口海域防灾减灾、涉海工程、风暴潮预报等提供了数据支撑。     

1970-2019年黄浦江上游年最高潮位变化及驱动因子

黄浦江年最高潮位变化关系到上海市的防洪安全,本文基于米市渡站1970－2019年年最高潮位、太湖流域降水量等数据,研究了近50 年来黄浦江上游年最高潮位的变化趋势和变异特性、发生频率变化以及潮位变化的驱动因子。结果表明：年最高潮位在1970－2019年总体呈显著上升趋势,上升幅度为81 cm,年均上升1.62 cm。1995年之后出现跳跃式的波动上升,1996－2002年相对1995年之前较大幅度上升,2003－2011年相比1996－2002年出现较明显下降,之后又较大幅度上升。随着潮位升高,各频率对应的最高潮位均较大幅度增加,升高幅度均达0.9 m以上,五十年一遇、百年一遇、千年一遇高潮位分别由1970年条件下的3.77 m、3.81 m、3.94 m升高到2019年条件下的4.71 m、4.75 m、4.92 m。与此同时,相同潮位下的重现期急剧减小,高潮位发生频率大幅度增加。分析认为,年最高潮位升高受气候变化和人类活动的综合影响,1970－1995年主要受降水量变化等气候因素的影响,1996－2019年主要受水利工程、台风频率增加等因素的影响,尤其是太湖流域太浦河等工程的修建起重要作用。     

1970-2019年黄浦江上游年最高潮位变化及驱动因子

黄浦江年最高潮位变化关系到上海市的防洪安全,本文基于米市渡站1970－2019年年最高潮位、太湖流域降水量等数据,研究了近50 年来黄浦江上游年最高潮位的变化趋势和变异特性、发生频率变化以及潮位变化的驱动因子。结果表明：年最高潮位在1970－2019年总体呈显著上升趋势,上升幅度为81 cm,年均上升1.62 cm。1995年之后出现跳跃式的波动上升,1996－2002年相对1995年之前较大幅度上升,2003－2011年相比1996－2002年出现较明显下降,之后又较大幅度上升。随着潮位升高,各频率对应的最高潮位均较大幅度增加,升高幅度均达0.9 m以上,五十年一遇、百年一遇、千年一遇高潮位分别由1970年条件下的3.77 m、3.81 m、3.94 m升高到2019年条件下的4.71 m、4.75 m、4.92 m。与此同时,相同潮位下的重现期急剧减小,高潮位发生频率大幅度增加。分析认为,年最高潮位升高受气候变化和人类活动的综合影响,1970－1995年主要受降水量变化等气候因素的影响,1996－2019年主要受水利工程、台风频率增加等因素的影响,尤其是太湖流域太浦河等工程的修建起重要作用。     

长江三峡建坝前后流量和海平面对感潮河段潮位的影响差异

三峡大坝运行和海平面上升对河口水文动力变化的影响广受国内外关注。本文选取长江感潮河段沿程6个站（芜湖、马鞍山、南京、镇江、江阴和天生港） 1963-1985年（其中1970年和1971年数据缺失）和2003-2013年（其中2008年和2012年数据缺失）共30个年份的1月和7月的月均高潮位资料,以及相应月份上游大通站的流量（1950-2013年）、长江河口吴淞站潮位资料,通过肯德尔趋势分析、回归分析和偏相关分析等方法研究长江感潮河段潮位变化规律和影响因素。结果表明,三峡建坝后：（1）枯季流量和海平面的增加,导致上下段（以江阴为界）的潮位分别上升了0.33 m和0.20 m;洪季流量减少和海平面增加,导致上段潮位减小0.19 m、下段潮位增加0.04 m。（2）感潮河段洪季海平面与潮位回归方程的斜率均增加,表现为建坝后洪季洪涝灾害增加。（3）上下段流量和海平面对潮位贡献率的显著变化是导致上下段潮位呈现不同演变趋势的主要原因。     

平均高潮位记录分析淤泥质海岸的相对海面变化--以江苏淤泥质海岸为例

在研究相对海面变化时,常常用实测潮位记录来分析相对海面的变化速率。淤泥质海岸的验潮站多设在入海河流的闸F。由于拦门沙发育等因素的影响,闸下测到的潮位不能准确反映低潮时的潮位变化,因此常常采用平均高潮位记录来分析相对海面的变化。本文通过对平均高潮位、平均潮位和平均海平面之间关系的统计分析,得出平均高潮位与平均潮位以及平均海平面变化速率之间的关系。并对江苏沿海6个验潮站33a的潮位记录进行分析,得出江苏沿海此期间的相对海面变化速率为0．29～1.00cm／a。     

粤东后江湾涨落潮下的碎波带波能与滩面地形时空变化分析

利用涌浪和处于陡滩面、滩面下陡坎和深槽海滩地形条件下的海滩碎波带压力波和滩面地形资料，对碎波带中的入射总波能、长重力波能及两者比值随潮位涨落的变化关系，碎波带动力因子与滩面地形之间的作用关系及典型相关和多维偏交叉谱关系等作了初步分析。结果表明，碎波带中的入射总波能与潮位涨落呈现出一致的变化规律；而碎波带中的长重力波能变化与潮位涨落变化趋势相反；碎波带各动力因子、滩面潜水位和碎波带波浪、潮位及滩面地形引起的滩面陡坎处破波点位置变动等因素的耦合作用，对滩面向海发育和滩面地形变化有重要影响。     

海南省0715号台风“利奇马”海洋灾害调查

0715号台风"利奇马"是2007年影响海南最强的热带气旋,具有台风路径复杂、强度强和影响范围大、历时长等特点."利奇马"在南海造成巨浪日数6天、海南岛东北部至西部一带沿岸都出现了超过当地警戒潮位的高潮位,造成了一定程度的海洋灾害.作者对本次海洋灾害过程进行了调查,希望调查的结果对海洋环境保护和海洋工程建设有一定的参考价值.     

围填海对连云港海区天文潮及风暴潮的影响分析

本文研究了围填海对连云港海区海洋动力环境的影响,通过分析连云港海洋站的实测数据,给出了连云港近海的水动力特征;基于ADCIRC建立了渤黄海的潮汐和风暴潮模型,利用海洋站的潮位资料和增减水资料验证了模型的适用性,模拟了填海前和填海后的潮位,分析了不同情况下潮汐的变化;并利用该模型研究了围填海对可能最大风暴潮的影响。研究结果表明：围填海引起了分潮振幅的变大,尤其是M₂分潮,最大增幅能达到5.5 cm;围填海对风暴潮增减水有一定影响,距离填海区越近影响越大,徐圩港区周边可能最大增水极值变化范围为-27～18 cm。     

威海张家埠新港建设对附近海域潮流影响预测分析

大规模的海洋工程建设会对周边海域的水动力产生不同程度的改变,基于MIKE21Flow Model FM模型研究了张家埠新港建设对附近海域水动力环境的影响。结果表明:新港建设对潮位的影响很小,仅仅局限在工程附近的有限区域;工程建设对附近海域流场有一定的影响,工程东西两侧海域流速减小、南侧海域流速增大,流速变化在-0.55～0.24m/s之间,流向变化在-10°～50°之间,在距离工程4 000m外影响程度较小。     

一种基于小波分解和模糊推理神经网络的潮位预测方法

潮位预测严重影响沿海区域，尤其是近海浅水沿岸地区居民的生产生活和涉海活动。谐波分析是长周期潮位预测的传统方法，但无法预测非周期性气象过程发生时的水位变化。与数据处理方法相结合，人工智能的方法通过拟合输入与输出数据的历史数值关系，能够有效预测高度非线性和非平稳的流模式，因而在时间序列数据预测领域得到了广泛的应用。本文结合自适应模糊推理系统（Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System, ANFIS）和小波分解方法，利用水位异常和风切变分量作为输入数据，实现了一种综合的多时效潮位预测方法。文中测试了多种输入变量组合和小波-ANFIS（WANFIS）模型，并与人工神经网络（Artificial Neural Network, ANN）、小波-ANN（WANN）和ANFIS模型进行了预测结果对比。通过不同指数的误差分析来看，相比ANN模型，ANFIS模型能够更准确的预测潮位变化，小波分解对ANFIS预测精度有一定的提高，且模型中水位异常和风切变分量数据的加入比单一的潮位数据输入能取得更好的预测结果。     

潮汐作用影响下滨海地区地下水位的变化频率和滞后性

为了解潮汐对滨海地区地下水位的影响,为相关水利工程建设和水资源开发利用提供依据,文章根据莱州湾南岸的水文观测井和潮位站的观测数据,采用时间序列分析方法和互相关分析方法,研究地下水位相对于潮位的变化频率和滞后性。研究结果表明:由于受地下卤水开采的人为干扰,与潮位相比,地下水位在较低频率时振幅较高;去长期趋势处理对于排除人为干扰效果明显,地下水位的频率振幅与潮位波动规律一致,即均存在明显的12h和24h的周期,但大部分观测井的地下水位受24h周期影响较大,这与潮位差异显著;互相关分析进一步证实地下水位与潮位具有相同频率,潮汐向陆地侵入对地下水位的影响显著,地下水位相对于潮位的滞后时间随其距平均高潮线水平距离的增加迅速上升,二者呈抛物线关系。     

广东汕尾沿岸海岛海域1970—2009年最高潮位变化分析

根据汕尾验潮站1970-2009年共40年的潮汐资料,分析潮位的变化规律,全球气候变暖对平均海平面和年最高潮位的影响,并统计各重现期最高潮位理论值和台风的影响,认为汕尾站年平均潮位随时间推移总体呈上升的趋势,但年最高潮位总体上升或下降趋势不明显.另外,温度上升会带来年平均潮位的升高,而对年最高潮位没有明显的影响.这些结果可为汕尾市的经济发展、海岛利用等工程项目及以后进一步的科学研究提供理论依据.     

青岛胶州湾大桥建设对周边海域水动力环境影响的数值研究

应用MIKE21建立胶州湾平面二维潮流模型,对青岛胶州湾大桥建设前后胶州湾内的潮流场进行数值模拟,探讨了青岛胶州湾大桥建设对周边海域的潮位、潮流、潮通量等水动力环境的影响。通过胶州湾大桥两侧的连续实测海流、潮位资料与模拟结果进行比较,可以看出两者趋势基本符合,说明该模型能够较精确地反映胶州湾大桥建设前后的潮流场分布情况。计算结果表明,大桥的建设具有一定的阻流作用并减小了过水断面,从而对周边海域的水动力环境产生一定的影响,但对胶州湾整体潮流场改变较小,影响范围限于桥位南北1.5km范围内。     

黄河口埕岛海域粉土波致孔压现场监测

波浪会对海床产生反复的作用力，由此引起的土体颗粒间孔隙水压力变化是造成土体液化的主要原因。使用自行研发的孔压监测设备，对黄河口埕岛海域易液化区海底孔压进行了长时间、高精度的观测，并对孔隙水压力、波高以及潮位间的关系进行分析。监测结果显示，本次监测条件下波浪最大作用深度介于0.5～1.5 m之间，超过该作用深度后孔压无明显变化。土体内部孔隙水压力的变化主要由潮位和波高决定，潮位的作用可使孔压缓慢平滑的变化且对超孔压无影响；波高的作用可使孔压快速、剧烈地振荡并导致超孔压的出现。