基于神经网络的潮汐预报方法初探

运用非调和法,直接从引起潮汐现象的天文因素入手,以2002年香港验潮站实测资料为例,用神经网络对潮汐知识进行了学习仿真,对未知结果进行了预报.将预报结果和潮汐表比较,结果表明,此方法可行,预报精度比潮汐表略有提高.     

基于潮汐表数据同化的天文潮数值预报模型及其模拟预报效果

潮汐表是利用长期潮汐观测结果经调和分析实现的主要港湾潮汐预报结果,具有较高的预报精度,而通常的天文潮数值预报目前还难以达到潮汐表的预报精度.本研究在建立常规天文潮数值预报模型的基础上,建立了基于潮汐表数据同化的天文潮数值预报模型,并分别采用这2种模型预报福建沿岸海域的天文潮.其结果表明同化模型的预报结果无论是在潮时还是在潮高均明显优于常规模型;同化模型能显著地改善所研究的沿岸海域90个水位点中至少45个水位点的潮汐预报结果,而其他水位点的预报结果也有不同程度地改善.     

江苏近岸高、低潮位变化规律探讨

利用MForeman改进的G·Godin潮汐调和分析及预报程序对江苏省辐射沙洲海域的16个验潮站潮位资料进行了调和分析和潮汐预报。根据各测潮站高、低潮位预报结果,对各站高低潮潮时差、低潮每日延迟时间、高潮每日延迟时间进行了统计计算,并对辐射沙洲海域高低潮潮时差特征值的分布进行了分析。利用潮汐表预报结果探讨了江苏沿岸6站的高潮位、低潮位、高低潮潮时差、高潮每日延迟时间、低潮每日延迟时间之间的对应关系,并分析给出了各量的变化周期。     

黄海、东海潮汐余差谱的初步分析

目前世界各国出版的潮汐表和潮流表几乎全是采用调和方法推算的,对于用这种方法进行的潮汐预报的误差已有许多人做过研究;我国也曾有人从调和常数准确度和分潮选取方面进行了研究,并研究了浅水港口的潮汐预报方法。我所与国家海洋局情报研究所潮流组的同志在这方面做了一些工作:在一定程度上提高了潮汐预报的准确度;满足了实践的需要。然而,潮汐预报余差(即实测水位与预报潮高之差)减小的量值与余差本身相比仍是微小。例如在浅水港口吴淞,用1963年实测水位资料的分析结果预报1970年的潮位,采用 Doodson的方法预报,低潮时间的误差在半小时以上者占49%,而采用浅水准调和分潮方法预报,则仅占9%。前者余差的标准差是20.6厘米,后者约为19.7厘米,两者只相差0.9厘米,对余差总体来说,所减少的量值还是很小的。 验潮站测得的每小时一次的水位值,实际上可以认为是周期性和非周期性水位之和。其中,周期部分是潮汐诸分潮振动的迭加结果;在实测水位中扣除预报的潮高后得到的余差基本上可看作是非周期性的。从谱结构来看,实测水位不仅是一系列以线谱为特征的分潮的迭加,而且还有本底噪声以及介于两者之间的非线性相互作用所导致的一些随机起伏。所以,用调和方法预报潮汐,其准确度必有某些限制。为了进一步研究潮汐预报误差,国外曾有人对特定地点的潮汐预报余差进行谱分析,从而得到了一些有意义的结果。本文即拟通过潮汐预报余差功率谱研究潮汐预报的准确度和误差的性质。     

风暴潮与天文潮非线性相互作用结果及有关问题的分析

分析了风暴潮与天文潮非线性相互作用的结果，给出了增、减水的解析表达式，指出了潮汐预报精度在增、减水分离中的重要性，提出了提高潮汐分析预报精度的方法。     

便携式潮汐预报仪的开发与研究

讨论了一种便携式潮汐预报仪的开发与实现。其内部集成嵌入式μC/OS-Ⅱ实时操作系统以及潮汐预报软件,能够根据用户需要实时计算待测港口的潮位信息。将预测数据与实测数据进行比对,说明本系统与传统纸质潮汐表及微机版电子潮汐预报仪相比,具有便携、使用方便、预测精度高等优点。     

基于高、低潮的潮汐调和常数提取及潮汐预报

针对短、中期高、低潮数据情况下的潮汐调和分析问题,采用埃尔米特三次插值方法对高、低潮数据进行插值得到近似的逐时潮位,再使用最小二乘法求解调和常数,进而利用得到的调和常数进行潮汐预报;同时在此基础上利用MATLAB设计并开发了一个潮汐预报系统。本文分别对位于近海、河口、内河感潮河段等3种区域的验潮站的预报结果与潮位数据进行了对比分析,结果表明文中方法能够很好地对近海和内河感潮河段区域的潮汐进行预报,而对于水动力环境复杂的河口区域预报结果相对较差;对于进行调和常数计算的实测数据所对应较近时间段的预报结果优于较远时间段的预报结果;对比验证结果表明本文方法提取的调和常数和利用T_tide计算得到的结果基本一致。开发的潮汐预报系统可以方便地利用高、低潮潮位或更小时间间隔的潮位数据进行潮汐调和分析和预报。     

电子潮汐表的开发与应用

针对目前国内外港口潮汐预报的应用现状,为适应电子化、信息化的需要,以提高资料的利用价值、提高用户的工作效率为目的,我们开发研制了电子潮汐表系统．本文从电子潮汐表的定义着手介绍了电子潮汐表系统开发和应用,并提出了需要完善的内容．电子潮汐表的开发完成不仅具有一定的经济效益,而且带来明显的军事应用价值．     

人工神经网络在潮汐数值预报中的应用

潮汐数值预报经过了几十年的发展,但是其预报精度并不能让人十分满意,本文试图将传统的潮汐数值预报模式与近年来发展迅速的人工神经网络相结合并改进潮汐数值预报的精度。文章建立了一个神经网络系统,采用潮汐数值模式的输出结果作为网络输入,潮位观测资料作为输出,用建立的神经网络进行训练,结果表明人工神经网络可以明显地改进潮汐数值预报的精度。     

全球大洋潮汐模式在北印度洋潮汐预报准确性的评估

为评估DTU10、TPXO8、GOT00.2和NAO.99b 4个全球大洋潮汐模式对北印度洋潮汐的预报能力,采用英国海洋资料中心提供的海区中部和沿岸站潮汐调和常数资料,检验了这些模式4个主要分潮(M_2、S_2、K_1、O_1)的准确度。它们的各分潮调和常数资料准确度都比较高,振幅绝均差的最大值仅5.61 cm,迟角绝均差的最大值仅9.13°。这些模式的调和常数给出潮波传播特征差别不大。基于这些模式提供的调和常数,分别建立了北印度洋4、8和16分潮潮汐预报模型,将预报结果与中国海事服务网提供的沿岸24个站潮汐表资料进行对比。各模式的8分潮(M_2、S_2、N_2、K_2、K_1、O_1、P_1、Q_1)潮汐预报模型均优于4分潮(M_2、S_2、K_1、O_1)潮汐预报模型,NAO.99b模式可以提供16分潮(M_2、S_2、N_2、K_2、K_1、O_1、P_1、Q_1、MU_2、NU_2、T_2、L_2、2N_2、J_1、M1、OO_1)潮汐预报模型,但是对预报结果改善不明显;在各模式中,GOT00.2模式的8分潮潮汐预报模型对北印度洋沿岸的预报效果最好,平均绝均差为14.97 cm。     

东海北部1个潜标连续观测站的潮流垂向特征分析

采用调和分析方法对东海北部海区1个坐底式潜标连续观测的近两个半月的海流数据进行分析,研究了该站点的潮流空间结构特征以及余流信息。调和分析结果表明,该点以半日潮流为主,潮流类型在40 m以上属不规则半日潮流,40 m以下则属规则半日潮流;该海区的潮流以顺时针旋转为主,潮流量值占海流的比率随深度递增,潮流椭圆要素存在明显的垂向变化。本文研究有助于了解该站点潮流的垂直变化特点,并为潮流数值模拟提供校验依据。     

正规半日潮海域潮汐不对称性及量化

潮汐变形是近岸潮汐的一个基本特征,潮汐不对称的判断及量化是一个重要的研究内容。传统的判别方法是通过M2分潮与其倍潮(M4、M6等)以及分潮K1、O1和M2等的相对振幅和相对相位实现。这些方法主要基于满足特定关系的分潮组的调和常数计算,不易应用于研究潮汐不对称在不同时间尺度的变化。针对正规半日潮海域,通过对潮汐不对称的分解,对潮汐不对称在一个涨落潮过程中的产生及量化进行了探讨。研究认为,近岸潮汐一个涨落过程的历时随潮汐过程变化,在一个涨落潮过程中,近岸的潮汐不对称不仅来自于M2分潮及其倍潮或K1、O1和M2等满足一定频率关系的分潮波组合,M2分潮与任何分潮叠加均可能导致涨落潮过程的不对称及其类型的潮间转换。潮汐不对称的大小与所选分潮与M2分潮的相位、振幅之间的关系密切。给出的潮汐不对称分解方法在正规半日潮海域具有一定的适用性,能够将不同分潮对潮汐不对称的贡献进行分离。但对于相对振幅大于1/2的分潮,此分解方法尚需进一步研究。     

2018年6月上海近海海域潮流特征分析

采用短期资料的潮流准调和分析方法,对2018年6月上海近海海域9个站位的同步潮流资料进行分析.分析结果表明:该海域潮流涨落潮不等现象显著,大部分站位的落潮流历时长于涨潮流历时,长江口内(C1～C3)落潮流最大流速远大于涨潮;该海域基本以半日潮为主,同时存在规则半日潮和不规则半日潮,考虑到该海域浅海分潮流具有较大的比重,...     

临时验潮站深度基准面确定技术的改进

在临时验潮站深度基准面的传递推估中加入时间性的要求,再将潮差比法确定的深度基准面经同步改正,有效地提高了深度基准面的传递精度,并给出了评定其精度的可行方法。     

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。     

潮汐日不等显著区域深度基准面的确定研究

由于利用定义法独立求算验潮站的深度基准面对潮位观测资料、计算工具有较高的要求,并且由于潮汐调和常数存在季节变化,导致利用中、短期验潮资料求算的深度基准面稳定性不高。利用邻近验潮站传算验潮站深度基准面在海洋测绘中经常涉及,对各种传算方法的数学模型进行了分析,认为其实质均为"潮差比法"传算深度基准面,并对"潮差比法"确定深度基准面提出了改进的建议。     

Extraction of Intemal Tidal Currents from A Portion of Sea Current Profile

Internal tide is one of the major oceanic phenomena. Determination of internal tide is important for theoretical study and for ocean engineering research. As an inverse problem, extraction of internal tidal currenls from sea currents is diffi-cult. In this paper, a method is developed to extract internal tidal currents from a portion of the sea current profile based on the fact that the directions of internal tidal currents above and below the thermocline are inverse. Sea current data col-lected from the South China Sea is processed with this method. The internal tidal currents and the depth of the thermocline are successfully extracted. The depth of the thermocline determined is in good agreement with that measured in 1959.     

Extraction of Internal Tidal Currents from A Portion of Sea Current Profile

Internal tide is one of the major oceanic phenomena. Determination of internal tide is important for theoretical studyand for ocean engineering research. As an inverse problem, extraction of internal tidal currents from sea currents is diffi-cult. In this paper, a method is developed to extract internal tidal currents from a portion of the sea current profile basedon the fact that the directions of internal tidal currents above and below the thermocline are inverse. Sea current data col-lected from the South China Sea is processed with this method. The internal tidal currents and the depth of the thermo-cline are successfully extracted. The depth of the thermocline determined is in good agreement with that measured in 1959.     

A study of non-linear tidal propagation in shallow inlet/estuarine systems Part I: Observations

The offshore tide becomes strongly distorted as it propagates into shallow estuarine systems. Observations of sea surface elevation and horizontal currents over periods ranging from three days to one year, at nine stations within Nauset inlet/estuary, document the non-linear interaction of the off-shore equilibrium tidal constituents. Despite strong frictional attenuation within the estuary, the overtides and compound tides of M₂, S₂ and N₂, in particular, reach significant amplitude, resulting in strong tidal distortion. High frequency forced constituents in sea surface are phase-locked, consistently leading the forcing tides by 60–70°, resulting in a persistent distortion where falling tide is longer than rising tide. Forced constituents in currents are more nearly in phase with equilibrium constituents, producing flood currents which are shorter but more intense than ebb currents. A compound fortnightly tide, MS_f, modulates the mean water level such that lowest tides occur during neap phase instead of spring phase. This fortnightly tide can be contaminated by storm surge, changing the phase characteristics of this constituent. Implications of the overtides, compound tides, and lower frequency tides on near-bed, suspended and dissolved material transport are profound.