中短期验潮站验潮零点不规则漂移精密处理

压力验潮仪是海洋深度测量最重要的辅助传感器之一,中、短期验潮站一般采用压力验潮仪定点布设并实现对沿岸水深测量的水位控制。受复杂海洋作业环境的综合影响,在工程实践中发现验潮零点极易出现不规则漂移,是制约水深测量成果精度的主要因素之一,但相关的探测与校正精密理论研究滞后。分析了验潮零点不规则漂移的形成机理,提出了漂移探测及校正的精密处理数学模型。通过对定海长期站和港鑫临时站以及大丰长期站和三丫子临时站等近一个月实测同步验潮数据的处理,分析了两种日平均海面计算方法对不同周期分潮的削弱效果,结果表明,本文提出的新模型适用于验潮零点不规则漂移的精密处理,经零点校正后,港鑫、三丫子等临时验潮站的水位观测数据精度由dm级提高至cm级。     

中国沿岸主要验潮站海图深度基准面的计算与分析

对中国沿岸有代表性的15个验潮站的多年潮位观测资料，以年序列进行调和分析并据调和常数计算验潮站的海图深度基准面，分析了由年观测序列求得的调和常数和海图深度基准面的稳定性，研究和更新了理论上可能最低潮面计算中的浅水分潮和长周期分潮订正算法。计算结果表明，中国沿岸不同验潮站的海图深度基准面定义和算法存在差异，新的订正算法计算的可能最低潮面和最低天文潮面具有意义一致性，研究成果能够用来精化和重新构建中国沿岸海图深度基准面。     

最小二乘法在水位推算中的应用

分析了两个潮汐性质相似验潮站的水位曲线,利用最小二乘法原理确定了两个验潮站之间的关系,实现了实时水位从长期验潮站向临时站的传递。     

水位改正的天文潮时差方法

针对传统时差法水位改正按距离内插计算的潮时差可能与实际情况存在较大差异,进而影响水位改正效果的问题,提出利用天文潮直接计算站间潮时差实施水位改正的方法,研究了我国沿海部分验潮站天文潮与实测水位之间潮时系统的差异与变化性质,并分析了不同分潮选择下确定的天文潮对站间潮时差计算值的影响量级。利用黄海沿岸与北部湾的验潮站设计了天文潮时差水位改正试验,比较了传统时差法与天文潮时差方法的效果。试验和分析表明,利用天文潮计算潮时差比传统时差法更接近实测潮时差,且8分潮水位改正结果的中误差控制在5 cm以内,比传统时差法的水位改正精度提高了近一倍,实现了对传统方法的改进,证明了利用天文潮进行时差法水位改正的可行性。     

理论最低潮面计算方法相关问题探讨

采用理论与数值分析相结合的方式,以直接预报法的推算结果作为参照标准,对弗拉基米尔法理论最低潮面计算中浅水分潮及长周期分潮处理存在的问题进行了分析。发现了应当同时顾及分潮S2的迟角gS2的不同表达式,才可避免长周期分潮处理出现错误;对浅水分潮的处理,分析了问题存在的原因,提出了改进的弗拉基米尔法,给出了L值计算公式。本研究结果解决了理论最低潮面计算所出现的不合理问题,对于保证理论最低潮面计算的质量具有实际意义。     

自适应测站高的GNSS-R潮位监测研究

针对已有的GNSS-R反演潮位过程中由测站与潮位基准面高度的不确定性带来的误差,该文提出了一种 自适应测站高优化方法.该方法通过更新Lomb-Scargle谱分析噪声频率的阈值,可有效剔除噪声主频,从而提高GNSS-R反演潮位的精度.基于30 s采样间隔的GNSS的L2波段数据进行潮位反演的实验表明,该文提出的方法有效提高了GNSS-R反演潮位的精度.与传统反演方法相比,反演潮位与验潮站观测潮位之间的均方根误差降低了28.3％,相关系数提升了12.3％.同时,该文还证实了所提出方法求解出的自验潮站基准面起算的测站高度,可进一步应用于无验潮站或验潮站数据中断情况下的GNSS潮位反演.     

海图深度基准面传递算法的精度分析

基于最小二乘潮位拟合传递法的数学模型,对短期验潮站海图深度基准面确定方法进行了研究.用实例对所提方法和<海道测量规范>中求取短期验潮站海图深度基准面方法进行了分析比较;探讨了影响最小二乘潮位拟合传递法精度的因素.结果表明:最小二乘潮位拟合传递法用于确定短期验潮站海图深度基准面,具有较高精度,并且可从同步时间、地理环境及站间距离等方面进一步提高该法所得海图深度基准面的精度.     

相对海平面变化时段选择效应分析

验潮站观测的海面高度数据是监测海平面变化以及确定平均海面的重要基础观测信息,利用滑动时段法和时段累积法对验潮站不同观测时段相对海平面变化速率的差异进行了分析,讨论了时段选择效应对计算相对海平面变化的影响,并利用美国东海岸验潮站观测数据对分析结果进行了补充实验.实验结果表明,不同观测时段相对海平面变化速率差异最大可达27...     

海图深度基准面传递算法的精度分析

基于最小二乘潮位拟合传递法的数学模型,对短期验潮站海图深度基准面确定方法进行了研究。用实例对所提方法和《海道测量规范》中求取短期验潮站海图深度基准面方法进行了分析比较;探讨了影响最小二乘潮位拟合传递法精度的因素。结果表明:最小二乘潮位拟合传递法用于确定短期验潮站海图深度基准面,具有较高精度,并且可从同步时间、地理环境及站间距离等方面进一步提高该法所得海图深度基准面的精度。     

我国大陆沿海的海面地形

利用Engelis按SEASAT卫星测高资料得到的海面地形模型和Levitus按位水准得到的海面地形模型计算了我国沿海几个验潮站与青岛验潮站之间的海面地形,并与几何水准联测得到的这几个验潮站的平均海面的高差进行了比较。用这三种方法求得的我国大陆沿海海水面倾斜的趋势大体上是一致的。此外,在全球统一系统内计算大地水准面差距时,若在计算点附近(Ψ_0=10°)应用我国区域性重力异常,由于大地水准面差距零阶项N_0和海面地形的影响,可使N的误差达到0.4米,这对确定米级精度的大地水准面差距是有影响的。     

基于不同潮汐类型的不同时间尺度分潮结果精度分析

选取4种不同潮汐类型的验潮站实测潮位资料,对验潮零点在一定范围内变动对调和分析结果的影响进行分析,结果表明,一年的潮位数据中若后续6个月的数据发生10 cm、20 cm、30 cm零点漂移,各分潮振幅最大变化量为0.47 cm,迟角为0.16°。采用1~12个月不同中期尺度的实测数据,对调和结果的精度进行分析,结果表明,当潮位观测数据时间尺度小于6个月时,其4个主要分潮O_1、K_1、M_2、S_2振幅综合中误差在2 cm以上,迟角中误差在2°以上,具有显著的不稳定性;相同时间尺度的不同潮汐类型的潮位站潮位资料调和分析得到的主要分潮的振幅精度差异较大,迟角分布相似。当潮位观测数据时间尺度达到或多于6个月时,澳门站、汕尾站的分潮综合中误差分别为1.16 cm、0.61 cm,厦门站、北海站分别为2.90 cm和2.51 cm;各分潮迟角中误差均在2°内。当时间尺度超过9个月后,4个验潮站分潮振幅综合中误差均在2 cm以内,各分潮迟角中误差均在1°左右。     

广东省邻近海域平均海平面模型订正

目前国际上推出了高精度和高分辨率的全球平均海平面模型有法国国家宇航中心(CNES＿CLS)、丹麦技术大学(DTU)等,但这些模型普遍存在一个问题就是邻近陆地部分精度较差。本文以DTU18平均海平面局部模型作为研究对象,首先通过提取该模型的广东省近海海域数据进行参考椭球转换统一至2000国家大地坐标系(CGCS2000)参考椭球坐标系作为初步模型,其次结合广东省沿岸18个长期验潮站水位数据和7个短期验潮站水位数据,其中短期验潮站通过同步验潮法计算出多年平均海平面值,最后通过该订正方法可将初步模型值和验潮站多年的平均海平面不符值对初步模型进行订正得到成果模型,并进行精度评估。使提高精度后的广东省邻近海域平均海平面模型在广东省陆海基准统一方面更具有实用价值。     

通过大港验潮站坐标确定我国高程基准的垂直偏差

确定局部高程基准相对大地水准面的垂直偏差是统一全球高程基准的重要途径。本文的目的是通过大港验潮站坐标直接确定我国高程基准的垂直偏差。首先给出通过大港验潮站坐标确定我国高程基准垂直偏差的基本原理,然后介绍测定大港验潮站平均海面坐标的方法及过程,接下来通过EGM2008和EIGEN-6C4重力场模型计算出的我国高程基准面的重力位,进而推算获得垂直偏差,并与我国东部地区GPS/水准数据的计算结果进行了比较。经分析发现,EGM2008模型计算结果的可靠性要好于EIGEN-6C4模型;利用大港验潮站坐标计算得到的我国高程基准相对大地水准面的垂直偏差为0.344 m,比利用我国东部261个GPS/水准点数据计算获得的偏差值小0.006 m。     

临时验潮站深度基准面传递模型及其适用性研究

长江口区域瞬时潮汐面受潮汐、径流、风暴潮的耦合作用,具有一定的区域特性。在阐述临时验潮站各种传递模型的基础上,考虑径流季节特性与潮汐特性,利用长期验潮站传递不同时间序列下深度基准面,探讨了各种传递模型在季节特性与潮汐特征组合条件下传递精度及其适用性,提出了长江口区域海图测绘深度基准面传递的优选方案,具有较强的实用性与可操作性。     

利用卫星测高与验潮站数据监测越南近海海平面变化

利用卫星测高和验潮站资料计算分析了越南近海海平面变化。结果表明,两种数据得到的海平面变化过程具有很好的同步性,其中,由测高数据计算得到的1993-2015年越南近海整体上升速率为3.18 mm/a,沿岸验潮站海平面上升速率为4.1 mm/a。在整个验潮站观测时段,越南沿海海平面呈上升趋势,平均上升速率为3.02 mm/a。越南近海海平面表现为较强的季节性特征,在红河和湄公河三角洲沿岸地区,极易受到风暴潮和洪水等季节性气候的影响。     

利用验潮站观测数据校正测高平均海平面变化线性漂移

针对卫星测高数据确定平均海平面变化速度中可能存在的线性漂移问题,利用全球快速验潮站观测数据,在进行精细数据预处理中,为保证两种数据观测含相同时变海平面信号,改进了同步校正方法,解决了每个验潮站参考基准不同导致验潮站上两种数据海平面变化差值无法进行全球平均的问题,并以T/P卫星观测数据为例,确定了其平均海平面变化线性漂移,为获取真实海平面变化速度提供了保证。     

水位改正中"虚拟验潮站"的快速内插

认为分带法水位改正就是在现有验潮站的基础上内插出若干“虚拟验潮站”，每个“虚拟验潮站”应有自己的编号，控制范围和水位数据，文中对分带法的新解释有利于计算机编程实现。     

EMD-IVMD方法在验潮站水位序列降噪中的应用

针对验潮站水位变化序列非线性、非平稳特点，采用一种基于优化参数的变分模态分解和经验模态分解相结合的降噪方法。该方法先经过EMD分解原始信号后，得到低频和高频信号两个部分，再采用IVMD方法处理高频噪声部分，最后将两部分有效低频信号重构作为最终降噪信号。采用1组模拟数据和4个验潮站实测水位序列数据进行实验，并采用信噪比和均方根误差评价降噪效果，结果表明，EMD-IVMD方法明显优于EEMD和传统的EMD方法，该方法在信噪比精度指标上分别提升1.67%和1.52%,在均方根误差精度指标上分别提升9.59%和13.51%,验证该方法的有效性和可靠性。     

利用验潮站资料的中国近岸海潮模型精度评估

针对全球海潮模型在我国近海海域精度较差的问题,该文采用中国沿岸30个长期验潮站的调和常数,对比了3种全球海潮模型DTU10、TPXO7.2、NAO.99b和1个区域海潮模型NAO.99Jb在中国沿岸的准确度。通过海潮模型与验潮站分潮的振幅中误差、迟角中误差以及8个主要分潮的预报误差,对渤海、黄海、东海和南海北部进行了详细的分析。结果表明,NAO.99Jb在中国海域精度最高,NAO.99b次之。在渤海海域,DTU10在Q_1分潮精度最高,NAO.99b在K2分潮精度最高,其余分潮均是NAO.99Jb精度最高;在黄海海域,NAO.99b在Q_1分潮精度最高,其余分潮均是NAO.99Jb精度最高;在东海海域,DTU10在Q_1分潮精度最高,TPXO7.2在P1精度最高,NAO.99Jb在O1、M2分潮精度最高,其余分潮均是NAO.99b精度最高;在南海北部海域,DTU10在N2、S2分潮精度最高,其余分潮均是NAO.99Jb精度最高。     

利用时变潮时差进行水位改正

针对目前实施时差法水位改正时使用的潮时差未考虑时变现象的影响以及利用潮时差确定水位观测时段选择混乱等问题,提出利用逐时滑动时段确定潮时差以进行水位改正的方法,分析了潮时差时变现象的原因及潮时差逐时滑动时段与逐日独立时段确定结果的差异,推导了时差法水位改正的误差公式。以某海域验潮站为例,进行了水位改正的数据实验,比较了逐时滑动时段与逐日独立时段确定的潮时差的水位改正效果。实验结果表明,利用逐时滑动确定的潮时差进行水位改正,在理论与精度方面均对目前使用的时差法有所完善与提高,尤其在潮差差异较大的海域,改进效果更加显著。