基于T/P和Jason-1/2卫星高度计海面高度数据获取南海同潮图的研究

随着卫星高度计资料的不断丰富,通过对卫星高度计所得潮汐调和常数进行插值或拟合得到潮汐同潮图成为可能。本文拟对T/P(TOPEX/POSEIDON)、Jason-1和Jason-2卫星高度计数据进行分析,得到南海区域星下观测点处四个主要分潮(M2、S2、K1和O1分潮)的调和常数,进而利用双调和样条插值方法对其进行插值,获取南海同潮图。首先,以1992～2016年T/P和Jason卫星高度计所得海面高度数据为基础,利用调和分析方法计算了南海星下观测点处M2、S2、K1和O1四个主要分潮的调和常数,并与40个验潮站数据进行了对比,最大矢量均差为4.99cm,说明分析所得调和常数与利用验潮站资料提取的调和常数的误差较小。进而采用双调和样条插值方法对星下点调和常数进行插值,得到了南海四个主要分潮的同潮图,所得结果与全球潮汐模型TPXO7.2模式结果的矢量均差分别为4.69、2.46、3.13和2.42 cm,与141个验潮站处观测结果的矢量均差分别为22.59、10.26、10.24和8.51 cm。此外,插值所得四个主要分潮的无潮点位置与前人研究结果相近。上述实验结果表明:利用双调和样条插值方法对卫星高度计所得调和常数进行插值能够获取较为准确的同潮图。     

利用T/P 卫星高度计资料调和分析南海潮汐信息

利用j,v模型调和分析1992～2002年共10 a的TOPEX/Poseidon(T/P)海面高度距平资料,提取了南海K1,O1,P1,Q1,M2,S2,N2和K2等8个主要分潮的潮汐调和常数。分析比较了卫星上下行轨道的19个交叉点的振幅和迟角,其中M2,S2,K1和O1的平均向量均方根偏差分别是1.5,1.1,2.5和1.4 cm;将交叉点的调和常数与TPXO7.2模式的结果进行了比较,结果表明M2,S2,K1和O1分潮振幅的绝对平均误差均小于3 cm,迟角的最大绝对平均误差为7.8°。选取了与卫星轨道较近的8个验潮站,对验潮站的实测数据调和常数和本文所得调和常数进行了比较,结果显示K1分潮的向量均方根偏差为4.7 cm,M2分潮的向量均方根偏差为3.7 cm。论文结果表明利用j,v模型调和分析方法对南海海域卫星高度计资料进行潮汐信息提取是可靠的,并可为局部重力场的研究提供海洋潮汐改正数据,有一定的参考价值。     

港珠澳大桥岛隧工程施工海域潮汐调和分析与预报

对港珠澳大桥岛隧工程施工海域2013年的潮汐观测资料进行调和分析,发现该海域潮汐特征为不正规半日潮,以M2分潮为主,其次为K1、O1、S2和P1等分潮;利用调和常数做预报时,分潮个数的选择会在一定程度上影响预报精度。结果表明:分潮由5个增加至25个可以明显改进预报效果,再增加几乎没有改进。选用25个分潮建立调和预报模型预报2014—2016年的潮位,同时对2012年的潮位做了回报,并与实测潮位进行对比。检验结果表明预报潮位与实测潮位趋势一致,大小基本吻合,3 a平均的均方根误差为0.16 m,可以作为施工潮位窗口的选择依据。对调和预报误差的进一步分析表明,误差主要来源于径流和风的影响,台风带来的风暴增水可以达到1.33 m。     

越南沿海若干验潮站长期观测资料的潮汐分析

为掌握越南沿海潮汐分布特征和变化规律,利用越南沿海HONDAU、HONNGU、DANANG、QUYNHON、VUNGTAU和RACHGIA共6个验潮站长期观测资料进行了调和分析,计算了主要分潮O1、P1、K1、Q1、M2、S2、N2、K2以及交点分潮Mn等长周期分潮的调和常数。计算结果表明,越南沿海地区潮汐特征复杂,极易受季节性海平面变化的影响。分析得到的18.61年交点分潮Mn空间分布不均匀,且明显高于其理论平衡潮振幅,可能与非潮汐低频海平面变化有关。     

全球大洋潮汐模式在南海的准确度评估

采用南海海域60个验潮站和22个TOPEX/Poseidon卫星高度计轨道交叉点的调和常数资料,对比了TPXO7.2、GOT00.2、NAO.99b和DTU10四种全球大洋潮汐模式M2、S2、K1、O1四个主要分潮调和常数在南海的准确度。为了准确评估这四种大洋潮汐模式在南海不同区域的准确度,本研究将南海分成了8个区分别进行了对比。结果表明,南海北部和东部区域,4个分潮都是DTU10准确度最高;南部区域,M2和O1分潮GOT00.2的偏差最小,S2和K1分潮DTU10的偏差最小。总体而言,在进行南海潮汐数值模拟选择开边界条件时,建议以DTU10模式为主,并利用GOT00.2模式作适当调整。还简单分析了南海M2、S2、K1、O1四个主要分潮的潮汐分布特征。     

潮汐分析和预报的准调和分潮方法 Ⅰ.准调和分潮

潮汐的调和分析和预报方法,一般是准确可靠的。但是由于调和分潮的数目非常多,使用起来有时有着许多不便之处。为了能够由一次或几次周日观测计算出调和常数和为了能够使航海人员迅速地由调和常数推算出即时的潮汐情况,Doodson建议将众多的潮汐分潮合并为O1、K1、M2和S2四个分潮。合并所得分潮的振幅和角速率不再是常数,亦即分潮不再是调和的,我们称之为“准调和分潮”。严格地说,Darwin引进的分潮也不是调和的,但是由于其交点系数f和天文相角中与交点有关的订正量u在一个很长的期间(例如一年)之内可视为不变,我们将仍按一般习惯,称之为“调和分潮”。至于Doodson得出的严格的调和分潮,可以叫做“纯调和分潮”。Doodson给出的计算准调和分潮的振幅系数B C和迟角订正b+c的公式是相当粗略的,误差主要来自两个方面。一个是,如他已经指出的,用月亮中天时刻表示黄经,另一个是没有考虑视差潮令。本文将给出计算准调和分潮的振幅系数和迟角订正的更准确的公式,同时引进了浅水准调和分潮。由于准调和分潮的个数很少,将给某些情况下的潮汐的分析和预报带来好处,同时使实际的潮汐表现和它的调和常数之间的联系获得更加清晰的图景。     

渤黄海潮汐潮流精细化数值模拟及可视化预报系统

利用有限元海洋模式ADCIRC (Advanced Circulation Model),建立了高分辨率的渤黄海二维潮汐潮流数值模型,该模型以M2,S2,K1,O1等8个分潮的水位作为驱动,模拟出了该8个分潮的潮汐潮流调和常数;利用该调和常数预报的潮位和二维平均潮流与实测资料相比,符合较好;利用模拟得到的潮汐潮流调和常...     

基于卫星高度计资料提取浙江近海的潮汐信息

利用Topex/Poseidon(T/P)、Jason-1和Jason-2卫星24a的原始轨道及6a的变轨轨道高度计资料,对浙江近海区域内进行潮汐调和分析,得到8个主要分潮(Q_1、O_1、P_1、K_1、N_2、M_2、S_2和K_2)的调和常数.比较卫星轨道交叉点处潮汐调和常数结果显示,8个分潮总体综合误差在原始轨道,变轨轨道及原始轨道与变轨轨道交叉点处的和方根RSS值分别为3.16、7.02、5.54cm;用卫星高度计资料及31个近岸验潮站得到的潮汐分布与21个验潮站资料结果进行比较,M_2、S_2、N_2、K_1和O_1主要分潮的多点向量均方根偏差分别为4.32、3.64、1.97、2.61、1.83 cm;本研究结果与前人数值模拟结果比较显示M2、S2分潮在对比点处的多点向量均方根偏差在11、8 cm左右,最后给出了浙江近岸及近海区域更为精确的5个主要分潮(M_2、S_2、N_2、K_1和O_1)的同潮图.     

卫星高度计数据样本大小对潮汐信息提取的影响

对3颗高度计卫星TOPEX/POSEIDON(TP),Jason-1(J1),Jason-2(J2)自1992—2011年683个重复周期,共18.6年的数据进行分析,得到全球海洋潮汐调和常数,并重点分析了采用不同样本大小的卫星高度计数据对潮汐信息提取的准度和精度所带来的影响。研究结果表明,参与分析的卫星高度计数据观测样本数的增加可以降低其反演潮汐各分潮振幅时的误差。观测时间为18.6年的高度计数据调和分析所得的主要半日分潮与实测比较,其振幅差相比于利用10年数据的计算结果减小约0.5cm;但是由于忽略了卫星更替过程所带来的观测时间差来进行调和分析,将会对计算分析过程中产生的迟角误差造成影响,主要全日分潮的迟角误差增加约2°,而半日潮迟角误差的改变则比较小。本文进一步用理想化实验解释了造成这种迟角计算误差变化的原因,比较了轨道交叉点上,由卫星在升轨和降轨2个轨道上各自的观测数据计算得到的调和常数,发现随着参与分析的高度计观测样本数的增加,调和分析计算潮汐调和常数时的内符精度也会显著提高。利用18.6年数据比利用10年数据进行调和分析时,主要半日潮调和常数的精度提高了约7%。     

潮汐调和常数的变化趋势研究

潮汐调和常数具有随时间变化的特性,以某一长期验潮站44年的观测数据为样本,研究分析了在短期、中期和长期观测时段下潮汐调和常数的变化规律,计算出各分潮调和常数的平均值、最大互差及中误差的变化量级。研究表明,较短时间的观测资料得出的各分潮调和常数存在着较大的变动误差,但随着观测时间的增长,其误差量级呈逐渐减小并且逐步稳定的变化趋势。建议采用调和常数计算理论最低潮面时,宜选定19年作为观测周期,以消除分潮调和常数的误差影响,满足高精度海洋测深基准面的稳定和统一。     

Distribution of 9 Principal Tidal Constituents and Tide Prediction for the East China Sea

By use of the hydrodynamic model,the harmonic constants of 8 principal tidal constituents(Q_1,O_1,P_1,K_1,N_2,M_2,S_2andK_2)are obtained for the East China Sea,and the harmonic constant ofS_a is calculated by two-dimensional interpolation.The calculated results agree well with the observed dataaround the sea.The harmonic constants can be used to predict the tide in the East China Sea.The cotidalcharts of the 9 tidal constituents reveal their distribution.     

引入差比关系法分析西北太平洋TOPEX/POSEIDON卫星高度计测高数据

TOPEX/POSEIDON(T/P)卫星高度计数据信息中存在周期成分混淆问题.对其中的一类混淆引入差比关系方法对混淆的分潮进行分离.卫星轨道交叉点资料包括升轨和降轨资料,资料量比沿轨点资料多1倍,经分析发现:在已有为期6a多的观测资料时间序列中,在沿轨处混淆的分潮如K₁和SSA在交叉点处不再混淆,可以直接分离.因此首先对交叉点资料进行调和分析.然后由交叉点的分析结果得到分潮间的差比关系,处理到相近的沿轨点处,从而得到沿轨点的调和常数.用引入差比关系方法,对西北太平洋海区6a多的T/P卫星高度计资料进行了潮汐分析,并与沿岸及岛屿验潮站资料进行了比较,所得结果较满意.     

Tidal constants for McMurdo sound,Antarctica

Harmonic constants were evaluated from 30 days’ tidal records at a position about 0.25 miles (0.44 km) south of Winter Quarters Bay, McMurdo Sound, Antarctica. The main components are the declinational diurnal constituents O1 and K1. Comparison of the constants with those previously evaluated from nearby Pram Point (near Scott Base) shows that the amplitudes are smaller at McMurdo Sound, and that the high tide at McMurdo occurs about one hour after that at Scott Base.     

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。     

Tidal current fluctuations in the Soya Current

Long-term current measurements were carried out near the Soya Strait in the Okhotsk Sea during a period from February 1980 to September 1982. The data were divided into five segments, each being 150 days long, and the tidal ellipse parameters of major axis, minor axis, orientation, and phase for the four major constituents (M2, S2, K1 and O1 tides) were calculated at each segment. The major axis of the mean tidal ellipse averaged over five segments was 29.9 cm sec^–1 for O1 tide, 28.3 cm sec^–1 for K1 tide, 10.4 cm sec^–1 for M2 tide, and 3.7 cm sec^–1 for S2 tide. The phase and orientation of the tidal ellipse were much stable. But, the root mean square deviations of the major axis reached 20% of the mean values for all four constituents. The tidal currents estimated from the sea level records at Wakkanai and Esashi along the Hokkaido coast in the Okhotsk Sea show that their amplitudes and phases are in good agreement with the observed ones for all four constituents.     

Tidal harmonic analysis of TOPEX/POSEIDON data in the Northwest Pacific by introducing difference-ratio relations

The difference-ratio relations are introduced to separate tidal constituents that are aliaseddue to the sampling interval and sampling span of the TOPEX/POSEIDON altimeter. It is found that some tidal constituents such as K_1 and SSA, though aliased at along track points, are not aliased at crossover points Ixrausf the data at crossover points are double those at along track points. So the harmonic analysis method can be employed directly for the analysis of time series at crossover points. Then the difference-ratio relations from crossover points are introduced to analyze the time series at along track points. The TOPEX/POSEIDON data in the Northwest Pacific are analyzed with this method. The results from this method agree well with tidal constants from tidal gauges.     

黄海、渤海TOPEX/Poseidon高度计资料潮汐伴随同化

首先将大约10a的TOPEX/Poseidon(T/P)高度计资料沿星下轨迹点做潮汐调和分析,提取得到各分潮的调和常数,利用伴随同化方法,同化到二维非线性潮汐数值模式中,模拟了黄海、渤海区域M₂,S₂,O₁,K₁等4个潮汐分潮,并根据计算结果给出了各分潮的同潮图.将计算值与观测值的进行偏差统计,结果表明计算值与验潮站资料符合良好.研究过程中做了两类试验:一类试验是针对不同的参数进行优化,一类试验是针对不同的资料进行同化.第一类试验表明:将开边界条件和底摩擦系数同时作为模型优化的控制参数,其结果明显优于单独优化开边界条件;第二类试验表明:同时同化高度计资料与验潮站资料,比单独同化其中任一种资料,对模式计算结果都有较好的改进.研究结果表明,采用伴随同化方法,利用T/P高度计资料和验潮站资料作为同化数据能有效改进模拟结果,用来反演黄海、渤海的潮波系统是可行的.     

潮汐调和分析方法的探讨

为实现对不等时距潮汐资料的分析,基于Matlab内部函数功能,提出了一种调和分析方法。基于这种方法,分别对大连、北海两个站位1985年的全年等时间间距取样的资料和非等时间间距取样的资料进行了调和分析,结果显示,由等时间距资料和非等时间距资料计算的调和常数基本吻合。对大连、北海两个站位的全年资料进行多个不同时间间距取样分...     

基于卫星测高数据的潮汐分析方法对比研究

基于卫星测高数据的潮汐分析是建立海潮模型的基本方法之一,主要包括调和分析方法和正交响应分析方法。利用上述两种方法对中国海和西太平洋海域的Topex/Poseidon(TP)、Jason-1(J1)和Jason-2(J2)卫星测高数据进行了潮汐分析,并将两种方法的计算结果进行对比研究。结果表明,观测时间序列的长度对潮汐信息提取的准确度有较大影响。满足分离任意两个分潮会合周期的卫星测高观测时间序列下,两种方法的准确度基本相同。短时段的数据受混叠效应影响明显,正交响应分析较调和分析准确度更高。