基于海洋潮汐动力模型的水位改正方法研究

本文研究并提出了一种基于海洋潮汐动力模型的水位改正方法。该方法通过对数值模拟的天文潮位进行改正,结合残差改正获得特定站的潮位数据。结合实际资料,将基于海洋潮汐动力模型的水位改正方法与传统的水位改正方法(时差法和最小二乘潮位拟合法)进行了比较,新方法改正的精度明显高于传统方法,显示其在地形变化较为复杂海域进行水位改正的可行性与独特优势。该方法可以在海洋测绘中减少短期验潮站的布设,用于潮位序列缺失的修补。     

传统水位改正法的实施条件与评价指标

在总结各传统水位改正法基本原理及假设条件的基础上,分析了现行的GB 12327-1998《海道测量规范》中关于验潮站布设的条目:潮汐类型相似及最大潮高差与最大潮时差的量化指标要求不能保证站间的水位关系满足传统水位改正方法的假设条件。基于假设条件,提出了评价指标与方法:(1)对于站间水位相似性,提出由同步水位曲线定性判断和最小二乘拟合法推算的中误差为量化指标的定量分析相结合的评价方法;(2)对于站间水位均匀变化,提出由站间是否存在阻挡以及潮波图定性判断、中间站点处水位内插误差为量化指标的定量分析相结合的评价方法。     

涨落潮历时时间不等显著海区的水位改正问题

在涨潮、落潮历时时间不等显著的特殊海区实施水深测量水位改正,不合理的计算潮时差将与实际产生明显差异。分析了涨落潮历时时间不等产生的原因,推导了涨落潮历时时间的近似计算公式,为保证水深测量成果质量,提出了在类似海区应逐日分别计算涨潮和落潮时段的潮时差以实施较合理水位改正。     

珠江口及邻近海域实时水位监控的可行性分析

采用基于POM模式与blending同化法构建了珠江口及邻近海域的13个主要分潮的精密潮汐模型,空间分辨率为1'×1'。精度评估表明,模型的总体综合预报误差小于9. 3cm。在广州海事测绘中心管辖的长期验潮站控制下,以余水位传递的方式,珠江口海域的实时水位计算精度能满足水位改正的相关指标要求。对于大鹏湾海域,余水位的空间一致性较强,后续若建立长期站,则也能实现水位改正精度指标下的实时水位监控。     

海道测量水位改正通用模式研究

为满足海道测量作业发展实际需求,进行了海道测量水位改正通用模式研究.在单波束测深逐点逐时分区改正基础上提出了适于单、多波束测深的海量数据虚拟单验潮站改正模式,基于时差法、最小二乘拟合法数学模型以及海洋潮汐数值预报模型,研制了适于沿岸、近海水深测量的水位改正软件.     

潮汐性质相似性判断的两个指标及其应用

提出采用时差法的相关系数和最小二乘潮位拟合法的推算中误差,作为潮汐性质相似性强弱判断的两个量化指标。根据实测潮汐数据进行了有关计算,结果表明这两个指标可以用于潮汐性质相似性强弱的快速判断,另外推算中误差还可以用于验潮站潮位数据缺测时推算精度的检验,建议在沿岸海道测量水位改正作业中综合使用。     

三种验潮方法水位观测性能比较与统计分析

水尺、压力式验潮仪与验潮井验潮仪是海道测量水位控制和水位观测的主要手段。通过6日6个时间段的同步比对试验,计算了三种方法获取水位观测数据之间的潮时差和潮高差,分析了三种观测手段的水位观测性能以及产生差值的可能原因,提出了使用方法的建议。     

平均海面同步改正传递法的误差分析

给出了平均海面同步改正法中异步效应及余水位引起的误差的表达式。对中国沿海3组典型验潮站进行了数值计算,统计分析了异步效应与余水位引起的误差的量值与规律。     

验潮站零点漂移检测及修订方法的改进

考虑到利用中数法计算的日平均海面可能残留较多的短周期分潮影响,会给验潮站零点的漂移检测及修订引入一项潜在的系统差,进而影响到潮汐分析及水深测量水位改正等应用。提出了基于Godin法计算日平均海面的验潮站零点漂移检测及修正的改进方法。应用结果表明Godin法较中数法可明显削弱短周期分潮影响,从而可提高验潮站零点漂移检测及修订的精度。     

一种基于GNSS测高的近海单站水位改正方法

针对在海洋水深测量或海底地形测量中,部分距岸较远测量区域的水位改正问题,提出一种基于GNSS测高的近海单站水位改正方法,通过对船载GNSS测高数据进行波浪滤波及吃水改正,计算得到反映水位变化的大地高,然后采用最小二乘拟合法,计算测区大地高水位与单验潮站水位的基准面偏差,统一GNSS大地高水位与岸边验潮站基准,从而对测区水深数据进行水位改正。实验表明,该方法可达到厘米级的水位改正精度,满足相关测量规范要求,具有一定的应用价值。     

Tidal Reduction Method Based on Temporal Tidal Time-Difference Variations

Abstract

Technical developments in the positioning and depth detection fields have allowed for vast improvements in sounding results, but the effects of tidal reduction (TR) yet merit improvement; today, TR is the main factor that limits bathymetry precision. It is crucial to determine tidal time difference (TTD) between tidal gauges to conduct effective TTD-based TR. The influence of temporal TTD variations is usually ignored, and the temporal observation window to determine TTD is generally freely selected. In this study, temporal TTD variations were analyzed under the tidal constituent merging theory. Daily and hourly TTDs were compared and utilized to reduce the TR error during time difference method operation. At-sea experiments were conducted to contrast the effects of daily versus hourly TTDs on TR; the results indicate that hourly TTD is more precise and thus better suited to TR.     

用混沌理论提高潮汐预报的准确度

为提高潮位预报的准确性,在具有较长潮汐观测数据的站点,基于混沌理论,对观测值与潮汐模型预测值之差所构成的余水位序列(即误差序列),采用局域线性模型的分析方法,给出可能误差预测,修正模型的预报结果,提高潮汐预报的准确性。所给例子,对预测跨度T=2 h,经局域法修正后,崇武站2007年12月份1个月预测水位统计的RMSE值减少74.7%,厦门站减少60.5%;对T=24 h,崇武、厦门两站RMSE值减小都在50%左右。     

Topographical Mapping of a Bare Tidal Flat Outside a Mangrove Area based on the Waterline Method and an Iterative Hydrodynamic Model: A Case Study of Yingluo Bay,South China

A change in the elevation of bare tidal flats outside a mangrove area is an indispensable factor for the sustainable development of mangroves. Waterline extraction, as an effective and economical tool used in reconstructing the terrain of an intertidal zone, has been widely applied to open-coast tidal flats by constructing a digital elevation model (DEM). However, mangrove wetlands are usually located in wave-sheltered sites, such as estuaries and bays that have narrow tidal channels flanked by tidal flats. Changes in water level are affected by the dry-wet processes of complex landforms caused by tides. This article takes as a study case the area of Yingluo Bay, which covers the core region of the Zhanjiang and Shankou National Mangrove National Nature Reserve in southwestern China. Waterline extraction based on seventeen multisource and multispectral satellite images obtained from December 2014 to April 2015, combining the finite-volume coastal ocean model (FVCOM) hydrodynamic model in an iterative process, was used to generate a topographical map of the bare tidal flat outside the mangrove area in Yingluo Bay. The quality of the iterative DEMs was evaluated via six transects of a ground-based survey using Real - time kinematic (RKT) GPS in May 2015. The mean absolute error (MAE) and root mean square error (RMSE) of the DEM decreased with an increase in the number of iterations. In this study, the DEM in the third iteration was used as the final output because the difference from the previous iterative DEM satisfied an inversion-stopping criterion. The MAE and RMSE of the final DEM with the measured data were 0.072 and 0.09?m, respectively, without considering small tidal creeks. The method used in this study can be an effective and highly precise approach for detecting and reconstructing the historical terrain of a bare tidal flat outside a mangrove area. This work also has great importance regarding intertidal resource management and the sustainable development of mangroves facing the vulnerable coastal ecological environment.     

远海航渡式水深测量水位改正方法研究

针对远海航渡式水深测量作业中的潮汐改正难题,基于全球潮汐场DTU10模型及GPS无验潮测深两种改正模式,通过潮汐场预报精度评估、验潮站实测数据比对分析以及GPS大地高计算潮汐值等多种手段,开展了大范围、长时段、单测线情况下水深测量水位改正研究,形成了一套适用性强的航渡水深测量水位改正方法与流程,为面向全球的海洋水深测量资料处理提供了潮汐、垂直基准和水位归算的方法和技术支持。     

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。     

压力式验潮仪观测数据的处理方法研究

就压力式验潮仪观测数据的预处理、仪器改正、海水密度改正、滤波光滑处理等方法进行了探讨。对由于仪器原因或因缺电造成的缺损数据的修复,首次提出了利用调和相关差分的方法进行数据的恢复,这种方法还可以用于海底自容压力式验潮仪的沉降检测和改正。经过分析比对,此次渤海航路测量水位改正的均方差优于10 cm,证明这些潮汐数据分析处理方法合理可靠。     

基于非稳态调和分析和长短时记忆神经网络的河口潮位短期预报混合模型

河口潮汐过程受上游径流、外海潮波等因素影响,动力机制复杂,潮位预报难度大。本文提出了一种基于非稳态调和分析（NS＿TIDE）和长短时记忆（LSTM）神经网络的混合模型,对河口潮位进行12～48 h短期预报。该模型首先对河口实测潮汐数据进行非稳态调和分析,通过与实测资料对比得到分析误差的时序序列,并以此作为LSTM神经网络的输入数据,通过网络学习并预测未来12～48 h潮位预报误差,据此对NS＿TIDE的预测结果进行实时校正。利用该模型对2020年长江口潮位过程进行了预报检验,结果表明混合模型12 h、24 h、36 h和48 h短期水位预报的均方根误差（RMSE）相比NS＿TIDE模型至多分别降低了0.16 m、0.15 m、0.14 m和0.12 m;针对2020年南京站最高水位预测,NS＿TIDE模型预报误差为0.64 m,而混合模型预报误差仅为0.10 m。     

建议研究开发我国东南沿海丰富的潮汐能源

论述潮汐能源开发的优点。讨论潮汐能源开发的综合效益 ,潮汐电站的淤积 ,潮汐电站的不间断发电问题。论证长江口北支潮汐电站方案的双库运行和潮时差利用。提出开发我国东南沿海丰富的潮汐能源的建议。