中国南海北部潮汐主要分潮的变化趋势分析

第３５卷第１期　２０１５年１月　海洋测绘　ＶＯ１．３５．Ｎｏ．１　ＨＹＤＲＯＧＲＡＰＨＩＣ　ＳＵＲＶＥＹＩＮＧ　ＡＮＤ　ＣＨＡＲＴＩＮＧ　Ｊａｎ．　２０１５　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－３０４４．２０１５．０１．００４　中国南海北部潮汐主要分潮的变化趋势分析　付延光　，周兴华　一，杨（１．山东科技大学测绘科学与工程学院，山东青岛磊　，周东旭　，孙维康　２６６０６１）　２６６５１０；２．Ｎ￣Ｎｆ４Ｎ第一海洋研究所，山东青岛摘要：基于中国南海北部６个长期验潮站逐时水位资料，对该海域０　、Ｋ。、Ｍ：和ｓ　的４个主要分潮的振幅和迟角变　化趋势分别进行分析。结果表明：各验潮站的０。、Ｋ，和Ｍ：分潮振幅呈现显著的周期性变化，ｓ，分潮振幅年变化量基本在　毫米级，具有较高的稳定性。厦门站１９５４－１９９７年期问的Ｍ　分潮振幅存在ｌ８．９８年的周期变化，与交点潮ｌ８．６１年的变　化周期相吻合。基于最小二乘原理，通过曲线拟合方式能够对主要分潮振幅在一定时间内进行比较准确的预报。　关键词：海洋测量；调和分析；变化趋势；中国南海；Ｔ＿ＴＩＤＥ　中图分类号：Ｐ２２９　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７１．３０４４（２０１５）０１—００１４．０４　１　引　言　２０世纪８０年代以来南海潮汐已引起许多学者　关注¨　。对于南海潮汐的研究，最初是基于沿岸和　岛屿的观测资料。分析中国南海北部主要分潮的变　化趋势意义重大，不仅能够客观的反映在一定时问内　６（ｆ）＝Ａｏ＋∑　ｃｏｓ［　＋（　＋ｕ）一　］＋　（ｔ）（１）　式中，　。为分析期间的平均海面；ｔ为区时　为分潮　交点因子；　为分潮的角速率；（　＋　）为格林威治零　时的平衡潮初相角；　（ｔ）为非天文潮位，具有随机的　主要分潮的变化趋势，而且能进行主要分潮振幅的预　报，对海道测量应用潮汐信息的获取具有重要意义。　目前对中国南海北部区域潮汐特征的分析较少。　俞慕耕利用３２０个验潮站的调和常数资料，采用等高　线法，绘制了０。、Ｋ　、Ｍ　和ｓ　分潮图，较好的展现了南　海潮汐的分布规律　；沈育疆分析了主要分潮在南海　特性，在物理学上称为噪音；日为分潮的平均振幅；ｇ　为区时专用迟角；Ｈ、ｇ为待定的潮汐调和常数。　２．２资料来源与处理方法　本文的资料来源于夏威夷大学海平面中心　（ｈｔｔｐ：／／ｉｌｉｋａｉ．ｓｏｅｓｔ．ｈａｗａｉｉ．ｅｄｕ／ｕｈｓｌｃ／ｄａｔａ．ｈｔｍ１）提　供的中国南海北部６个长期验潮站实测逐时水位资　料，验潮站的具体信息见表１。　表１　验潮站分布及特征值　验潮站（　（　，值　潮汐类型　传播、分布的规律　；沙文钰等对环台湾岛海域全日　分潮和潮汐、潮流特征进行了三维数值研究　；暴景　阳分析了中国沿岸验潮站分别按年、月调和分析结果　对调和常数的精度统计分析，并对南海的主要分潮变　化趋势进行了拟合精度分析ｌ卜　。　本文根据验潮站数据，分析了４个主要分潮　（０　、Ｋ　、Ｍ：、Ｓ　）调和常数变化趋势。分析长期验潮　站主要分潮的变化趋势，能够对未来一段时间进行　调和常数的准确预报，对缺测数据较多的验潮站的　调和常数提供依据。　２　中国南海北部数据处理理论与方法　２．１调和分析原理　表１中，Ｆ值为潮港类型指标值，表达式为　Ｆ＝（日０。＋日　．）／Ｈ　，；选取的６个验潮站包括了三种　潮汐类型半日潮、半日潮为主的混合潮、日潮，比较　具有代表性。　３主要分潮调和常数变化趋势的分析　实测潮汐信号可表示为平均海面、潮高和扰动　因素的组合　ｍ］，即：　收稿日期：２０１４—０７—０７；修回日期：２０１４—１０—２９　据实测数据潮汐调和分析结果，通过Ｔ—ＴＩＤＥ　作者简介：付延光（１９９０一），男，山东济南人，硕士研究生，主要从事海洋测绘高度计、潮汐调和分析应用等研究。　１６　３．１　分潮振幅、迟角变化的数据分析　海洋测　绘　第３５卷　３．２分潮振幅变化趋势分析　本文采用１９年（月球升交点周期ｌ８．６１年）观　测数据的总体分析结果作为真值，对各站逐年分潮　结果与真值比较的年变化量统计值见表２，加粗数　字表示偏差明显偏大。　表２验潮站主要分潮振幅的年变化值统计值　单位：ｃｍ　由图２可知，中国南海北部６个验潮站的主要　分潮Ｏ。、Ｋ　和Ｍ：振幅逐年变化趋势存在规律性趋　势变化，相对于０　、Ｋ　和Ｍ　，该海域的Ｓ　分潮振幅　相对较小，年分析结果变化范围在毫米级，因此可当　做常值处理故在此不做讨论。下面仅对Ｍ，分潮振　幅进行变化趋势分析。　以厦门站１９５４～１９９７年逐年Ｍ　分潮振幅变化　趋势为例，利用最小二乘法对数据进行曲线拟合。　采用高斯函数曲线法，借助Ｍａｔｌａｂ软件对其编程进　行拟合，见图３。　从潮区性质来看，日潮区（海口、东方、北海）的　分潮振幅最大变化量要比半日潮区（厦门）、不规则　半日潮区（闸坡、汕尾）都要大。从各分潮振幅来　正　看，各验潮站０，分潮最大变化量较其他分潮普遍要　大。Ｋ　和Ｍ　分潮振幅年变化量在厘米级，其最大变　化量分别为８．８８ｃｍ、６．０６ｅｒａ；Ｓ２分潮振幅年变化量　基本在毫米级，最大变化量仅为１．３９ｃｍ，具有较高　的稳定性；０　分潮振幅年变化量较其他分潮普遍较　大，最大能到１７．１ｌｃｍ。北海的各个分潮统计值较　其他验潮站变化量都要大，可能与其复杂的地理位　置有关。　图３厦门验潮站Ｍ，分潮振幅曲线拟合图　通过分析可知，分潮振幅与时间存在近似的函　数关系：　ｙ＝１８０．４１＋０．１５ｘ＋４．５８ｓｉｎ（１８．９６ｘ一２２．４８）　（２）　由式（２）可知，角速度为１８．９６，故周期　＝３６０／　１８．９６，Ｍ　分潮振幅存在１８．９８年的周期变化，这与　交点潮的１８．６１年的变化周期相吻合。此外，分潮　振幅还存在每年１．５ｍｍ增大变化率。　将戈值代入式（２）求出的计算值与分潮振幅差　值的统计值最大值（ｍａｘ）、最小值（ｍｉｎ）、中误差　（８）、部分年份差值见表３。　单位：ｃｍ　对于分潮迟角的变化，从图２可以看出Ｋ　、ｓ：　分潮迟角逐年变化很小，但是Ｏ　、Ｍ　分潮的迟角变　化却呈现一定的规律性，促使这一现象的原因还在　研究中　表３曲线拟合与分潮振幅差值统计值　由表３可知，通过曲线拟合的方式对长期验潮　站主要分潮进行预报，能够得到比较好的结果，对缺　年变化量在厘米级，其最大变化量分别为８．８８ｅｍ、　６．０６ｅｍ；Ｏ　分潮振幅年变化量普遍较大，最大能到　测数据较多的验潮站的调和常数提供依据。　４结束语　１７．１　ｌｃｍ；Ｓ，分潮振幅年变化量基本在毫米级，最大变　化量仅为１．３９ｃｍ，具有较高的稳定性；而迟角变化比　较复杂，作者将会在此基础上继续研究。根据对厦门　站数据的分析，Ｍ，分潮振幅存在大约１８．９８年的周期　变化，并有每年１．５ｒａｍ变大的趋势，通过曲线拟合对　调和常数的预报，有一定的实际意义。　对中国南海北部６个长期验潮站４个主要分潮　调和分潮的变化趋势进行分析，结果表明Ｏ　、Ｋ。和　Ｍ　分潮振幅存在显著周期性变化，Ｋ　和Ｍ　分潮振幅　第１期　付延光，等：中国南海北部潮汐主要分潮的变化趋势分析　１７　参考文献：　［１］　ＹＥ　Ａ　Ｌ．ＲＯＢＩＮＳＯＮ　Ｉ　Ｓ．Ｔｉｄａｌ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　征和潮汐、潮流的综合性质［Ｊ］．海洋科学，２００２，２６　（１０）：６２—６９．　［７］暴景阳，许军，崔扬．调和常数及深度基准面的变　Ｓ￣ａ［Ｊ３．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｊ．Ｒｏｙ．Ａｓｔｒｏ．Ｓｏｃ．１９８３，７２（３）：６９１—７０７．　［２］　ＳＨＥＮＹｕ－ｊｉａｎｇ，ｅｔ　１．ａＮｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｉｄｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅＳｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｓｅａ『Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｏｃｅａｎｏｌｏｇｙ　化与历元订正［Ｊ］．海洋测绘，２０１３，３３（３）：１—５．　［８］　暴景阳，许军．中国沿岸验潮站潮汐调和常数的精度　评估［Ｊ］．海洋测绘，２０１３，３３（１）：１－４．　［９］　方国洪，郑文振，陈宗镛．等．潮汐和潮流的分析和预报　［Ｍ］．北京：海洋出版社，１９８６．　ｎｄ　ａＬｉｍｎｏｌｏｇｙ，１９８５，（１）：１－１１．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　［３］　ＦＡＮＧ　Ｇｕｏ—ｈｏｎｇ，ＣＡＯ　Ｄｅ—ｍｉｎｇ，ＨＵＡＮ　Ｑｉ—ｚｈｏｕ．Ａ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｉｄｅｓ　ａｎｄ　Ｔｉｄａｌ　Ｃｕｒｒｅｎｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　［１０］暴景阳，刘雁春，肖付民．潮汐分析和预报的误差分析　［Ｊ］．海洋测绘，１９９５，１５（１）：３１—３７．　［１１］Ｐａｗｌｏｗｉｃｚ　Ｒ，Ｂｅａｒｄｓｌｅｙ　Ｂ，Ｌｅｎｔｚ　ｓ．Ｃｌａｓｓｉｃａｌ　ｔｉｄａｌ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｅｒｒｏｒ　ｅｓｔｉｍａｔｅｓ　ｉｎ　ＭＡＴＬＡＢ　ｕｓｉｎｇ　Ｔ—　Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｓｅａ『Ｊ］．Ａｃｔ　ａ　Ｏｃｅａｎｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｓｉｎｉｃａ，１９９４。　１６（４）：１－１２．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　［４］　俞慕耕．南海潮汐特征的初步探讨［Ｊ］．海洋学报，　１９８４。６（３）：２９３－３００．　［５］　沈育疆，胡定明，梅丽明，等．南海潮汐数值计算［Ｊ］．海　洋湖沼通报，１９８５（１）：１－１１．　［６］　沙文钰，吕新刚，张文静．环台湾岛海域全日分潮的特　ＴＩＤＥ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ＆Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，２Ｏ０２，２８：９２９—９３７．　［１２］Ｆｏｅｒｍａｎ　Ｍ　Ｇ，Ｎｅｕｆｅｌｄ　Ｅ　Ｔ．Ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｔｉｄａｌ，ａｎａｌｙｓｅｓ　ｏｆ　ｌｏｎｇ　ｔｉｍｅ　ｓｅｒｉｅｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｈｙｄｒｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｒｅｖｉｅｗ，　１９９１，６８（１）：８５—１０８．　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ　Ｔｒｅｎｄｓ　ｏｆ　Ｍａｊｏｒ　Ｔｉｄａｌ　Ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ　Ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　Ｎｏｒｔｈｅｒｎ　Ｃｏａｓｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｓｅａ　ＦＵ　Ｙａｎｇｕａｎｇ　，ＺＨＯＵ　Ｘｉｎｇｈｕａ　，ＹＡＮＧ　Ｌｅｉ　，ＺＨＯＵ　Ｄｏｎｇｘｕ　，ＳＵＮ　Ｗｅｉｋａｎｇ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｄｅｓｙ　ａｎｄ　Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６５９０，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｆｉｒｓｔ　Ｉｎｓｉｔｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｏｃｅａｎｏｇｒａｐｈｙ，Ｓｔａｔｅ　Ｏｃｅａｎｉｃ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０６１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｔｒｅｎｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ａｎｄ　ｐｈａｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　Ｏ１、Ｋｌ、Ｍ２ａｎｄ　Ｓ２　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｆｒｏｍ　ｓｉｘ　ｌｏｎｇ　ｔｅｒｍ　ｇａｕｇｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｎｏｒｔｈｅｍ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｓｅａ．Ｔｈｅ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｉｄｅ　ｔｙｐｅｓ　ｉｓ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ．ｗｈｉｃｈ　ｉｎｃｌｕｄｅｓ　ｄｉｕｒｎａｌ　ｔｉｄｅｓ．ｍｉｘｅｄ　ｔｉｄｅｓ　ａｎｄ　ｓｅｍｉｄｉｕｒｎａｌ　ｔｉｄｅｓ．Ｔｈｅ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ａｎｄ　ｐｈａｓｅ　ｏｆ　Ｏ１Ｋｌａｎｄ　Ｍ２ｈａｓ　ｓｉｇｎｉｉｃａｆｎｔ　ｐｅｒｉｏｄｉｃ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｏｆ　，Ｓ，ｉｓ　ｉｎ　ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ　ｌｅｖｅｌ，ａｎｄ　ｉｔ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｓｔａｂｌｅ：Ｔｈｅ　ｙｅａｒｌｙ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｏｆ　Ｍ．ｉｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｆｒｏｍ　Ｘｉａｍｅｎ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　１９５４—１９９７．Ｔｈｅ　ｐｅｒｉｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｉｓ　１８．９８　ｙｅａｒｓ．ａｎｄ　ｉｔ　ｃｏｉｎｃｉｄｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｅｒｉｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｏｄａｌ　ｔｉｄｅ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　１８．６１ｙｅａｒｓ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｅａｓｔ　ｓｑｕａｒｅｓｗｅ　ｃａｎ　ｆｏｒｅｃａｓｔ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　，ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ’ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ａｔ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｔｉｍｅ　ｂｙ　ＣＵ／＇Ｖｅ　ｆｉｔｔｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏｇｒａｐｈｉｃ　ｓｕｒｖｅｙ；ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔｓ；ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｆｉｅｎｄ；Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｓｅａ；ＴＴＩＤＥ　—◆…ｌ◆…ｌ◆…◆ｉｉｉ．．１ｌｌ１．ｑｌｌｉ￣ｑＩＩＩ＇＊ＩＩ　ＬＩ￣－ＩＩＩ１￣１Ｉ　ｈｌ＊＇ｌ…◆１ＩＩ１＂．１１１Ｉ￣１…◆…ｌ◆…◆…１◆…ｌ◆…◆…◆…◆…Ｉ◆…◆…◆…ｌ◆…Ｉ￣１ＩＩ１￣１ＩＩ１￣１ｌ　Ｉ￣１…◆…ｌ◆…◆ＩＩ１＂＊１ＩＩ１￣＇１１１◆…◆｛ＩＩｌ￣－ＩＩＩ１＂＊＇１１１Ｉ￣１１１１４－１ＩＩ１＂＊＇１１１１４＂１ＩＩ１＂＊－Ｉ…◆…ｌ◆　（上接第１３页）　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｖｏｉｄ　Ｆｉｌｌｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　Ｍｕｌｔｉｂｅａｍ　ＤＥＭ　Ｄａｔａ　ＦＡＮ　Ｍｉａｏ　，ＬＵ　Ｈｕｉｑｕａｎ　，ＸＩＮＧ　Ｚｈｅ　，ＪＩＮ　Ｊｉｙｅ　（１．Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｍａｒｉｎｅ　Ｄａｔａ　ｎｄ　Ｉａｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｅｒｖｉｃｅ，Ｔｉｎｊｉａｎ　３００１７１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｔｈｉｒｄ　Ｉｎｓｉｔｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｏｃｅａｎｏｇｒａｐｈｙ，ＳＯＡ，Ｘｉａｍｅｎ　３６１００５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆａｃｔｏｒｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｂｏｕｎｄａｒｙ　ｅｒｒｏｒ　ａｎｄ　ｓｐａｒｓｅ　ｔｒａｃｋｌｉｎｅｓ　ａｒｅ　ａｔ　ｔｉｍｅｓ　ｕｎａｖｏｉｄａｂｌｙ　ｌｅａｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ｏｆ　ｇａｐ　ｏｒ　ｖｏｉｄ　ａｒｅａｓ　ｗｈｅｎ　ｈｉｇｈ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ＤＥＭ　ａｒｅ　ｃｒｅａｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｍｕｌｔｉｂｅａｍ　ｄａｔａＩｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｆｉｌ１　ｔｈｅｓｅ　ｇａｐｓ．ｗｅ　．ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ｇａｐ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｏｕｒ　ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ＩＤＷ，ＳｐｌｉｎｅＫｒｉｇｉｎｇ　ａｎｄ　ＴＩＮ　ａｔ　ｓｅｖｅｒａｌ　，ｂａｔｈｙｍｅｔｒｙ　ＤＥＭ　ａｒｅａｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｏｕｒ　ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｓ　ｒｅｌｙ　ｏｎ　ｂｏｔｈ　ｔｅｒｒａｉｎ　ｔｅｘｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｃｅｌｌｓｉｚｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉｂｅａｍ　ｅｃｈｏｓｕｏｕｎｄｉｎｇ；ＤＥＭ；ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ；ｖｏｉｄ　ｆｉｌｌｉｎｇ