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潮汐调和分析

/harmonic analysis of tides/
条目作者宋志尧

宋志尧

最后更新 2023-12-02
浏览 309
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基于潮汐静力理论,将海洋中任意地点的潮位变化按平衡潮展开式的简谐振动分解为许多分潮,并根据实测潮汐数据,计算各分潮的潮汐调和常数(即平均振幅和迟角)的方法。又称潮汐谐波分析。

英文名称
harmonic analysis of tides
又称
潮汐谐波分析
所属学科
水利工程

  潮汐调和分析是分析潮汐性质、计算潮汐特征及非调和常数(包括理论最低潮面、最大可能潮差等)和进行潮位预报的重要基础。对海洋中某观测点,根据潮汐理论,忽略非周期性的水位变化及观测误差,潮高(η)可表达为:


(1)

式中t为时间(注意时区,如中国近海属8时区);H0为平均海面高度;m为分潮数;fi为分潮的交点因子,可由计算公式或查表得到;σi为分潮角速率;(V0+ui为分潮初相角,可由天文相角表查得;Higi分别为第i个分潮的平均振幅和迟角(此角可反映实测高潮时迟后天文高潮时的现象)。每个分潮的Higi只和观测点的位置有关,故称为潮汐调和常数。它们不仅有天文潮的作用,而且能反映观测点所在海区的地理特征和水文气象因素的影响。

  根据实测潮汐数据,可采用达尔文(G. H.  Darwin)方法、杜森(A. T. Doodson)方法、最小二乘法、傅里叶(J. B. J. Fourier)分析法、谱分析法和小波分析法等进行各个分潮调和常数的计算,其中最常用的是最小二乘法。

  对于实测潮汐数据(tj)(j=1……n)n为观测数据数),基于最小二乘法的潮汐调和分析的基本步骤如下:①在式(1)中令。②根据观测数据的长短,选择分潮数,一般一个月的短期完整资料选择11个主要分潮,一年及一年以上较完整的长期资料则选择63个及以上的分潮,18.61年较完整的资料可选择300个以上的分潮。③计算各分潮的天文信息及fi(取观测期中间时刻的值)、(V0+u)i(取观测开始年元旦零时的值)。④针对n个实测数据,建立目标函数:


(2)


⑤根据最小二乘法原理,使目标函数达到最小,可令 、i=12,……n),由此建立关于2n+1个变量的线性方程组。⑥在非病态的条件下解线性方程组,即可得H0aibii=1,2,……,m,从而得到调和常数:


(3)

(4)

上述调和分析方法,应用于连续等间隔(一般为1小时)的观测数据(即使有部分缺失,但可进行必要的数据插补完整),简单有效,精度较高;对于只有高低潮数据的资料,需要补充约束条件或对高低潮数据进行插补才能应用,精度尚可;对于河口感潮河段水位,因调和常数随着下泄径流量是变化的(不再是常数),直接应用误差较大,相应的理论和方法尚在探索研究中。

  • 陈宗镛.潮汐学.北京:科学出版社,1980.
  • 方国洪,郑文振,陈宗镛,等.潮汐和潮流的分析和预报.北京:海洋出版社,1986.

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