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:
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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+u)i为分潮初相角,可由天文相角表查得;Hi和gi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Hi和gi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:
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⑤根据最小二乘法原理,使目标函数达到最小,可令 、
、
(i=1,2,……,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H0和ai、bi(i=1,2,……,m),从而得到调和常数:
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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。