中國海域潮汐非調(diào)和常數(shù)的計(jì)算與分析

付延光，申　宏，孫維康，紀(jì)　雪

（1.山東科技大學(xué)　測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東　青島　266510；2.國家海洋局第一海洋研究所，山東　青島　266061）

中國海域潮汐非調(diào)和常數(shù)的計(jì)算與分析

付延光1，申宏2，孫維康1，紀(jì)雪2

（1.山東科技大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266510；2.國家海洋局第一海洋研究所，山東青島266061）

聯(lián)合利用中國沿岸長(zhǎng)期驗(yàn)潮站實(shí)測(cè)資料和全球海潮模型NAO.99b在中國海域的結(jié)果，進(jìn)行潮汐非調(diào)和常數(shù)的計(jì)算。分別對(duì)渤海、黃海、東海和南海進(jìn)行分析，結(jié)果表明，中國海域潮汐類型復(fù)雜，渤海、黃海、東海以半日潮性質(zhì)為主，南海以日潮性質(zhì)為主；渤海、南海平均大潮差多分布在0.42～2.09 m，平均小潮差分布在0.27～1.33 m，東海、黃海平均大潮差多分布在1.12～4.44 m，平均小潮差多分布在0.41～2.41 m；渤海、黃海平均大潮高潮位分布在0.48～1.77 m，東海在0.42～2.41 m，南海在0.21～1.35 m；渤海、東海以及南海北部淺海海域潮高日不等現(xiàn)象顯著。

調(diào)和分析；調(diào)和常數(shù)；非調(diào)和常數(shù)；潮汐特征

潮汐作為一種自然現(xiàn)象，對(duì)于港工建設(shè)、航運(yùn)和軍事活動(dòng)具有非常重要的意義［1］。潮汐非調(diào)和常數(shù)主要用來反映潮汐特征，如最大潮位和最小潮位、最大潮差、平均潮差等具體數(shù)據(jù)，其為港口建設(shè)及海上石油開發(fā)設(shè)計(jì)提供工程潮位及有關(guān)潮汐特征值作為依據(jù)［2］。

中國海區(qū)潮汐現(xiàn)象比較復(fù)雜，潮汐性質(zhì)因地而異，許多研究因?qū)崪y(cè)資料比較缺乏而只限于局部海區(qū)的理論推測(cè)［3］。王驥［4-5］從基本原理出發(fā)導(dǎo)出了非調(diào)和常數(shù)的計(jì)算式，并討論了利用日潮和半日潮平均振幅計(jì)算潮汐非調(diào)和常數(shù)的具體過程；黃辰虎［1］簡(jiǎn)單介紹了正規(guī)半日潮非調(diào)和常數(shù)的模型算法；劉克修等［6］對(duì)工程潮位計(jì)算中非調(diào)和常數(shù)的定義進(jìn)行了闡述；吳俊彥等［3］探討了中國沿海潮汐類型的分布特點(diǎn)，并闡述了中國海區(qū)潮波系統(tǒng)的傳播方式；李維鋒、俞慕耕等［2，7-8］多位學(xué)者對(duì)南沙永暑海區(qū)、南海等局部海域進(jìn)行了潮汐特征分析。在這些局部海區(qū)潮汐特征的分析中，大多僅對(duì)潮汐類型、海平面變化等部分參數(shù)進(jìn)行總結(jié)。而很少有對(duì)中國海域等大范圍海區(qū)的非調(diào)和常數(shù)進(jìn)行研究。

本文聯(lián)合利用中國沿岸長(zhǎng)期驗(yàn)潮站實(shí)測(cè)資料和全球海潮模型NAO.99b［9］，計(jì)算了平均大小潮差、平均大潮高潮位等各類非調(diào)和常數(shù)，繪制了非調(diào)和常數(shù)在中國沿海的分布圖，探討了中國海域非調(diào)和常數(shù)的分布規(guī)律。

1　資料和方法

本文選取研究區(qū)域?yàn)?7°N～41°N，105°E～127°E，29個(gè)長(zhǎng)期驗(yàn)潮站資料由國家海洋局第一海洋研究所提供，該數(shù)據(jù)采樣時(shí)間間隔為1 h，時(shí)間長(zhǎng)度為2012年1月1日-2012年12月31日（圖1中三角表示）；8個(gè)長(zhǎng)期驗(yàn)潮站資料取自夏威夷大學(xué)海平面觀測(cè)中心，該數(shù)據(jù)采樣時(shí)間間隔為1 h，時(shí)間長(zhǎng)度為1996年1月1日-1996年12月31日（圖1中五角星表示）?？紤]到海潮模型在中國海域的精度問題［10-11］，選取全球海潮模型NAO.99b在研究區(qū)域內(nèi)1°×1°共202個(gè)有效網(wǎng)格點(diǎn)（圖1中點(diǎn)表示）。

圖1　本文采用的驗(yàn)潮站和海潮模型點(diǎn)位位置

對(duì)驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)進(jìn)行缺測(cè)值的插值，然后對(duì)整年資料進(jìn)行調(diào)和分析［12］，得到各站調(diào)和結(jié)果；全球海潮模型NAO.99b的分辨率為0.5°×0.5°，提取研究范圍內(nèi)202個(gè)有效網(wǎng)格點(diǎn)的分潮調(diào)和常數(shù)。按照相關(guān)文獻(xiàn)方法計(jì)算潮汐非調(diào)和常數(shù)［4-5，12］。

2　潮汐非調(diào)和常數(shù)值的計(jì)算與分析

2.1潮汐類型

我國海域潮汐性質(zhì)的劃分主要以F值來判斷，F(xiàn)=（HO1+HK1）/（HM2），F(xiàn)值的不同取值范圍代表不同的潮汐類型：若0＜F＜0.5，則潮汐為正規(guī)半日潮；若0.5＜F＜2，則潮汐為不規(guī)則半日潮混合潮；若2＜F＜4，則潮汐為不規(guī)則日潮混合潮；若F＞4，則潮汐為正規(guī)日潮。對(duì)研究區(qū)域239個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行F值計(jì)算，其分布圖見圖2。

圖2　中國海域F值的分布

由圖2可以看出，中國海域潮汐性質(zhì)復(fù)雜。渤、黃海海域F值范圍在0.29～4.82，包含了半日潮、日潮和混合潮，以半日潮性質(zhì)為主；東海海域F值范圍在0.14～1.60，以半日潮性質(zhì)為主，由北向南，正規(guī)半日潮變?yōu)榛旌习肴粘?；南海海域F值范圍在0.48～11.34，以日潮性質(zhì)為主，北部灣F值最大（部分參數(shù)量值參見表1，下同）。

2.2平均大潮差、平均小潮差

以半日潮為主的港口，平均大、小潮差可以反映潮汐振幅隨月相變化情況。為了解中國海域潮差分布規(guī)律，對(duì)研究區(qū)域平均大潮差、平均小潮差分別進(jìn)行計(jì)算，其在中國海域分布見圖3～圖4，并計(jì)算了兩者差值，其隨緯度變化情況見圖5。

圖3　中國海域平均大潮差分布

圖4　中國海域平均小潮差分布

本文雖計(jì)算了日潮海區(qū)的平均大、小潮差，但是由圖3～圖4可以看出，在渤海海域、南海海域等日潮性質(zhì)顯著的海域，兩者均較小，多數(shù)分別分布在0.42～2.09 m，0.27～1.33 m。而對(duì)于黃海海域、東海海域等半日潮性質(zhì)顯著的海域，兩者變化較大，多數(shù)分別分布在1.12～4.44 m，0.41～1.50 m。

圖5　中國海域平均大、小潮差差值隨緯度變化情況

由圖5可以看出，在緯度約24°N～40°N的海域半日潮性質(zhì)顯著，兩者差值多位于0.88～2.83 m，說明此海域潮汐振幅隨月相變化幅度較大；在緯度約18°N～24°N的海域日潮性質(zhì)顯著，兩者差值多位于-0.55～0.68 m。隨著緯度的減小，潮汐振幅隨月相變化的幅度有整體減小的趨勢(shì)。

2.3平均大潮高潮位

平均大潮高潮位，又稱為大潮平均高潮位，是用于海洋測(cè)繪凈空信息表示的參考面［13-14］。本文根據(jù)圖2中國沿岸潮汐不同類型的分布，利用文獻(xiàn)［12］中針對(duì)不同潮汐類型的平均大潮高潮位的公式進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果見圖6，單位：m。

圖6　中國沿岸平均大潮高潮位的分布

由圖6可以看出，渤、黃海海域平均大潮高潮位在0.28～4.54 m，其中除山東南部、江蘇在3.49～4.54 m，其余海域多在0.48～1.77 m；東海海域多在0.75～2.33 m，淺海海域多在1.32～2.41 m，深海海域多在0.42～1.60 m；南海海域在0.13～3.10 m，其中閘坡、海口等淺海海域在2.14～3.10 m，其余多在0.21～1.35 m。

2.4潮汐的日不等現(xiàn)象

潮汐的日不等現(xiàn)象，包括潮高日不等和漲、落潮歷時(shí)不等兩個(gè)方面。本文僅對(duì)潮高日不等現(xiàn)象進(jìn)行分析。潮高日不等現(xiàn)象與月赤緯變化密切相關(guān)，受比值S2分潮振幅大小的影響很大。當(dāng)HS2/HM2的值大于0.40時(shí)，則潮高日不等現(xiàn)象明顯。圖7為HS2/HM2值的分布情況。

圖7　中國海域HS2/HM2值分布

由圖7可知，中國海域大于0.40的HS2/HM2值主要分布在渤海、東海和南海北部淺海海域，與圖2比較可以發(fā)現(xiàn)，潮高日不等現(xiàn)象顯著的海域多具有顯著的半日潮性質(zhì)。

表1為37個(gè)驗(yàn)潮站非調(diào)和常數(shù)結(jié)果。

3　結(jié)論

本文采用中國沿岸37個(gè)長(zhǎng)期驗(yàn)潮站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以及全球海潮模型NAO.99中202個(gè)有效網(wǎng)格點(diǎn)聯(lián)合計(jì)算了中國海域17°N～41°N，105°E～127°E范圍的非調(diào)和常數(shù)，繪制了各類參數(shù)的分布圖。結(jié)果表明，中國海域潮汐性質(zhì)復(fù)雜，渤、黃海海域包含了半日潮、日潮和混合潮，東海海域以半日潮性質(zhì)為主，南海海域以日潮性質(zhì)為主；平均大、小潮差及其差值在渤海、黃海、東海和南海分布不同，表現(xiàn)出隨著緯度降低，潮汐振幅隨月相變化的幅度有逐漸減小的趨勢(shì)；平均大潮高潮位較大值分布在東海、南海北部淺海海域，達(dá)到1.32～2.41 m，其余海域多在0.13～1.77 m；潮高日不等現(xiàn)象顯著的海域多具有顯著的半日潮性質(zhì)。

表1　中國沿岸驗(yàn)潮站非調(diào)和常數(shù)值的統(tǒng)計(jì)

［1］黃辰虎，侯世喜，黃謨濤.等.潮汐非調(diào)和常數(shù)的計(jì)算及應(yīng)用［J］.海洋測(cè)繪，2005，25（4）:22-24.

［2］李維鋒，梁廣健，徐剛.南沙永暑海區(qū)潮汐特征分析［J］.海洋技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，33（5）:71-77.

［3］吳俊彥，肖京國，成俊，等.中國沿海潮汐類型分布特點(diǎn) ［C］//中國測(cè)繪學(xué)會(huì)九屆四次理事會(huì)暨2008年學(xué)術(shù)會(huì)論文集，2008: 191-196.

［4］王冀.潮汐非調(diào)和常數(shù)的計(jì)算方法I·原理［J］.海洋科學(xué)，1984（5a）:1-9.

［5］王冀.潮汐非調(diào)和常數(shù)的計(jì)算方法II·人工計(jì)算過程［J］.海洋科學(xué)，1984（6b）:4-8.

［6］劉克修，王冀.關(guān)于工程潮位計(jì)算的若干問題［J］.海洋技術(shù)，1999，18（4）:46-55.

［7］俞慕耕.南海潮汐特征的初步探討［J］.海洋學(xué)報(bào)，1984，6（3）:293-300.

［8］田永青，潘愛軍.臺(tái)灣海峽西部近海潮汐特征［J］.臺(tái)灣海峽，2011，30（4）:483-488.

［9］Matsumoto K，Takanezawa T，Ooe M.Ocean Tide Models Developed by Assimilating TOPEX/Poseidon Altimeter Data into Hydrodynamical Model:AGlobal Model and a Regional Model around Japan［J］.Journal ofOceangraphy，2000，56（5）:567-581.

［10］李大煒，李建成，金濤勇，等.利用驗(yàn)潮站資料評(píng)價(jià)全球海潮模型的精度［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2012，32（4）:106-110.

［11］孫佳龍，郭金運(yùn)，郭淑艷，等.基于驗(yàn)潮資料的CSR4.0模型和NAO.99b模型在中國海域的精度分析［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2013，28（5）:2787-2795.

［12］方國洪，鄭文振，陳宗鏞.等.潮汐和潮流的分析和預(yù)報(bào)［M］.北京:海洋出版社，1986.

［13］暴景陽，許軍，關(guān)海波.平均大潮高潮位的計(jì)算方法和比較［J］.海洋測(cè)繪，2013，33（4）:1-5.

［14］許家琨，劉雁春，許希啟，等.平均大潮高潮面的科學(xué)定位與現(xiàn)實(shí)描述［J］.海洋測(cè)繪，2007，27（6）:19-24.

Computation and Analysis of the Non-harmonic Constants of Tides in China's Sea Areas

FU Yan-guang1，SHEN Hong2，SUN Wei-kang1，JI Xue2
1.College of Geodesy and Geomatics，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266510，Shandong Province，China；
2.First Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Qingdao 266061，Shandong Province，China

The tidal non-harmonic constants are calculated by utilizing the long-term gauge tidal data along China's coast in combination with the results of the global tide model NAO.99b for China's sea areas.In terms of the Bohai Sea，Yellow Sea，East China Sea and South China Sea，the results show that China has complex tidal characteristics.The Bohai Sea，Yellow Sea and East China Sea are mainly featured by semi-diurnal tides，with diurnal tides in the South China Sea.The mean spring range in the Bohai Sea and South China Sea is mainly around 0.42-2.09 m，and the mean neap range is 0.27-1.33 m.In comparison，the mean spring range in the East China Sea and Yellow Sea is 1.12-4.44 m，with the mean neap range of 0.42-2.41 m.The mean high water spring in the Bohai Sea and Yellow Sea ranges 0.48-1.77 m，with that of 0.42-2.41 m in the East China Sea and 0.21-1.35 m in the South China Sea.The range tidal day phenomenon is obvious in the Bohai Sea，East China Sea and the shallow waters of Northern South China Sea.

harmonic analysis；harmonic constants；non-harmonic constants；tidal characteristics

P229；P731.23

A

1003-2029（2016）01-0079-05

10.3969/j.issn.1003-2029.2016.01.013

2015-10-23

國家國際科技合作專項(xiàng)“自主星載高度計(jì)海面在軌絕對(duì)定標(biāo)關(guān)鍵技術(shù)研究”（2014DFA21710）；“基于GNSS浮標(biāo)的衛(wèi)星高度計(jì)定標(biāo)技術(shù)研究”（GY0214G21）資助項(xiàng)目

付延光（1990-），男，博士研究生，主要從事海洋測(cè)繪潮汐分析研究及應(yīng)用。E-mail：fuyanguang123@163.com