衛(wèi)星海洋潮汐測量原理及其應(yīng)用研究

陳俊任

摘要：潮汐作為一種自然現(xiàn)象，其應(yīng)用多種多樣，除上面提到的兩種以外，與海港工程、航運、軍事活動、養(yǎng)魚業(yè)、近海污染防治等方面都密切相關(guān)。潮汐是由于太陽、月球和地球相對位置的不斷改變及地球自轉(zhuǎn)在一晝夜中地表各處受太陽、月球引力和合力不斷改變，導(dǎo)致海水周期性漲落的現(xiàn)象，導(dǎo)致海水漲落的這種合力我們也稱之為引潮力。本文主要對利用衛(wèi)星對海洋潮汐形成的原理、測量的方式方法進(jìn)行總結(jié)和歸納，以及海洋潮汐目前在環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害預(yù)防、電力等方面的應(yīng)用做出具體的闡釋，詳細(xì)地說明了潮汐的可利用性以及對于未來建立環(huán)境友好型社會有著至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：潮汐；潮汐測量；應(yīng)用；周期性

眾所周知，由于月球和太陽對地球的引力作用導(dǎo)致地球表面海水會發(fā)生有規(guī)律的升降現(xiàn)象，此現(xiàn)象稱為潮汐。潮汐是地球上普遍存在的一種自然現(xiàn)象，它是在太陽和月亮引力的作用下，在地球的巖石圈、大氣圈和水圈中分別產(chǎn)生的周期性運動。國內(nèi)學(xué)者阮銳、申炳琦等人對于海洋潮汐測量的理論和方法都做出了詳細(xì)的闡釋。目前，我國常用的潮汐測量方法有聲測潮法和壓力式測潮法，GPS測潮法尚處于推廣應(yīng)用階段。但其精度可以滿足海洋測量的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代測潮方法越來越多。潮汐測量技術(shù)已經(jīng)從人工測量逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂秒娮釉O(shè)備、衛(wèi)星觀測，潮汐測量也從點到平面的發(fā)展，潮汐數(shù)據(jù)從潮汐信息的觀測到實時的潮汐信息的自動獲取。GPS潮汐測量、潮汐遙感是未來獲取潮汐數(shù)據(jù)的主要途徑。

1 潮汐形成的原理

潮汐是由于太陽、月球和地球相對位置的不斷改變以及地球受到太陽和月球的引力的合力不斷變化，導(dǎo)致海水周期性漲落的現(xiàn)象，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的力稱之為引潮力。牛頓的萬有引力定律表明：引力的大小與兩個物體的乘積成正比，和兩個物體之間的距離成反比，月球和太陽對海洋潮汐的影響是海水周期性波動的原因，不管在其他行星上的作用力有多弱，月亮的作用大約是太陽的兩倍。在最近的表面上，圍繞地球的共同質(zhì)量中心的軌道半徑明顯小于地球的軌道半徑。月球的引力將大于相應(yīng)的慣性力，慣性力已無法再抵消，其合力與物體受地球引力的方向相反。如果該物體是海水，那么就會有漲潮。用同樣的方法來研究離月球最遠(yuǎn)的地球上的物體。月球?qū)ξ矬w的引力小于相應(yīng)的慣性力，它們的合力與地球引力在這里的方向相反。它還使物體的引力明顯變小。因此，離月球最遠(yuǎn)的海域也會出現(xiàn)漲潮。

2 潮汐測量的意義

潮汐測量也稱為驗潮，實際上是用來測量水位隨時間點的變化。潮汐站可分為短期潮汐站和長期潮汐站。臨時潮汐站和固定潮位控制站是基地。它主要用于計算平均海平面和平均海平面的深度計算。該計算需要連續(xù)兩年的水位數(shù)據(jù)。短期潮汐站是用來補充長期潮汐站的。結(jié)合長期潮汐站計算的深度資料。在水深測量過程中，通常需要對水位進(jìn)行30天的觀測，并建立臨時潮汐站。用長期或短期潮汐臺站同時觀測潮汐臺站至少3天的平均海平面或深度基準(zhǔn)。瞬時水位觀測與校正的檢測周期。

3 衛(wèi)星海洋潮汐測量的方法

3.1 GPS驗潮

GPS潮汐測量技術(shù)是隨著差分GPS技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種新技術(shù)。它是目前GPS技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。目前尚處于試驗階段。采用GPS實時動態(tài)RTK測量技術(shù)。該系統(tǒng)由GPS測量技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)組成。其工作原理是在參考站設(shè)置GPS接收機(jī)，連續(xù)觀測所有可見GPS衛(wèi)星。所述觀測數(shù)據(jù)通過所述無線電傳輸裝置實時地發(fā)送到所述用戶觀測站。GPS接收機(jī)同時接收GPS衛(wèi)星信號。參考站發(fā)送的數(shù)據(jù)由無線電接收裝置接收，并根據(jù)相對定位原理實時計算和顯示用戶站的三維坐標(biāo)。

DGPS潮汐檢測分為靜態(tài)潮汐檢測和動態(tài)潮汐檢測。靜潮探測是指將DGPS潮汐站GPS接收天線放置在靠近海岸或海上固定位置的浮標(biāo)或測量船上。利用海岸GPS接收機(jī)進(jìn)行了載波相位差動態(tài)測量。給出了一種獲取瞬時海面高度的方法。動態(tài)測潮裝置是將DGPS測潮站的GPS接收天線置于船舶上。利用海岸的GPS接收機(jī)進(jìn)行實時動態(tài)差分測量，從而獲得測量船瞬時的海面高度的測潮方式。

3.2 潮汐遙感測量

潮汐遙感測量的原理與GPS潮汐測量的原理基本相同，都是組合式的測量方法。它是將高度計搭載在衛(wèi)星上，然后測量海面的高低起伏，從中獲取有效的高程數(shù)據(jù)來計算出有關(guān)潮汐的有效數(shù)據(jù)。這種方法快捷經(jīng)濟(jì)，覆蓋的范圍廣，但精度較低。要想獲取高精度的有效的潮汐數(shù)據(jù)必須要開發(fā)出高精度的傳感器搭載在衛(wèi)星上才可以。

4 潮汐的應(yīng)用

4.1 潮汐在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用

潮汐能是由潮汐力引起的海水周期性波動產(chǎn)生的一種能量。這是一種可再生能源，儲量巨大，有待開發(fā)。我國海岸線全長32000km。大陸海岸線18000km，島嶼海岸線14000km，具有豐富的潮汐能源資源。潮汐能具有清潔、可再生的特點，如果使用得當(dāng)，則可再生利用。它將大大改善以煤為基礎(chǔ)的能源消費結(jié)構(gòu)，減少一次能源燃燒產(chǎn)生的有害物質(zhì)，對改善空氣質(zhì)量具有重要意義。

4.2 潮汐在自然災(zāi)害預(yù)防方面的應(yīng)用

最近幾年全球的自然災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生，造成了很大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，如2004年的印尼海嘯、2008年的緬甸熱帶風(fēng)暴和中國四川汶川地震等，使人們對自然災(zāi)害的預(yù)報更加重視。潮汐的規(guī)律和潮汐的作用是一個比較煩瑣的地球物理問題，潮汐和其他的自然現(xiàn)象對于自然災(zāi)害的預(yù)報有著重要作用。通過收集更多的信息，找到它們之間的聯(lián)系，要比單一的研究自然災(zāi)害更有效。

4.3 潮汐在電力方面的應(yīng)用

利用潮汐發(fā)電和普通的水力發(fā)電原理相同，都是通過具有一定高度的勢能差，將勢能轉(zhuǎn)換為動能進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能的過程。利用潮汐發(fā)電必須滿足兩個條件：第一：潮汐必須很大，有足夠的勢能。第二：必須要有合適的地理環(huán)境。

5 結(jié)語

目前潮測的方式很多，其中比較常用的是聲學(xué)式測潮和壓力式測潮，GPS測潮目前還處于發(fā)展階段，其精度還不能滿足測量需求。而潮汐遙感測量我國還在探索階段，所以利用衛(wèi)星和傳感器對海洋潮汐測量依然需要繼續(xù)探索。

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（作者單位：江西核工業(yè)二六八測繪院）