水位改正的天文潮時(shí)差方法

劉 聚,暴景陽,許 軍

1. 海軍大連艦艇學(xué)院海洋測繪系,遼寧 大連 116018； 2. 武漢大學(xué)測繪學(xué)院,湖北 武漢 430079

水深測量是海洋測量的主體工作[1-4]，由于海面受潮汐作用影響，同一平面位置在不同時(shí)刻的測深值呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化。為獲得高精度穩(wěn)態(tài)水深數(shù)據(jù)，除要保證定位與測深結(jié)果的精度外，還須確定測深點(diǎn)在測深時(shí)刻的真實(shí)海面位置，并將測深值歸算至深度基準(zhǔn)面，這一過程即為水位改正或稱水位控制[5-6]。隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的廣泛應(yīng)用和測深儀器的智能化發(fā)展，測深時(shí)刻平面位置的精確獲取及瞬時(shí)水深的全覆蓋探測已得到根本突破[7-10]，而水位改正涉及對潮汐的認(rèn)識(shí)、對海面的觀測等若干非儀器所能處理的問題。這些技術(shù)難題需通過水位改正方法解決，而目前水位改正方法仍停留在歷史階段[11-13]，因此水位改正已成為約束水深測量結(jié)果精度的主要因素，而且精密海底地形測量對水位改正技術(shù)提出了更高的精度要求[14]。

基于相關(guān)系數(shù)的時(shí)差法[15]實(shí)現(xiàn)了水位改正由傳統(tǒng)的手工作業(yè)方式向計(jì)算機(jī)處理的轉(zhuǎn)變，并首次將離散的潮汐分帶模式改進(jìn)為水位的連續(xù)分帶模式。潮汐曲線最小二乘比較法[16]利用潮差比、潮時(shí)差、基準(zhǔn)面偏差三個(gè)潮汐比較參數(shù)對驗(yàn)潮站間的水位進(jìn)行配準(zhǔn)，為水位改正提供了一種新方法，其優(yōu)勢在于可對水位改正結(jié)果進(jìn)行精度評價(jià)。在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)專家學(xué)者對有關(guān)潮汐比較參數(shù)的時(shí)變規(guī)律與影響及模型優(yōu)化設(shè)置等問題[17-18]開展了進(jìn)一步研究，給出了針對具體方案的指導(dǎo)意見。21世紀(jì)以來，以GPS驗(yàn)潮與余水位為代表的現(xiàn)代水位改正方法也得到了一定的發(fā)展。GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)潮位的緊密測量，近距離潮位測量中誤差約2 cm[19]，遠(yuǎn)距離潮位測量中誤差約4 cm[20]，GPS驗(yàn)潮需要依靠海域無縫垂直基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型支持，但目前我國海洋統(tǒng)一垂直基準(zhǔn)的建設(shè)還有待發(fā)展完善[22-23]。而余水位法由于目前我國驗(yàn)潮站布設(shè)、深度基準(zhǔn)模型確定精度較低、區(qū)域精密潮汐模型還需進(jìn)一步提高等問題，水位改正精度受到了限制[24-25]。

天文潮作為水位觀測的主體成分與實(shí)測水位變化的性質(zhì)基本一致[26]。本文提出利用天文潮直接計(jì)算驗(yàn)潮站間潮時(shí)差實(shí)施水位改正的方法，對天文潮時(shí)差與實(shí)際潮時(shí)差的差異性質(zhì)及天文潮時(shí)差水位改正效果進(jìn)行了理論分析與實(shí)例驗(yàn)證。

1 原理介紹

1.1 潮汐調(diào)和分析方法

利用驗(yàn)潮站逐時(shí)水位數(shù)據(jù)可調(diào)和分析獲得潮汐調(diào)和常數(shù)，假設(shè)水位是由若干分潮疊加而成，則驗(yàn)潮站觀測水位可表達(dá)為[27-28]

(1)

式中，h(t)表示水位觀測序列；MSL表示平均海面高；f、u表示交點(diǎn)因子與交點(diǎn)訂正角；H、g分別表示分潮的振幅與遲角；σ、v0分別表示分潮的角速率與初始天文相角；m表示分潮個(gè)數(shù)。令ξi=Hicosgi，ai(t)=[fcos(σt+v0+u)]i，ηi=Hisingi，bi(t)=[fsin(σt+v0+u)]i，代入式(1)，可得

(2)

bi(t)ηi]}2=min時(shí)，式(2)的法方程可寫作矩陣形式

(3)

(4)

利用調(diào)和分析確定的結(jié)果可用以確定天文潮，計(jì)算公式分別為

(5)

1.2 潮時(shí)差確定與天文潮時(shí)差水位改正方法

由于潮時(shí)差的時(shí)變特性，本文利用曲線最小二乘法計(jì)算驗(yàn)潮站間的潮時(shí)差[9,17]，設(shè)驗(yàn)潮站A、B的水位觀測序列為wA(t)、wB(t)，二者之間的關(guān)系可用數(shù)學(xué)模型[9,29]表示為

wB(i)=γwA(i+τ)+ε

(6)

式中，γ、τ、ε分別表示兩個(gè)驗(yàn)潮站水位的潮差比、潮時(shí)差、基準(zhǔn)偏差，稱為潮汐比較參數(shù)，在水位曲線圖上分別表示為將驗(yàn)潮站A的水位曲線轉(zhuǎn)化為驗(yàn)潮站B的水位曲線時(shí)所做的伸縮、水平方向平移與垂直方向平移的變化量。將式(6)線性化后，可按照最小二乘準(zhǔn)則計(jì)算潮時(shí)差，求解具體公式詳見文獻(xiàn)[21]。

如圖1(a)所示，假設(shè)在基準(zhǔn)驗(yàn)潮站A、B之間有一待定站P，水位值為wP(t)當(dāng)P與A、B不共線時(shí)，P在A、B連線上的垂足為P′，則時(shí)差法水位改正的模型[15]為

(7)

式中，τAP、τPB分別為對應(yīng)驗(yàn)潮站之間的潮時(shí)差，確定公式為傳統(tǒng)時(shí)差法，利用實(shí)測水位確定基準(zhǔn)站間的潮時(shí)差，然后反距離加權(quán)內(nèi)插獲得待定點(diǎn)與基準(zhǔn)站間的潮時(shí)差[5]，即

(8)

傳統(tǒng)時(shí)差法計(jì)算潮時(shí)差的方式可理解為當(dāng)待定站不位于基準(zhǔn)站連線上時(shí)，則在基準(zhǔn)站連線上選擇與待定站距離最短的點(diǎn)，認(rèn)為待定站至基準(zhǔn)站的潮時(shí)差與該點(diǎn)至基準(zhǔn)站的潮時(shí)差相同。

(9)

整理得

(10)

故，兩相鄰驗(yàn)潮站的站內(nèi)潮時(shí)差之差與站間潮時(shí)差之差應(yīng)保持一致。

圖1 時(shí)差法水位改正與驗(yàn)潮站不同含義潮時(shí)差關(guān)系Fig.1 Diagram of water correction method of TTD and relationship between TTDs in different meaning

2 試驗(yàn)分析

2.1 站內(nèi)潮時(shí)差的規(guī)律分析

在忽略水位觀測誤差的情況下，實(shí)測水位可看作由天文潮與余水位兩部分構(gòu)成，由于余水位的影響，天文潮與實(shí)測水位的潮時(shí)系統(tǒng)不完全一致，可通過天文潮與實(shí)測水位的潮時(shí)差衡量兩種水位狀態(tài)下潮時(shí)系統(tǒng)的差異。利用連云港(34.750°N，119.417°E)與石臼所(35.383°N，119.550°E)一年的觀測時(shí)長數(shù)據(jù)，利用式(9)—式(10)，以24 h為時(shí)長，逐時(shí)計(jì)算各驗(yàn)潮站實(shí)測水位與天文潮位的潮時(shí)差，并統(tǒng)計(jì)不同時(shí)差區(qū)間內(nèi)各潮時(shí)差值出現(xiàn)的頻數(shù)與累積率，其中天文潮由122個(gè)分潮[28]調(diào)和常數(shù)計(jì)算，時(shí)差區(qū)間是天文潮與實(shí)測水位潮時(shí)差的絕對值；頻數(shù)表示在一年的觀測期間，各時(shí)差區(qū)間內(nèi)潮時(shí)差結(jié)果的個(gè)數(shù)，即在指定范圍內(nèi)潮時(shí)差出現(xiàn)的次數(shù)；累積率為各時(shí)差區(qū)間頻數(shù)所占總觀測量比例求和。

圖2(a)、(b)為連云港天文潮與實(shí)測水位潮時(shí)系統(tǒng)差異統(tǒng)計(jì)結(jié)果，圖2(c)、(d)為石臼所天文潮與實(shí)測水位潮時(shí)系統(tǒng)差異統(tǒng)計(jì)結(jié)果。利用各驗(yàn)潮站1981年觀測信息確定的122分潮天文潮與實(shí)測水位潮時(shí)差的樣本總量各為8760個(gè)，其中超過60%的潮時(shí)差結(jié)果在0～5 min范圍內(nèi)。石臼所天文潮與實(shí)測水位潮時(shí)差在10 min以內(nèi)的累積率可達(dá)94.6%，天文潮與實(shí)測水位潮時(shí)系統(tǒng)相差較小，連云港天文潮與實(shí)測水位的潮時(shí)系統(tǒng)差異相較于石臼所稍大一些，但潮時(shí)差在10 min以內(nèi)的累積率也超過92%。天文潮是由天體引潮力作用下引起的水位變化現(xiàn)象，實(shí)際水位中天文潮占主體，實(shí)際水位的變化規(guī)律基本遵循天文潮的性質(zhì)，在連云港與石臼所驗(yàn)潮站對整個(gè)潮時(shí)系統(tǒng)的影響在15 min以內(nèi)的累積率可達(dá)98%，兩個(gè)驗(yàn)潮站僅有在少數(shù)情況下才會(huì)出現(xiàn)天文潮與實(shí)測水位潮時(shí)差較大的極端情況，可能與極端天氣或者觀測誤差引起的水位異常變化有關(guān)。

圖2 天文潮與實(shí)測水位潮時(shí)系統(tǒng)差異統(tǒng)計(jì)及性質(zhì)分析Fig.2 Difference of tidal time system between astronomical tide and observed Tide

另外對相鄰兩個(gè)驗(yàn)潮站的天文潮與實(shí)測水位潮時(shí)差變化情況是否具有相關(guān)性進(jìn)行比較分析，如圖2(e)所示，藍(lán)色實(shí)線表示連云港天文潮與實(shí)測水位的潮時(shí)差，紅色虛線表示石臼所天文潮與實(shí)測水位的潮時(shí)差。圖2(e)中連云港和石臼所驗(yàn)潮站的天文潮與實(shí)測水位潮時(shí)差變化趨勢一致，兩驗(yàn)潮站天文潮與實(shí)測水位潮時(shí)系統(tǒng)的差異同樣在空間上具有較好的相關(guān)性。當(dāng)使用數(shù)量較少的主要分潮計(jì)算天文潮時(shí)，實(shí)測水位與天文潮的差異比利用122分潮時(shí)的差異明顯，站內(nèi)潮時(shí)差結(jié)果也自然會(huì)有所增大，但對于潮汐性質(zhì)一致的相鄰驗(yàn)潮站，站內(nèi)潮時(shí)差的空間相關(guān)性仍成立。

天文潮與實(shí)測水位的潮時(shí)差正常情況下服從正態(tài)分布，假設(shè)潮時(shí)差母體分布為N(μ,σ2)，對1981年中國沿岸15個(gè)驗(yàn)潮站的天文潮與實(shí)測水位潮時(shí)系統(tǒng)的差異作為估計(jì)樣本，分別統(tǒng)計(jì)各站天文潮與實(shí)測水位潮時(shí)系統(tǒng)差異的均值與標(biāo)準(zhǔn)差。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)相關(guān)結(jié)論，余水位引起的天文潮與實(shí)測水位潮時(shí)系統(tǒng)差異的量值有95%可能性落于(μ-1.96σ,μ+1.96σ)內(nèi)[30]。驗(yàn)潮站分布及驗(yàn)潮站位置信息及各站余水位引起的潮時(shí)系統(tǒng)差異的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如表1所示，其中潮汐類型值通過F=(HO1+HK1)/HM2判斷：當(dāng)04時(shí)，為正規(guī)日潮[31]。為簡化表格篇幅，表1中“正規(guī)半”指代正規(guī)半日潮、“半混合”指代不規(guī)則半日潮混合潮、“日混合”指代不規(guī)則日潮混合潮、“正規(guī)日”指代正規(guī)日潮。

表1 驗(yàn)潮站潮汐性質(zhì)及站內(nèi)潮時(shí)差的差異量級(jí)

由表1的結(jié)果可知，中國沿岸驗(yàn)潮站天文潮與實(shí)測水位潮時(shí)系統(tǒng)差異的均值基本維持在10 min以內(nèi)，且相鄰驗(yàn)潮站保持一致。黃海海域石臼所、連云港站內(nèi)潮時(shí)差的均值最小，約-1 min，渤海海域約為7 min，東海海域及臺(tái)灣海峽6～9 min不等，大體呈現(xiàn)往南增大的趨勢；北部灣海域潮汐類型與其他驗(yàn)潮站不同，站內(nèi)潮時(shí)差平均約為-2 min。從汕尾向南至閘坡，以及臺(tái)灣島的基隆、高雄，驗(yàn)潮站天文潮與實(shí)測水位的潮時(shí)差變化幅度明顯大于其他驗(yàn)潮站，標(biāo)準(zhǔn)差可達(dá)其他海區(qū)驗(yàn)潮站的1.5倍。站內(nèi)潮時(shí)差是利用觀測水位與天文潮計(jì)算而得，水位變化的規(guī)律決定了潮時(shí)差確定的結(jié)果，在汕尾南至閘坡以及臺(tái)灣海峽這一區(qū)域潮汐、氣象變化復(fù)雜且臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，驗(yàn)潮站水位出現(xiàn)急速的增、減水現(xiàn)象較為頻繁，使得實(shí)測水位與天文潮位的差異大于其他海域，最終導(dǎo)致了站內(nèi)潮時(shí)差的標(biāo)準(zhǔn)差大于其他海域。

2.2 站間潮時(shí)差的差異分析

選擇距離較近的連云港與石臼所、香港與澳門兩組驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)，對各組站間潮時(shí)差的差異情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。圖3(a)、(b)為各組驗(yàn)潮站站內(nèi)潮時(shí)差與站間潮時(shí)差的差異值比較，試驗(yàn)結(jié)果與式(10)的推導(dǎo)吻合，相鄰驗(yàn)潮站站間潮時(shí)差的差異應(yīng)與各驗(yàn)潮站站內(nèi)潮時(shí)差的差異相一致。連云港與石臼所(距離71.3 km)利用實(shí)測水位與天文潮位計(jì)算站間潮時(shí)差的結(jié)果最大相差約13 min，平均差異為-0.03 min，差異的標(biāo)準(zhǔn)差為2.18 min；香港、澳門(距離70.3 km)利用實(shí)測水位與天文潮位計(jì)算的站間潮時(shí)差結(jié)果最大差異約為20 min，平均差異為0.26 min，差異的標(biāo)準(zhǔn)差為4.08 min，大部分情況下，實(shí)測水位與天文潮位站間潮時(shí)差的差異相對于站間潮時(shí)差本身而言量值較小。

圖3(a)、(b)中的結(jié)果是利用122個(gè)分潮計(jì)算的天文潮，在調(diào)和分析的過程中，可分離的分潮個(gè)數(shù)跟觀測資料的時(shí)長與觀測間隔有關(guān)[27-28]。在122個(gè)分潮中僅個(gè)別振幅較大的主要分潮對水位變化的影響較為顯著。以試驗(yàn)中的兩組驗(yàn)潮站為例，連云港、石臼所的潮汐類型為正規(guī)半日潮，半日分潮振幅較為顯著，M2分潮的振幅最大，約為其余分潮振幅的3倍以上，其余振幅較大的分潮有S2、N2、O1、K1，長周期分潮Sa也與全日分潮O(jiān)1具有相同量級(jí)，淺水分潮振幅較大的有M4、MS4分潮；香港、澳門的潮汐類型為不規(guī)則半日潮混合潮，M2、K1、O1分潮振幅占優(yōu)，淺水分潮同樣是M4、MS4分潮的振幅較大。

圖3 站間潮時(shí)差差異與站內(nèi)潮時(shí)差差異比較Fig.3 TTD between astronomical tide and observed water level on adjacent tidal stations

利用兩組驗(yàn)潮站的調(diào)和常數(shù)對不同分潮選擇模式下的天文潮與實(shí)測水位的站間潮時(shí)差差異進(jìn)行分析。統(tǒng)計(jì)一年內(nèi)連云港與石臼所不同分潮選擇模式下，天文潮站間潮時(shí)差與實(shí)測站間潮時(shí)差計(jì)算結(jié)果的差異情況，如表2所示，11分潮選擇Sa、M2、S2、N2、P2、K1、O1、P1、Q1、M4、MS411個(gè)主要分潮，8分潮選擇的是11分潮中主要的全日、半日分潮，4分潮選擇的是M2、S2、K1、O1分潮，集中范圍表示正態(tài)分布90%概率下站間潮時(shí)差差異的范圍值，兩組驗(yàn)潮站不同分潮選擇下的站間潮時(shí)差差異概率分布如圖3(c)、(d)所示。

表2 不同分潮選擇對潮時(shí)差的影響

如表2及圖3(c)、(d)所示，122個(gè)分潮確定的天文潮在計(jì)算潮時(shí)差時(shí)與實(shí)測水位計(jì)算的潮時(shí)差相差90%在8 min以內(nèi)，其中連云港、石臼所天文潮與實(shí)測站間潮時(shí)差差異較小，香港、澳門的差異稍大。隨著選擇的分潮個(gè)數(shù)減少，站間潮時(shí)差的差異逐漸增大，但兩組試驗(yàn)中8個(gè)主要分潮的結(jié)果與11個(gè)主要分潮的結(jié)果基本一致。天文潮計(jì)算的潮時(shí)差與實(shí)測水位計(jì)算的潮時(shí)差之間的差異與驗(yàn)潮站潮汐性質(zhì)密切相關(guān)，連云港、石臼所潮位變化規(guī)律潮汐性質(zhì)穩(wěn)定，不同分潮選擇對潮時(shí)差異的影響較??；香港、澳門驗(yàn)潮站屬于不規(guī)則半日潮海區(qū)，不同分潮的選擇對潮時(shí)差的影響較為明顯，特別是4個(gè)主要分潮確定的潮時(shí)差與實(shí)測潮時(shí)差的差異的標(biāo)準(zhǔn)差比其他分潮選擇方式的結(jié)果大近2 min，導(dǎo)致其90%概率分布范圍為-9.2～11.5 min，比122分潮結(jié)果范圍擴(kuò)大了7.2 min，比11分潮與8分潮結(jié)果范圍分別擴(kuò)大了5.5 min、4 .7 min。

利用天文潮計(jì)算站間潮時(shí)差與實(shí)測水位計(jì)算結(jié)果的差異與各驗(yàn)潮站的站內(nèi)潮時(shí)差的差異變化基本一致，而且相鄰驗(yàn)潮站的站內(nèi)潮時(shí)差彼此間具有較明顯的相關(guān)性。天文潮與實(shí)測水位站間潮時(shí)差的差異與驗(yàn)潮站性質(zhì)、分潮選擇等因素有關(guān)，當(dāng)僅利用主要分潮計(jì)算天文潮進(jìn)而確定站間潮時(shí)差時(shí)，11分潮與8分潮的結(jié)果較為接近，與實(shí)測潮時(shí)差的差異大部分情況小于10 min，當(dāng)再減少分潮個(gè)數(shù)，僅利用4個(gè)主要分潮(M2、S2、K1、O1)計(jì)算潮時(shí)差時(shí)，在不規(guī)則半日潮海域天文潮與實(shí)測潮時(shí)差結(jié)果的差異較大，在規(guī)則半日潮海域影響較小，與其他分潮確定結(jié)果相當(dāng)。

2.3 水位改正效果差異分析

選擇圖4中的兩組驗(yàn)潮站設(shè)計(jì)水位改正效果差異分析的實(shí)驗(yàn)，其中圖4(a)中以連云港(A)、古鎮(zhèn)口(B)作為基準(zhǔn)站，以石臼所作為待定站；圖4(b)中以防城港(A)、草潭(B)作為基準(zhǔn)站，北海、潿洲作為待定站，各驗(yàn)潮站均有一個(gè)月的逐時(shí)水位觀測數(shù)據(jù)及主要分潮的調(diào)和常數(shù)信息，驗(yàn)潮站的相關(guān)信息如表3所示，其中α、β、h分別表示待定站與基準(zhǔn)站A、B的潮時(shí)差內(nèi)插比例系數(shù)以及到基準(zhǔn)站間連線的距離。

圖4 水位改正試驗(yàn)驗(yàn)潮站分布Fig.4 Distributions of two groups of tide gauges for water correction experiment

基準(zhǔn)站A坐標(biāo)基準(zhǔn)站B坐標(biāo)待定站坐標(biāo)αβh/km連云港(34.75°N,119.42°E)古鎮(zhèn)口(35.72°N,119.98°E)石臼所(35.38°N,119.55°E)0.580.4219.3防城港(21.69°N,108.34°E)草潭(21.26°N,109.78°E)北海(21.48°N,109.08°E)0.530.476.4潿洲(21.00°N,109.11°E)0.630.3746.1

天文潮時(shí)差水位改正與傳統(tǒng)時(shí)差法的差別在于潮時(shí)差的確定方式，傳統(tǒng)時(shí)差法是利用基準(zhǔn)站連線上與待定站距離最近的位置代替待定站進(jìn)行水位改正，即待定站與基準(zhǔn)站的潮時(shí)差確定是通過按距離內(nèi)插計(jì)算，而本文提出的天文潮時(shí)差方法是利用調(diào)和常數(shù)信息對基準(zhǔn)站至待定站的潮時(shí)差的直接確定，作為時(shí)差法水位改正中使用的唯一參數(shù)，潮時(shí)差的差異將影響水位改正的效果。因此，試驗(yàn)主要從兩個(gè)方面比較水位改正的效果，一個(gè)是對潮時(shí)差確定結(jié)果差異的比較，另一個(gè)是對水位改正結(jié)果質(zhì)量的比較，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 水位改正效果差異試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

將利用實(shí)測水位計(jì)算的站間潮時(shí)差視為潮時(shí)差的真值，將實(shí)測水位視為水位改正的真值，則表4中max表示計(jì)算結(jié)果與真值的最大偏差，RMS表示確定參數(shù)的中誤差[32]。在潮時(shí)差確定方面，傳統(tǒng)時(shí)差法確定的基準(zhǔn)站與待定站間潮時(shí)差差異最大值均大于天文潮直接計(jì)算的結(jié)果，其中在潿洲站傳統(tǒng)方法計(jì)算的潮時(shí)差最大差異達(dá)到了24 min，而防城港與潿洲間潮時(shí)差的平均值為29 min，最大相對誤差達(dá)到了82%，北海傳統(tǒng)方法確定的站間潮時(shí)差效果相比其他待定站情況較好的原因是北海位置近似處于防城港與草潭站連線上，更符合潮時(shí)差線性傳播的假設(shè)。利用8個(gè)主要分潮直接確定潮時(shí)差規(guī)避了潮時(shí)差是否線性傳播這一問題，3個(gè)待定站潮時(shí)差的最大差異約為6 min，潮時(shí)差確定精度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法，當(dāng)選用的分潮個(gè)數(shù)進(jìn)一步減少，僅用4個(gè)主要分潮計(jì)算站間潮時(shí)差時(shí)，效果相比8分潮稍差，但仍比傳統(tǒng)方法的結(jié)果更接近潮時(shí)差真值。在水位改正方面，利用天文潮確定的潮時(shí)差進(jìn)行水位改正相比于傳統(tǒng)時(shí)差法，水位改正中誤差均有所降低，提高了水位改正帶精度與合理性，而且利用8個(gè)主要分潮與利用4個(gè)主要分潮的結(jié)果精度一致。利用8個(gè)主要分潮進(jìn)行天文潮時(shí)差水位改正，與實(shí)測水位的最大偏差低于10 cm，中誤差在5 cm以內(nèi)。

天文潮時(shí)差水位改正法改善了傳統(tǒng)時(shí)差法水位改正的效果，證明了利用天文潮時(shí)差實(shí)施水位改正的可行性。天文潮時(shí)差法與傳統(tǒng)時(shí)差法的使用條件類似，需要水位改正海域內(nèi)潮汐性質(zhì)及水位變化規(guī)律一致，使用時(shí)應(yīng)對當(dāng)?shù)爻毕再|(zhì)、驗(yàn)潮站分布、水位變化特征等情況進(jìn)行具體分析，當(dāng)條件滿足時(shí)，可依靠基準(zhǔn)站實(shí)測水文信息與現(xiàn)有潮汐模型或海洋數(shù)值模型提供的主要分潮調(diào)和常數(shù)信息，構(gòu)建基于驗(yàn)潮基準(zhǔn)站的天文潮時(shí)差模型實(shí)現(xiàn)整體的海域水位連續(xù)時(shí)空內(nèi)插。

3 結(jié) 論

本文對利用天文潮替代實(shí)測水位計(jì)算潮時(shí)差以改進(jìn)水位改正時(shí)差法等問題展開相關(guān)研究，得到如下結(jié)論：

(1) 我國沿海驗(yàn)潮站天文潮與實(shí)測水位間的站內(nèi)潮時(shí)差空間上具有較為明顯的相關(guān)性，且各區(qū)域存在差異，黃海海域驗(yàn)潮站的站內(nèi)潮時(shí)差均值最小，約為-1 min，渤海海域平均約為7 min，東海海域及臺(tái)灣海峽均值6～9 min不等，北部灣海域潮汐類型與其他驗(yàn)潮站不同，站內(nèi)潮時(shí)差平均約為-2 min。

(2) 天文潮與實(shí)測水位站間潮時(shí)差之差與兩驗(yàn)潮站的站內(nèi)潮時(shí)差之差基本變化一致，而且選擇不同分潮個(gè)數(shù)確定的天文潮替代實(shí)測水位計(jì)算潮時(shí)差對于不同海域效果各異。正規(guī)半日潮海域，連云港、石臼所4種分潮選擇下的替代效果較好且一致，基本帶來潮時(shí)差的偏差在-4～4 min范圍內(nèi)，但不規(guī)則半日潮海域香港、澳門站間潮時(shí)差確定偏差較大，其中122分潮的偏差標(biāo)準(zhǔn)差約為4 min，效果較好，11分潮與8分潮效果接近，偏差標(biāo)準(zhǔn)差均接近5 min，而4分潮的差異稍大，偏差標(biāo)準(zhǔn)差約6.3 min。

(3) 與傳統(tǒng)時(shí)差法相比，本文方法在潮時(shí)差的確定方式上規(guī)避了以基準(zhǔn)站間連線上某點(diǎn)潮時(shí)差代替待定點(diǎn)的問題，而是利用天文潮直接計(jì)算待定站的潮時(shí)差參數(shù)，提高了潮時(shí)差確定的精度。試驗(yàn)中，3個(gè)待定站8分潮水位改正的中誤差在5 cm以內(nèi)，精度比傳統(tǒng)時(shí)差法提高了近一倍，4分潮水位改正效果略好，基本與傳統(tǒng)方法達(dá)到了相當(dāng)?shù)木龋C明了利用天文潮時(shí)差進(jìn)行水位改正的可行性。