黃浦江潮汐調(diào)和分析與預(yù)報

張策 莊媛

摘要： 對黃浦江A、B、C 3個站2018年實(shí)測潮位調(diào)和分析，根據(jù)計算結(jié)果分析黃浦江潮汐類型;分別對3個站30 d、90 d、180 d、1 a的潮汐資數(shù)據(jù)行調(diào)和分析，分析不同資料長度對調(diào)和常數(shù)的影響;根據(jù)2018年資料分析所得調(diào)和常數(shù)進(jìn)行潮汐預(yù)報，計算自報余差的均方差，分析預(yù)報精度。結(jié)果表明：（1）黃浦江測站的潮汐和潮波變形特征比較明顯，屬于非正規(guī)淺海半日潮型;（2）由180 d以上實(shí)測資料調(diào)和分析所得調(diào)和常數(shù)相對比較穩(wěn)定，預(yù)報精度較高;（3）用一年實(shí)測資料進(jìn)行潮汐預(yù)報，精度較高，能夠滿足航運(yùn)要求。

關(guān)鍵詞：黃浦江;潮汐;調(diào)和分析;預(yù)報;

0 前言

調(diào)和分析可以用于海圖深度基準(zhǔn)面計算、潮汐預(yù)報、驗(yàn)潮站控制等，因此獲得較高精度的調(diào)和常數(shù)是海洋測繪中的重要環(huán)節(jié)。調(diào)和分析的方法已經(jīng)發(fā)展了一百多年了，不少學(xué)者在前人的基礎(chǔ)上不斷研究，在原有的方法基礎(chǔ)上，針對不同問題提出新的解決方法，使得調(diào)和分析的理論不斷完善。張鳳燁等[1]基于Matlab內(nèi)部函數(shù)的調(diào)和分析方法可否應(yīng)用于調(diào)和分析上做了探討，從而使調(diào)和分析的精度更加精確;暴景陽等人[2]較系統(tǒng)地分析了海洋的擾動因素給潮汐調(diào)和常數(shù)計算造成的誤差，并討論了誤差對潮汐預(yù)報的影響;陳滿春等[3]提出了淺水港口潮汐預(yù)報準(zhǔn)調(diào)和方法的2個改進(jìn)方案，改進(jìn)后淺海港口潮汐的預(yù)報精度均較前有明顯提高。通過前人的研究，很多方法已經(jīng)比較成熟了，但對黃浦江流域的潮汐研究還是比較匱乏。

為更深入準(zhǔn)確的了解黃浦江水深和潮汐特征值，進(jìn)而充分利用水深資源，保證航運(yùn)交通安全。本文對黃浦江流域站A、站B、站C 3個長期潮位站資料進(jìn)行調(diào)和分析，研究潮汐特性及調(diào)和精度[4-6]，為通航與管理提供依據(jù)，并且對提高港口利用效率具有重要意義。

1 調(diào)和分析原理

2.1調(diào)和分析原理

潮汐的調(diào)和分析主要基于強(qiáng)迫震動和小震動疊加的原理。海面在周期性外力作用下發(fā)生漲落潮，其震動周期和引潮力周期相一致。潮汐理論把潮汐分成一系列簡諧振動之和，每一個簡諧振動稱為一個分潮，某時刻的潮高可以表示為：

式中，為觀測期的平均海面，為分潮振幅，為分潮遲角因子，為分潮的初位相，角速度，m是分潮的個數(shù)。令，潮汐為多個分潮疊加而成，則有

用實(shí)測值減去預(yù)報值得到自報余差r，利用自報余差的均方差方法來判斷預(yù)報精度。

2.2潮汐性質(zhì)

潮汐性質(zhì)因地而異，從周期上講，通常劃分為正規(guī)半日潮、正規(guī)日潮與混合潮，其中混合潮分為不正規(guī)半日潮和不正規(guī)日潮。我國沿海潮汐性質(zhì)的確定主要以 的值來確定，式中：Hk1表示K1分潮的振幅值，HO1表示O1分潮的振幅值，HM2表示M2分潮的振幅值。通常判別潮汐類型的標(biāo)準(zhǔn)為：若04.0時，表示全日潮。

3調(diào)和分析

通常情況，調(diào)和分析以1 a實(shí)測潮位數(shù)據(jù)作分析，可消除各主要分潮的相互影響，取得較穩(wěn)定的調(diào)和分析結(jié)果，當(dāng)觀測數(shù)據(jù)不足1 a時，調(diào)和常數(shù)由《海道測量規(guī)范》[7]取值，規(guī)定：11分潮調(diào)和常數(shù)由30 d觀測數(shù)據(jù)調(diào)和分析求得，13分潮的調(diào)和常數(shù)由一年觀測數(shù)據(jù)調(diào)和分析求得。工程中需要考慮實(shí)際情況，兼顧計算精度和成本，故有必要分析不足1 a的觀測資料對調(diào)和分析的影響。本文分別選取黃浦江站A、站B、站C3個站30 d、90 d、180 d、1 a逐時潮位資料，進(jìn)行調(diào)和分析，然后對調(diào)和常數(shù)進(jìn)行比對，分析不同系列長度對調(diào)和精度的影響。用2018年1 a的實(shí)測數(shù)據(jù)預(yù)報2019年潮位，分析中誤差，將預(yù)報值與實(shí)測值比較，評估預(yù)報精度。

3.1調(diào)和分析潮汐的性質(zhì)

本文采用站A、站B、站C 3個站2018年1月1日至2018年12月31日逐時潮位資料進(jìn)行調(diào)和分析，計算出各站的調(diào)和常數(shù)，黃浦江各潮位站的潮汐形態(tài)計算值如表1所示。

由于受淺海、河口水下地形、徑流等影響，第一個漲潮陡于第二個漲潮，波峰超前，波谷滯后，致使?jié)q潮歷時減短，落潮歷時增長，多數(shù)日期1 d中出現(xiàn)2次高潮、2次低潮，且2次高潮、2次低潮不等，漲、落潮歷時也不等，屬于非正規(guī)淺海半日潮型。根據(jù)黃浦江各潮位站實(shí)測潮時的規(guī)律，漲落潮時間差可以用的值來確定，一般比值等于0.04，則落潮歷時比漲潮歷時長30 min。黃浦江潮型屬于不正規(guī)淺海半日潮型。

3.2系列長度對調(diào)和分析影響

對站A、站B、站C3個潮位站31 d、90 d、180 d、1 a的觀測資料進(jìn)行調(diào)和分析，統(tǒng)計其中Q1、O1、P1、K1、N2、M2、S2、K2這8個主要分潮的振幅和遲角，并與該站多年的實(shí)測資料計算得到的調(diào)和常數(shù)進(jìn)行比較，分析誤差。

以站B為例（見表2），由圖表可知實(shí)測資料時間越長，其調(diào)和分析的精度越高，由30 d實(shí)測數(shù)據(jù)所得調(diào)和常數(shù)中誤差相對較大，精度較低，由180 d、1 a觀測資料分析計算的調(diào)和常數(shù)中誤差相對較小，調(diào)和常數(shù)較為穩(wěn)定，精度也相對較高。一般表現(xiàn)為，振幅中誤差大，遲角誤差也大。其余兩測站與站B所表現(xiàn)的規(guī)律一致。

3.3潮汐預(yù)報及其精度

由2018年調(diào)和分析所得結(jié)果，預(yù)報2019年的潮位過程，分析計算精度，統(tǒng)計誤差。如表3所示，3個站預(yù)報誤差小于0.2m的潮位均在70%以上，預(yù)報誤差小于0.3m的潮位均在90%以上，通常在一般天氣狀況下，預(yù)報誤差小于0.3m，能夠確保海上航行安全。但部分時刻預(yù)報值與實(shí)測值誤差大于0.3m，主要原因是臺風(fēng)、寒潮等天氣變化比較劇烈，造成的高頻運(yùn)動或其他非潮汐周期以外的低頻運(yùn)動，并非在分析過程造成的系統(tǒng)誤差。

為更加準(zhǔn)確的掌握擬合度及誤差值，將預(yù)報值與2018年實(shí)測資料比對，使3個站實(shí)測曲線與預(yù)報曲線疊加，分別選取相同時間段內(nèi)其中一段曲線放大，如圖1-3所示，從站A站、站B站到站C站潮高沿程依次減小，潮差也依次減小，各站預(yù)報曲線與實(shí)測曲線擬合度較好，用一整年的實(shí)測資料進(jìn)行潮汐調(diào)和分析，預(yù)報出的數(shù)據(jù)精度較高，能夠滿足航運(yùn)要求。

4 結(jié)論

本文基于站A、站B、站C三個站2018年實(shí)測水位資料，采用最小二乘法進(jìn)行潮汐調(diào)和分析，結(jié)論如下：

（1）本文研究所采用的資料可以較好地反映黃浦江測站的潮汐和潮波變形特征，從特征上看，黃浦江測站的潮汐和潮波屬于非正規(guī)淺海半日潮型。

（2）從潮汐監(jiān)測時長看，實(shí)測系列時間越長，其調(diào)和常數(shù)精度越高，時長為30天的實(shí)測資料，調(diào)和分析所得的調(diào)和常數(shù)中誤差較大，180天以上觀測資料調(diào)和分析所得調(diào)和常數(shù)趨于穩(wěn)定，用一年的實(shí)測資料潮位實(shí)施調(diào)和分析和預(yù)報是比較理想的觀測時長。

（3）對一年的實(shí)測資料進(jìn)行調(diào)和分析，潮汐預(yù)報精度較高，能夠基本滿足航運(yùn)要求，但是在潮汐模型和預(yù)報機(jī)制中，預(yù)報值與實(shí)測值存在一定誤差，平均海面的變化和氣象因素也會影響預(yù)報值與實(shí)測值的擬合性。

參考文獻(xiàn)

[1] 張鳳燁，魏澤勛等.潮汐調(diào)和分析方法的探討[J].海洋科學(xué)，2011，06：68-75.

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[3 ]陳滿春，褚英杰等.淺水港口潮汐預(yù)報準(zhǔn)調(diào)和方法的改進(jìn)[J].海洋學(xué)報，2006，28（1）：9-17.

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[6] 肖付民，劉雁春，暴景陽等.海道測量學(xué)概論[M].北京：測繪出版社，2016.

[7] GB 12327-1998，海道測量規(guī)范[S].

作者簡介：

張策，女，助理工程師，（E-mail）957143412@qq.com，18616237732