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新型潮汐调和分析算法在浙江近海短期潮位分析中的应用

周华民 潘海东 严聿晗 梁亮 陈俐骁 高海峰 倪冉

周华民,潘海东,严聿晗,等. 新型潮汐调和分析算法在浙江近海短期潮位分析中的应用[J]. 海洋学报,2025,47(x):1–12
引用本文: 周华民,潘海东,严聿晗,等. 新型潮汐调和分析算法在浙江近海短期潮位分析中的应用[J]. 海洋学报,2025,47(x):1–12
Huamin Zhou,Haidong Pan,Yuhan Yan, et al. Application of a modified tidal harmonic analysis method in the analysis of short-term tide levels offshore Zhejiang[J]. Haiyang Xuebao,2025, 47(x):1–12
Citation: Huamin Zhou,Haidong Pan,Yuhan Yan, et al. Application of a modified tidal harmonic analysis method in the analysis of short-term tide levels offshore Zhejiang[J]. Haiyang Xuebao,2025, 47(x):1–12

新型潮汐调和分析算法在浙江近海短期潮位分析中的应用

基金项目: 国家自然科学基金(42076178);浙江省水利河口研究院院长基金(ZIHE22Q012)。
详细信息
    作者简介:

    周华民(1981—),男,浙江省常山县人,高级工程师,主要从事河口海岸动力环境研究。E-mail:zhou.zj@foxmail.com

    通讯作者:

    潘海东,博士,副研究员,主要从事潮汐变化研究。E-mail: panhaidong@fio.org.cn

  • 中图分类号: P722.4

Application of a modified tidal harmonic analysis method in the analysis of short-term tide levels offshore Zhejiang

  • 摘要: 传统调和分析方法受限于瑞利准则,需半年数据以分辩八大主要分潮(M2,S2,N2,K2,K1,O1,P1,Q1)。对于短期潮位资料,未分辩的分潮需采用附近长期潮位站资料的差比关系来推算。而浙江近海公开的长期潮位资料匮乏,使得无法从短期资料中准确提取主要分潮。本文引入的新型潮汐调和分析算法,基于各主要分潮间内在联系所建立的平滑函数,突破瑞利准则限制,显著减少了所需潮位资料长度,特别适用于短期资料丰富的海域。本研究将该算法应用于浙江沿海多岛屿海域,对小于15天的潮位资料进行试验。结果表明:石浦站八大主要分潮的调和常数与传统调和分析方法得到的结果总体接近,而所需资料长度从8760小时减少至336小时,可用于理论深度基准面等特征参数的计算。采用该算法分析浙江沿海潮位的八大主要分潮时,建议数据长度在5天以上。
  • 图  1  潮位站位置

    Fig.  1  The locations of tide gauges

    图  2  不同导纳形式下岭回归参数的比较

    Fig.  2  Comparison of ridge regression parameters under different admittances forms

    图  3  石浦站不同调和分析方法的回报结果

    Fig.  3  336 hours records at Shipu and the hindcast of CHA and MHACS methods

    图  4  浙江近海EOT20模型同潮图与MHACS结果(色差圆点)比较。(a)M2分潮;(b)S2分潮;(c)K1分潮;(d)O1分潮

    Fig.  4  Co-tidal charts in the coastal area of Zhejiang based on EOT20 tide model and results of MHACS methods (colored dots). (a) M2 tide. (b) S2 tide. (c) K1 tide. (d) O1 tide

    图  5  利用MHACS结果计算的浙江近海理论深度基准面

    Fig.  5  Theoretical depth datum calculated using MHACS results in the coastal area of Zhejiang

    图  6  利用MHACS结果计算的潮型系数分布

    Fig.  6  Distribution of daily form factor (F) values using MHACS results

    图  7  利用MHACS结果计算的月潮汐包络因子平面分布

    Fig.  7  Distribution of monthly tidal envelope factor (E) using MHACS results

    图  8  振幅比S2/M2(x轴)、N2/S2(y轴)与月潮汐包络因子E值(等值线)关系,以及浙江近海各站E值(蓝色点)分布

    Fig.  8  Relationship between the S2/M2 and N2/S2 amplitude ratios (x and y axes respectively) and E values (shown as plot contours), with the distribution of E values (blue dots) at various stations in the coastal area of Zhejiang

    图  9  石浦站采用MHACS方法(不同形式导纳)与CHA方法得到的平均矢量差随数据长度的变化

    Fig.  9  The mean vector differences between tidal constants obtained by MHACS and CHA methods with different length of records at Shipu

    A1  石浦站经典调和分析结果。(a)半日潮归一化振幅;(b) 半日潮迟角;(c) 全日潮归一化振幅;(d) 全日潮迟角。

    A1  The CHA results at Shipu. (a) Normalized amplitudes for semi-diurnal tides. (b) Phase lags for semi-diurnal tides. (c) Normalized amplitudes for diurnal tides. (d) Phase lags for diurnal tides.

    表  1  潮位站信息

    Tab.  1  The information of tide gauges

    站点名称编号纬度(°N)经度(°E)站点名称编号纬度(°N)经度(°E)
    金塘129.99121.84峙南1129.84122.06
    毛礁229.93121.87黄牛礁1229.68121.82
    万华码头329.94121.95西泽1329.63121.85
    定海430.00122.05澉浦1430.37120.90
    双合530.29122.06镇海口1529.95121.72
    衢山630.44122.28石浦1629.23121.96
    泗礁730.72122.51岱山1730.28122.22
    嵊山830.72122.80下三山1829.94121.85
    独山码头930.66121.21
    乍浦1030.59121.10石浦1629.23121.96
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    表  2  各回归方法下石浦站的调和常数矢量差统计(单位:cm)

    Tab.  2  Vector differences of harmonic constants using different regression methods

    插值函数 线性函数 二次函数
    求解方法 普通最小二乘法 迭代重加权最小二乘法 岭回归法 普通最小二乘法 迭代重加权最小二乘法 岭回归法
    矢量差 4.17 3.60 4.11 6.05 7.19 4.13
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    表  3  石浦站采用经典调和分析CHA方法(1年数据)、EOT20模型和新型调和分析MHACS方法(336小时数据)得到的调和常数(单位:cm,°)

    Tab.  3  Estimated tidal amplitudes (cm) and phase lags (degree) at Shipu using CHA (one-year records) , EOT20 model and MHACS (336 hours records) methods

    分潮名称石浦站振幅(迟角)
    CHA方法EOT20模型MHACS方法
    M2145.23(246.08°)145.00(246.10°)140.87(244.05°)
    S260.65(291.02°)60.08(290.16°)61.25(290.42°)
    N226.86(227.94°)27.34(224.05°)33.89(227.42°)
    K216.65(285.47°)15.94(286.90°)17.36(294.00°)
    K129.93(209.30°)29.34(208.12°)32.15(205.73°)
    O121.58(169.07°)21.01(168.11°)22.88(164.01°)
    P18.69(207.32°)8.68(203.41°)10.05(202.56°)
    Q13.79(150.15°)4.22(143.26°)5.22(149.45°)
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    表  4  石浦站不同调和分析方法的回报结果比较

    Tab.  4  The performances of CHA and MHACS methods at Shipu

    方法解释的信号方差 (%)均方根误差 (m)最大误差 (m)
    CHA方法94.60.281.01
    MHACS方法94.70.290.94
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    表  5  MHACS方法与EOT20模型得到的18个站位分潮振幅误差比较

    Tab.  5  Comparison of the amplitude errors of 18 stations obtained from the MHACS method and the EOT20 model

    分潮名称均方根误差RMSE(m)最大误差MAE(m)
    M20.270.65
    S20.120.25
    K10.030.09
    O10.020.03
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    表  6  利用MHACS结果计算的浙江近海理论深度基准面值(cm)

    Tab.  6  Theoretical depth datum calculated using MHACS results in the coastal area of Zhejiang

    站点名称 金塘 毛礁 万华 定海 双合 衢山 泗礁 嵊山 独山
    理基值 −194 −185 −180 −181 −100 −204 −203 −208 −406
    站点名称 乍浦 峙南 黄牛礁 西泽 澉浦 镇海 石浦 岱山 下三山
    理基值 −428 −212 −256 −265 −499 −183 −283 −173 −181
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    表  7  浙江近海各站位潮汐类型及潮型系数

    Tab.  7  Tidal types and daily form factor values using MHACS results in the coastal area of Zhejiang

    站点名称 金塘 毛礁 万华 定海 双合 衢山 泗礁 嵊山 独山
    F 0.56 0.60 0.63 0.59 0.67 0.47 0.42 0.42 0.24
    类型 不正规半日潮 不正规半日潮 不正规半日潮 不正规半日潮 不正规半日潮 半日潮 半日潮 半日潮 半日潮
    站点名称 乍浦 峙南 黄牛礁 西泽 澉浦 镇海 石浦 岱山 下三山
    F 0.23 0.52 0.43 0.42 0.19 0.62 0.39 0.57 0.59
    类型 半日潮 半日潮 半日潮 半日潮 半日潮 不正规半日潮 半日潮 不正规半日潮 不正规半日潮
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    表  8  浙江近海各站位月潮汐包络因子E

    Tab.  8  The monthly tidal envelope factor E at various stations in the coastal area of Zhejiang

    站点名称 金塘 毛礁 万华 定海 双合 衢山 泗礁 嵊山 独山
    E0.910.910.920.910.870.870.840.840.91
    站点名称乍浦峙南黄牛礁西泽澉浦镇海石浦岱山下三山
    E0.910.870.860.860.910.930.860.900.92
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-09-03
  • 修回日期:  2024-12-25
  • 网络出版日期:  2025-01-22

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