長期水位調(diào)和分析課件

第二篇潮汐預(yù)報

第一章潮汐潮流現(xiàn)象第三章引潮力與引潮勢第四章長期水位觀測資料潮汐調(diào)和分析第五章中期觀測資料的分析第六章短期觀測資料的準(zhǔn)調(diào)和分析第七章潮汐特征值的計算方法第八章海平面與深度基準(zhǔn)面第九章潮汐和潮流預(yù)報第二章世界大洋和中國海潮波第二篇潮汐預(yù)報第一章潮汐潮流現(xiàn)象2第四章長期水位觀測資料潮汐調(diào)和分析潮汐靜力學(xué)理論存在缺陷分潮振幅與緯度有關(guān)；假想天體上中天時發(fā)生高潮；朔望時發(fā)生大潮；理論潮差不超過1米；實際情況：分潮的振幅雖與地點有關(guān)，也取決于海洋本身的幾何形狀及其動力學(xué)性質(zhì)。高潮和朔望大潮的發(fā)生與平衡潮理論有時差。潮汐靜力學(xué)理論不能解釋實際海洋中潮汐分布和相角因地而異的現(xiàn)象。1、調(diào)和分析：將任意地點的潮位變化表示為有限個（調(diào)和）分潮的疊加，根據(jù)潮位觀測數(shù)據(jù)計算各分潮的振幅和相位的方法。2、進(jìn)行調(diào)和分析的原因：2第四章長期水位觀測資料潮汐調(diào)和分析潮汐靜力學(xué)理論存在缺陷依據(jù)實測水位資料獲得某地點各分潮的實際平均振幅以及各分潮的實際相角與平衡潮理論相角的差值(稱之為調(diào)和常數(shù))，從而掌握所在海區(qū)的潮汐特征，并能進(jìn)行潮汐預(yù)報。

長期資料：是指觀測長度為一年左右的資料。多年觀測資料通常是對不同年份分別進(jìn)行調(diào)和分析，然后將所得調(diào)和常數(shù)取平均。周期為一年以上的分潮無法得到其調(diào)和常數(shù)，但對周期不足一年的分潮其調(diào)和常數(shù)的精度會有所提高。分潮的選取是否合理是決定調(diào)和分析成敗的關(guān)鍵！（觀測時間間隔及觀測資料長度）3、解決手段（潮汐調(diào)和分析的目的）：依據(jù)實測水位資料獲得某地點各分潮的實際平均振幅以及各分潮的實4本章內(nèi)容§4.1潮汐調(diào)和分析原理

一、分潮的調(diào)和常數(shù)

二、調(diào)和分析的基本原理

三、K'、K、g三種遲角的換算§4.2潮汐調(diào)和分析的最小二乘法

一、最小二乘法及其在潮汐分析中的應(yīng)用

二、等時間間隔連續(xù)水位資料的法方程建立

三、一年水位觀測資料調(diào)和分析的實際步驟

4本章內(nèi)容5§4.1潮汐調(diào)和分析原理一、分潮的調(diào)和常數(shù)ζ分潮潮高；f、u交點因子和交點訂正角。平衡潮理論認(rèn)為σt+Vo+u=0

時應(yīng)發(fā)生高潮，但實際海洋中的潮汐發(fā)生高潮時要落后一段時間或者落后一個角度，因而應(yīng)在相角中引入一個實際幅角與理論幅角的差值（稱為遲角）代表這種滯后效應(yīng)，遲角隨初位相時間系統(tǒng)的選擇有所差異。5§4.1潮汐調(diào)和分析原理一、分潮的調(diào)和常數(shù)ζ分潮潮高；f若t是區(qū)時，(V0+u)為區(qū)時理論初相角，則引入的遲角為區(qū)時遲角K′

若t取區(qū)時，(V0+u)取格林威治的理論初相角，則遲角為區(qū)時專用遲角g理論表達(dá)式：t為區(qū)時，幅角初位相取地方理論初相角，引入的遲角為地方遲角K實際表達(dá)式（三種）：H、K（K′或g）稱之為實際分潮的調(diào)和常數(shù)，通常是計算H和g

。若t是區(qū)時，(V0+u)為區(qū)時理論初相角，則引入的遲角為區(qū)時7分潮的調(diào)和常數(shù)反映了實際海洋對某一頻率天體引潮力的響應(yīng)。這種響應(yīng)決定于海洋本身的幾何形狀及其動力學(xué)性質(zhì)，這也決定了實際海洋中的分潮振幅與平衡潮引潮勢展出的分潮系數(shù)不完全成比例。由于海洋環(huán)境的變化十分緩慢，就一般海區(qū)而言，調(diào)和常數(shù)具有極大的穩(wěn)定性，在不特別長的時間內(nèi)，可充分近似地認(rèn)為是常數(shù)。7分潮的調(diào)和常數(shù)反映了實際海洋對某一頻率天體引潮力的響應(yīng)。這8實際海洋中的水位是許多不同周期的振動疊加：γ(t)為非天文因素引起的水位，它泛指水文氣象狀況的變化引起的水位變化，有時又叫增減水

二、調(diào)和分析的基本原理調(diào)和分析1.由實測資料求出a和b，并由a和b計算出R和θ02.依天文要素計算出實測中間時刻的f和u3.計算出各個分潮的調(diào)和常數(shù)H和K'氣象和海洋動力因素引起的隨機(jī)振動，淺海非線性效應(yīng)，

影響計算精度。潮汐分析所得調(diào)和常數(shù)的可靠性，主要決定于各個分潮間相互影響以及γ(t)影響的消除程度。8實際海洋中的水位是許多不同周期的振動疊加：γ(t)為非天文9三、K、K

?

、g三種遲角的換算遲角從天體運動的角度可解釋為該分潮所對應(yīng)的假想天體的上中天到該假想天體所引起的該分潮實際發(fā)生高潮的時間間隔，以度表示。V0+u是從假想天體上中天算到t=0的角度，稱為假想天體零時的時角。

9三、K、K?、g三種遲角的換算遲角從天體運動的角度可解10G、M、S對應(yīng)某分潮的假想天體在格林威治、觀測地點和區(qū)時標(biāo)準(zhǔn)子午線上中天的時刻;G1、M1和S1為上述三個地點各自地方時零時的時刻，即平太陽位于該地的下中天;H為對應(yīng)分潮達(dá)到高潮的時刻。λ、s為觀測地點和區(qū)時標(biāo)準(zhǔn)子午線的經(jīng)度(西經(jīng))GM是在一定的時間內(nèi)假想天體從G到M移動的角度，GM=pλ;

GS=ps（p為該分潮的潮族數(shù)）G1M1是平太陽從G1到M1的時間內(nèi)假想天體移動的角度。γ是格林威治遲角10G、M、S對應(yīng)某分潮的假想天體在格林威治、觀測地點和區(qū)時西經(jīng)東經(jīng)西經(jīng)東經(jīng)考慮有限個較主要的分潮的水位表達(dá)式§4.2潮汐調(diào)和分析的最小二乘法一、水位方程帶尖角的符號表示變量的實際值，不帶尖角的符號表示由觀測資料分析得到的包含誤差的分析結(jié)果。ε(t)為噪聲，包括由氣象等因素引起的不規(guī)則擾動、觀測誤差、數(shù)據(jù)處理誤差和截斷誤差以及被忽略的分潮等?？紤]有限個較主要的分潮的水位表達(dá)式§4.2潮汐調(diào)和分析的最忽略了噪聲，由上式分析得到的各參量值并不是真實值，而是包含一定誤差的分析值

由于誤差的存在，為使觀測的水位值盡可能地接近它們的真實值，潮汐分析中總是N>>2J+1。對于t=t1，t2,…,tNN個時刻的水位觀測值ζ1，ζ2，…和ζN，可建立N個時刻的方程組水位方程組為含有2J+1個未知量，N個方程構(gòu)成的線性方程組（矛盾方程組），要采用最小二乘法將其處理為正規(guī)方程（法方程）。忽略了噪聲，由上式分析得到的各參量值并不是真實值，而是包含一包含M個未知量的N個方程的線性方程組（N≥M

）一般不存在一組(x1,x2,…,xM)使得方程組各方程都成立，即不可能全為零。法方程或正規(guī)方程方程中的系數(shù)矩陣為對稱矩陣，可用普通的線性方程組求解方法求解。二、最小二乘方法但可以選取一組(x1,x2,…xM)使得各個δn盡可能的小。包含M個未知量的N個方程的線性方程組（N≥M）一般不存三、等時間間隔連續(xù)水位資料的法方程建立若觀測資料的個數(shù)N是奇數(shù)，時間原點取在觀測中間時刻，法方程形式更簡單。令N′=(N-1)/2，Δt為觀測時間間隔，觀測時刻可寫為-N′Δt,(-N′+1)Δt,…,-Δt,0,Δt,…,(N′-1)Δt,N′Δt

，相應(yīng)的實測水位值可作為ζ-N′,ζ-N′+1,…ζ0,,…

,ζN-1,ζN。法方程可分為兩個獨立的方程組。這兩個方程組的系數(shù)行列式仍然是對稱的。前一個方程組有J+1個方程，可解出S0,a1,a2,…,aJ。后一個方程組有J個方程，可解出b1,b2,…,bJ

。從而可求出Rj和θj，進(jìn)而可求出調(diào)和常數(shù)Hj和gj

三、等時間間隔連續(xù)水位資料的法方程建立若觀測資料的個數(shù)N是四、一年水位觀測資料調(diào)和分析的實際步驟1.分潮的選取一般可采用附表4中的所有分潮，也可根據(jù)需要予以增減。在程序中要給出各分潮的n0,n1,…,n6值及f、u的計算式?？伤愠龈鞣殖钡慕撬俾师?。2.數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備（1）第一個觀測記錄的年份Y，月份M，日期D和時間t0。（2）參與分析的記錄個數(shù)N，相鄰兩個觀測記錄的時間間隔Δt

(單位:小時)。N取奇數(shù)，NΔt要在一年左右，至少不得短于10個月，最佳長度為369天。（3）依時間前后排列出等時間間隔的N個水位觀測值ζ-N′,ζ-N′+1,…ζ0,,…,ζN-1,ζN

。四、一年水位觀測資料調(diào)和分析的實際步驟1.分潮的選取一般可3.計算中間時刻各分潮的振幅R和位相θ(1)計算法方程的系數(shù)行列式和傅里葉系數(shù)Ft′和Ft“。(2)法方程的