中國海域潮汐非調和常數的計算與分析

付延光，申　宏，孫維康，紀　雪

（1.山東科技大學　測繪科學與工程學院，山東　青島　266510；2.國家海洋局第一海洋研究所，山東　青島　266061）

中國海域潮汐非調和常數的計算與分析

付延光1，申宏2，孫維康1，紀雪2

（1.山東科技大學測繪科學與工程學院，山東青島266510；2.國家海洋局第一海洋研究所，山東青島266061）

聯合利用中國沿岸長期驗潮站實測資料和全球海潮模型NAO.99b在中國海域的結果，進行潮汐非調和常數的計算。分別對渤海、黃海、東海和南海進行分析，結果表明，中國海域潮汐類型復雜，渤海、黃海、東海以半日潮性質為主，南海以日潮性質為主；渤海、南海平均大潮差多分布在0.42～2.09 m，平均小潮差分布在0.27～1.33 m，東海、黃海平均大潮差多分布在1.12～4.44 m，平均小潮差多分布在0.41～2.41 m；渤海、黃海平均大潮高潮位分布在0.48～1.77 m，東海在0.42～2.41 m，南海在0.21～1.35 m；渤海、東海以及南海北部淺海海域潮高日不等現象顯著。

調和分析；調和常數；非調和常數；潮汐特征

潮汐作為一種自然現象，對于港工建設、航運和軍事活動具有非常重要的意義［1］。潮汐非調和常數主要用來反映潮汐特征，如最大潮位和最小潮位、最大潮差、平均潮差等具體數據，其為港口建設及海上石油開發設計提供工程潮位及有關潮汐特征值作為依據［2］。

中國海區潮汐現象比較復雜，潮汐性質因地而異，許多研究因實測資料比較缺乏而只限于局部海區的理論推測［3］。王驥［4-5］從基本原理出發導出了非調和常數的計算式，并討論了利用日潮和半日潮平均振幅計算潮汐非調和常數的具體過程；黃辰虎［1］簡單介紹了正規半日潮非調和常數的模型算法；劉克修等［6］對工程潮位計算中非調和常數的定義進行了闡述；吳俊彥等［3］探討了中國沿海潮汐類型的分布特點，并闡述了中國海區潮波系統的傳播方式；李維鋒、俞慕耕等［2，7-8］多位學者對南沙永暑海區、南海等局部海域進行了潮汐特征分析。在這些局部海區潮汐特征的分析中，大多僅對潮汐類型、海平面變化等部分參數進行總結。而很少有對中國海域等大范圍海區的非調和常數進行研究。

本文聯合利用中國沿岸長期驗潮站實測資料和全球海潮模型NAO.99b［9］，計算了平均大小潮差、平均大潮高潮位等各類非調和常數，繪制了非調和常數在中國沿海的分布圖，探討了中國海域非調和常數的分布規律。

1　資料和方法

本文選取研究區域為17°N～41°N，105°E～127°E，29個長期驗潮站資料由國家海洋局第一海洋研究所提供，該數據采樣時間間隔為1 h，時間長度為2012年1月1日-2012年12月31日（圖1中三角表示）；8個長期驗潮站資料取自夏威夷大學海平面觀測中心，該數據采樣時間間隔為1 h，時間長度為1996年1月1日-1996年12月31日（圖1中五角星表示）。考慮到海潮模型在中國海域的精度問題［10-11］，選取全球海潮模型NAO.99b在研究區域內1°×1°共202個有效網格點（圖1中點表示）。

圖1　本文采用的驗潮站和海潮模型點位位置

對驗潮站數據進行缺測值的插值，然后對整年資料進行調和分析［12］，得到各站調和結果；全球海潮模型NAO.99b的分辨率為0.5°×0.5°，提取研究范圍內202個有效網格點的分潮調和常數。按照相關文獻方法計算潮汐非調和常數［4-5，12］。

2　潮汐非調和常數值的計算與分析

2.1潮汐類型

我國海域潮汐性質的劃分主要以F值來判斷，F=（HO1+HK1）/（HM2），F值的不同取值范圍代表不同的潮汐類型：若0＜F＜0.5，則潮汐為正規半日潮；若0.5＜F＜2，則潮汐為不規則半日潮混合潮；若2＜F＜4，則潮汐為不規則日潮混合潮；若F＞4，則潮汐為正規日潮。對研究區域239個點位進行F值計算，其分布圖見圖2。

圖2　中國海域F值的分布

由圖2可以看出，中國海域潮汐性質復雜。渤、黃海海域F值范圍在0.29～4.82，包含了半日潮、日潮和混合潮，以半日潮性質為主；東海海域F值范圍在0.14～1.60，以半日潮性質為主，由北向南，正規半日潮變為混合半日潮；南海海域F值范圍在0.48～11.34，以日潮性質為主，北部灣F值最大（部分參數量值參見表1，下同）。

2.2平均大潮差、平均小潮差

以半日潮為主的港口，平均大、小潮差可以反映潮汐振幅隨月相變化情況。為了解中國海域潮差分布規律，對研究區域平均大潮差、平均小潮差分別進行計算，其在中國海域分布見圖3～圖4，并計算了兩者差值，其隨緯度變化情況見圖5。

圖3　中國海域平均大潮差分布

圖4　中國海域平均小潮差分布

本文雖計算了日潮海區的平均大、小潮差，但是由圖3～圖4可以看出，在渤海海域、南海海域等日潮性質顯著的海域，兩者均較小，多數分別分布在0.42～2.09 m，0.27～1.33 m。而對于黃海海域、東海海域等半日潮性質顯著的海域，兩者變化較大，多數分別分布在1.12～4.44 m，0.41～1.50 m。

圖5　中國海域平均大、小潮差差值隨緯度變化情況

由圖5可以看出，在緯度約24°N～40°N的海域半日潮性質顯著，兩者差值多位于0.88～2.83 m，說明此海域潮汐振幅隨月相變化幅度較大；在緯度約18°N～24°N的海域日潮性質顯著，兩者差值多位于-0.55～0.68 m。隨著緯度的減小，潮汐振幅隨月相變化的幅度有整體減小的趨勢。

2.3平均大潮高潮位

平均大潮高潮位，又稱為大潮平均高潮位，是用于海洋測繪凈空信息表示的參考面［13-14］。本文根據圖2中國沿岸潮汐不同類型的分布，利用文獻［12］中針對不同潮汐類型的平均大潮高潮位的公式進行計算，其結果見圖6，單位：m。

圖6　中國沿岸平均大潮高潮位的分布

由圖6可以看出，渤、黃海海域平均大潮高潮位在0.28～4.54 m，其中除山東南部、江蘇在3.49～4.54 m，其余海域多在0.48～1.77 m；東海海域多在0.75～2.33 m，淺海海域多在1.32～2.41 m，深海海域多在0.42～1.60 m；南海海域在0.13～3.10 m，其中閘坡、海口等淺海海域在2.14～3.10 m，其余多在0.21～1.35 m。

2.4潮汐的日不等現象

潮汐的日不等現象，包括潮高日不等和漲、落潮歷時不等兩個方面。本文僅對潮高日不等現象進行分析。潮高日不等現象與月赤緯變化密切相關，受比值S2分潮振幅大小的影響很大。當HS2/HM2的值大于0.40時，則潮高日不等現象明顯。圖7為HS2/HM2值的分布情況。

圖7　中國海域HS2/HM2值分布

由圖7可知，中國海域大于0.40的HS2/HM2值主要分布在渤海、東海和南海北部淺海海域，與圖2比較可以發現，潮高日不等現象顯著的海域多具有顯著的半日潮性質。

表1為37個驗潮站非調和常數結果。

3　結論

本文采用中國沿岸37個長期驗潮站實測數據以及全球海潮模型NAO.99中202個有效網格點聯合計算了中國海域17°N～41°N，105°E～127°E范圍的非調和常數，繪制了各類參數的分布圖。結果表明，中國海域潮汐性質復雜，渤、黃海海域包含了半日潮、日潮和混合潮，東海海域以半日潮性質為主，南海海域以日潮性質為主；平均大、小潮差及其差值在渤海、黃海、東海和南海分布不同，表現出隨著緯度降低，潮汐振幅隨月相變化的幅度有逐漸減小的趨勢；平均大潮高潮位較大值分布在東海、南海北部淺海海域，達到1.32～2.41 m，其余海域多在0.13～1.77 m；潮高日不等現象顯著的海域多具有顯著的半日潮性質。

表1　中國沿岸驗潮站非調和常數值的統計

［1］黃辰虎，侯世喜，黃謨濤.等.潮汐非調和常數的計算及應用［J］.海洋測繪，2005，25（4）:22-24.

［2］李維鋒，梁廣健，徐剛.南沙永暑海區潮汐特征分析［J］.海洋技術學報，2014，33（5）:71-77.

［3］吳俊彥，肖京國，成俊，等.中國沿海潮汐類型分布特點 ［C］//中國測繪學會九屆四次理事會暨2008年學術會論文集，2008: 191-196.

［4］王冀.潮汐非調和常數的計算方法I·原理［J］.海洋科學，1984（5a）:1-9.

［5］王冀.潮汐非調和常數的計算方法II·人工計算過程［J］.海洋科學，1984（6b）:4-8.

［6］劉克修，王冀.關于工程潮位計算的若干問題［J］.海洋技術，1999，18（4）:46-55.

［7］俞慕耕.南海潮汐特征的初步探討［J］.海洋學報，1984，6（3）:293-300.

［8］田永青，潘愛軍.臺灣海峽西部近海潮汐特征［J］.臺灣海峽，2011，30（4）:483-488.

［9］Matsumoto K，Takanezawa T，Ooe M.Ocean Tide Models Developed by Assimilating TOPEX/Poseidon Altimeter Data into Hydrodynamical Model:AGlobal Model and a Regional Model around Japan［J］.Journal ofOceangraphy，2000，56（5）:567-581.

［10］李大煒，李建成，金濤勇，等.利用驗潮站資料評價全球海潮模型的精度［J］.大地測量與地球動力學，2012，32（4）:106-110.

［11］孫佳龍，郭金運，郭淑艷，等.基于驗潮資料的CSR4.0模型和NAO.99b模型在中國海域的精度分析［J］.地球物理學進展，2013，28（5）:2787-2795.

［12］方國洪，鄭文振，陳宗鏞.等.潮汐和潮流的分析和預報［M］.北京:海洋出版社，1986.

［13］暴景陽，許軍，關海波.平均大潮高潮位的計算方法和比較［J］.海洋測繪，2013，33（4）:1-5.

［14］許家琨，劉雁春，許希啟，等.平均大潮高潮面的科學定位與現實描述［J］.海洋測繪，2007，27（6）:19-24.

Computation and Analysis of the Non-harmonic Constants of Tides in China's Sea Areas

FU Yan-guang1，SHEN Hong2，SUN Wei-kang1，JI Xue2
1.College of Geodesy and Geomatics，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266510，Shandong Province，China；
2.First Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Qingdao 266061，Shandong Province，China

The tidal non-harmonic constants are calculated by utilizing the long-term gauge tidal data along China's coast in combination with the results of the global tide model NAO.99b for China's sea areas.In terms of the Bohai Sea，Yellow Sea，East China Sea and South China Sea，the results show that China has complex tidal characteristics.The Bohai Sea，Yellow Sea and East China Sea are mainly featured by semi-diurnal tides，with diurnal tides in the South China Sea.The mean spring range in the Bohai Sea and South China Sea is mainly around 0.42-2.09 m，and the mean neap range is 0.27-1.33 m.In comparison，the mean spring range in the East China Sea and Yellow Sea is 1.12-4.44 m，with the mean neap range of 0.42-2.41 m.The mean high water spring in the Bohai Sea and Yellow Sea ranges 0.48-1.77 m，with that of 0.42-2.41 m in the East China Sea and 0.21-1.35 m in the South China Sea.The range tidal day phenomenon is obvious in the Bohai Sea，East China Sea and the shallow waters of Northern South China Sea.

harmonic analysis；harmonic constants；non-harmonic constants；tidal characteristics

P229；P731.23

A

1003-2029（2016）01-0079-05

10.3969/j.issn.1003-2029.2016.01.013

2015-10-23

國家國際科技合作專項“自主星載高度計海面在軌絕對定標關鍵技術研究”（2014DFA21710）；“基于GNSS浮標的衛星高度計定標技術研究”（GY0214G21）資助項目

付延光（1990-），男，博士研究生，主要從事海洋測繪潮汐分析研究及應用。E-mail：fuyanguang123@163.com