海洋測繪中的余水位應用

董雨 崔鑫

摘 要：海洋測繪是海洋事業發展的重要組成部分。海洋測繪對于海上航運的發展具有很強的指導作用。海洋測繪的研究成果，不僅能夠有效加快海洋事業的改革創新，同時還能夠有效促進國民經濟，國防海防事業以及海洋研究的多個項目的發展。文章重點就海洋測繪中的余水位應用展開論述，希望可以促進海洋測繪工作的進步。

關鍵詞：海洋測繪;余水位;測繪應用

1 海洋測繪工作的發展現狀

近些年來，通過海洋測繪各相關部門的合作，我國的海洋測繪技術工作已經有了較大的發展，并且取得了一些成果，對我國經濟的發展起了很大的作用。我國海洋測繪的隊伍經過長期的探索發展，形成了科教研結合的發展體系，我國海洋測繪技術工作發展非常迅速，由原來的單純進行海洋信息獲取到現在的信息探測與電子科技和物理技術相結合轉變;由原來的搭載信息設備的工具只有輪船向搭載工具以航天技術為依托利用潛艇進行信息探測轉變，隨著我國的工業水平的進步和科學技術的發展，我國的海洋測繪工具有了很大的進步，初步實現了自動化信息探測。

2 余水位及其主要特性

2.1 余水位

余水位，又稱增減水位或異常水位，是指由氣象等隨機因素引起的海面擾動，主要由風、氣壓、降水等短周期氣象因素引起的短期水位異常和氣候因素引起的海面季節異常兩部分組成。一般而言，向岸風和高氣壓引發增水（余水位為正），離岸風和低氣壓引發減水（余水位為負），其空間影響范圍一般為10～1000km，在時間尺度上一般為1～100h，其大小受岸線趨勢、水域開闊程度、水深、風向、風力及持續時間、氣壓梯度變化等諸多因素影響，很難準確量化計算，只能利用實測水位減去天文潮位的方法實時得到。其數學表達式為：

R（t）=h（t）=MSL-TMSL（t）-Δ（t）（1）

式中，R（t）代表余水位;h（t）代表實測水位;MSL代表平均海面;TMSL（t）代表天文潮位;Δ（t）代表觀測誤差。

2.2 余水位特性

2.2.1 偶然性

在一段時間相對較長的尺度內，因為氣壓、風等氣象因素的隨機變化性，致使余水位在這段時間的表現具備很強的偶然性。通過大量的實地觀測，對其數據進行統計，通過圖像表現，也能夠看到余水位曲線具備很強的不規則性，其顯現出一種正態分布，在專業領域稱其為偶然隨機性變量概率分布。

2.2.2 空間相關性

該特性是指由于海洋運動的慣性及相同或者相近的誘因導致余水位發生空間域的規律性，也就是一種空間相關性。在對兩個岸線地形走勢十分相近的驗潮站余水位觀測數據統計中發現，在地形、岸線等因素不發生明顯變化的情況下，余水位呈現出一種極強的空間相關性。在滑動平均相鄰驗潮站的余水位時，隨著時間尺度的不斷增加其相關性也不斷增強，在對這兩個觀潮站的余水位進行統計過程中，順勢差值共出現33次大于20厘米，時間都在7天以內，而根據當時的氣象記錄顯示，這段時間均是大風天氣，風力達到6到8級。

3 海洋測繪中余水位的應用

3.1 粗差探測與修復

產生潮位數據粗差的原因主要是在讀取、抄寫以及錄入數據時由于儀器故障以及其他人為因素造成的誤差。在中國近海，所產生的潮差普遍較大，所以在時間間隔是1小時或者是更大的時候，很難準確地判斷粗差在水位曲線的平滑性方面產生的影響。

3.2 潮位推算

怎樣對歷史潮位數據進行充分的利用，減少布設臨時驗潮站數目，在近幾年一直是海洋測繪領域所注重的問題，海事測繪系統、海軍以及國家海洋局的專家們為此開展了大量的論證探討工作。將海洋潮汐廠模型設定為趨勢面，將氣象等各種因素所導致的余水位設定為信號場，這樣所形成的水位配置模型是：

h′（t）=MSL′=T′MSL（t）=Δ′（t）+R（t）（2）

在上式中，是在基本站中計算來的，表示余水位;表示的是推算水位;表示的是推算站的平均海面;表示的是推算站的天文潮位;表示的是推算站天文潮位所產生的預報誤差。

根據公式（2）可以看到，主要對潮位推算精度產生影響的因素為觀測基本站潮位的精度、計算余水位的精度、傳算推算站平均海面的精度以及計算推算站天文潮位的精度等。在選擇基本驗潮站時，一般會在具有穩定、準確的基準面和調和常數關系的站點。相對于目前水位改正的精度來說，當下所使用的潮位觀測儀器所產生的觀測誤差完全可以忽略不計，因此對于基本站來說其余水位的計算誤差以及觀測誤差非常小。通過對短期和長期驗潮站所產生的7到30天的同步觀測資料的同步改正，可以看到短期驗潮站所得到的平均海面精度達到了厘米級，對海洋測繪來說完全滿足規范要求。

因為一般在比較好的天氣進行測深作業，而且推算站距離基本站大多小于50千米，所以在不是特別大的測區內天氣因素對余水位造成的差別很小，能夠使用相同的數值，也可以通過距離加權平均法得到推算點的余水位。由于氣候異常所導致的海面變化具備很大的空間尺度，所以在不是特別大的測區內也能夠使用相同的數值。在大多數情況下，天文潮位由13個分潮就可構成主體，要保證計算推算站天文潮位的精度就必須保證調和常數的穩定。如果推算站具備足夠時間長度的歷史潮位數據，并且推算天文潮位的誤差也不大，那么所產生的影響一般不會太大;如果時間長度為1各月或者是更短，并且調和常數又不具備良好的穩定性，那么就需要通過附近的長期驗潮站所產生的同步分析結果幫助訂正，進而確保計算的天文潮位的精度。

4 結語

綜上所述，面對不斷發展的海洋事業的需求，仍要不斷探索完善相關技術，為其提供更加全面的保障。

參考文獻

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