论文专区▏中国南海北部潮汐主要分潮的变化趋势分析

【编者按：基于中国南海北部6个长期验潮站逐时水位资料，对该海域O₁、K₁、M₂和S₂的4个主要分潮的振幅和迟角变化趋势分别进行分析。 结果表明：各验潮站的O₁、K₁和M₂分潮振幅呈现显著的周期性变化，S₂分潮振幅年变化量基本在毫米级，具有较高的稳定性。厦门站1954～1997年期间的M₂分潮振幅存在18.98年的周期变化，与交点潮18.61年的变化周期相吻合。基于最小二乘原理，通过曲线拟合方式能够对主要分潮振幅在一定时间内进行比较准确的预报。本文发表在《海洋测绘》2015年第1期上，现编发给朋友们阅读了解。考虑到排版关系，参考文献索引略。付延光，男，1990出生，山东济南人，山东科技大学测绘科学与工程学院，硕士研究生，主要从事海洋测绘高度计、潮汐调和分析应用等研究。】

文/付延光 周兴华 杨磊 周东旭 孙维康

一、引言

20世纪80年代以来南海潮汐已引起许多学者关注。对于南海潮汐的研究，最初是基于沿岸和岛屿的观测资料。分析中国南海北部主要分潮的变化趋势意义重大，不仅能够客观的反映在一定时间内主要分潮的变化趋势，而且能进行主要分潮振幅的预报，对海道测量应用潮汐信息的获取具有重要意义。

目前对中国南海北部区域潮汐特征的分析较少。俞慕耕利用320个验潮站的调和常数资料，采用等高线法，绘制了O₁、K₁、M₂和S₂分潮图，较好的展现了南海潮汐的分布规律；沈育疆分析了主要分潮在南海传播、分布的规律；沙文钰等对环台湾岛海域全日分潮和潮汐、潮流特征进行了三维数值研究；暴景阳分析了中国沿岸验潮站分别按年、月调和分析结果对调和常数的精度统计分析，并对南海的主要分潮变化趋势进行了拟合精度分析。

本文根据验潮站数据，分析了4个主要分潮（O₁、K₁、M₂和S₂）调和常数变化趋势。分析长期验潮站主要分潮的变化趋势，能够对未来一段时间进行调和常数的准确预报，对缺测数据较多的验潮站的调和常数提供依据。

二、中国南海北部数据处理理论与方法

⒈ 调和分析原理

实测潮汐信号可表示为平均海面、潮高和扰动因素的组合，即：

式中，A₀为分析期间的平均海面；t为区时；f为分潮交点因子；δ为分潮的角速率；（V₀+u）为格林威治零时的平衡潮初相角；ｘ（ｔ）为非天文潮位，具有随机的特性，在物理学上称为噪音；H为分潮的平均振幅；g为区时专用迟角；H、g为待定的潮汐调和常数。

⒉ 资料来源与处理方法

本文的资料来源于夏威夷大学海平面中心提供的中国南海北部6个长期验潮站实测逐时水位资料，验潮站的具体信息见表1。

表1中，F值为潮港类型指标值，表达式为F=（H_O1+H_K1）/H_{M 2}；选取的6个验潮站包括了三种潮汐类型半日潮、半日潮为主的混合潮、日潮，比较具有代表性。

三、主要分潮调和常数变化趋势的分析

据实测数据潮汐调和分析结果，通过T＿TIDE潮汐处理软件包进行调和分析，中国南海北部沿岸6个长期验潮站主要分潮振幅和迟角逐年变化趋势过程见图1、2，取各站分析时间为1975～1997年(东方港为1976～1997年)，振幅单位：cm，迟角单位：度。

⒈ 分潮振幅、迟角变化的数据分析

本文采用19年(月球升交点周期18.61年)观测数据的总体分析结果作为真值，对各站逐年分潮结果与真值比较的年变化量统计值见表2，加粗数字表示偏差明显偏大。

从潮区性质来看，日潮区（海口、东方、北海）的分潮振幅最大变化量要比半日潮区（厦门）、不规则半日潮区（闸坡、汕尾）都要大。从各分潮振幅来看，各验潮站Ｏ_１分潮最大变化量较其他分潮普遍要大。K₁和M₂分潮振幅年变化量在厘米级，其最大变化量分别为8.88cm、6.06cm；S₂分潮振幅年变化量基本在毫米级，最大变化量仅为1.39cm，具有较高的稳定性；O₁分潮振幅年变化量较其他分潮普遍较大，最大能到17.11cm。北海的各个分潮统计值较其他验潮站变化量都要大，可能与其复杂的地理位置有关。

对于分潮迟角的变化，从图2可以看出K₁、S₂分潮迟角逐年变化很小，但是O₁、M₂分潮的迟角变化却呈现一定的规律性，促使这一现象的原因还在研究中。

⒉ 分潮振幅变化趋势分析

由图2可知，中国南海北部6个验潮站的主要分潮O₁、K₁和M₂振幅逐年变化趋势存在规律性趋势变化，相对于O₁、K₁和M₂，该海域的S₂分潮振幅相对较小，年分析结果变化范围在毫米级，因此可当做常值处理故在此不做讨论。 下面仅对M₂分潮振幅进行变化趋势分析。

以厦门站1954～1997年逐年M₂分潮振幅变化趋势为例，利用最小二乘法对数据进行曲线拟合。采用高斯函数曲线法，借助Matlab软件对其编程进行拟合，见图3。

　　通过分析可知，分潮振幅与时间存在近似的函数关系：

由式⑵可知，角速度为18.96，故周期T=360/18.96，M₂分潮振幅存在18.98年的周期变化，这与交点潮的18.61年的变化周期相吻合。 此外，分潮振幅还存在每年1.5mm增大变化率。

将x值代入式⑵求出的计算值与分潮振幅差值的统计值最大值(max)、最小值(min)、中误差(δ)、部分年份差值见表3。

　　由表3可知，通过曲线拟合的方式对长期验潮站主要分潮进行预报，能够得到比较好的结果，对缺测数据较多的验潮站的调和常数提供依据。

四、结束语

对中国南海北部6个长期验潮站4个主要分潮调和分潮的变化趋势进行分析，结果表明O₁、K₁和M₂分潮振幅存在显著周期性变化，K₁和M₂分潮振幅年变化量在厘米级，其最大变化量分别为8.88cm、6.06cm；O₁分潮振幅年变化量普遍较大，最大能到17.11cm；S₂分潮振幅年变化量基本在毫米级，最大变化量仅为1.39cm，具有较高的稳定性；而迟角变化比较复杂，作者将会在此基础上继续研究。根据对厦门站数据的分析，M₂分潮振幅存在大约18.98年的周期变化，并有每年1.5mm变大的趋势，通过曲线拟合对调和常数的预报，有一定的实际意义。