中国海域潮汐非调和常数的计算与分析

付延光，申　宏，孙维康，纪　雪

（1.山东科技大学　测绘科学与工程学院，山东　青岛　266510；2.国家海洋局第一海洋研究所，山东　青岛　266061）

中国海域潮汐非调和常数的计算与分析

付延光1，申宏2，孙维康1，纪雪2

（1.山东科技大学测绘科学与工程学院，山东青岛266510；2.国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛266061）

联合利用中国沿岸长期验潮站实测资料和全球海潮模型NAO.99b在中国海域的结果，进行潮汐非调和常数的计算。分别对渤海、黄海、东海和南海进行分析，结果表明，中国海域潮汐类型复杂，渤海、黄海、东海以半日潮性质为主，南海以日潮性质为主；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，东海、黄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、黄海平均大潮高潮位分布在0.48～1.77 m，东海在0.42～2.41 m，南海在0.21～1.35 m；渤海、东海以及南海北部浅海海域潮高日不等现象显著。

调和分析；调和常数；非调和常数；潮汐特征

潮汐作为一种自然现象，对于港工建设、航运和军事活动具有非常重要的意义［1］。潮汐非调和常数主要用来反映潮汐特征，如最大潮位和最小潮位、最大潮差、平均潮差等具体数据，其为港口建设及海上石油开发设计提供工程潮位及有关潮汐特征值作为依据［2］。

中国海区潮汐现象比较复杂，潮汐性质因地而异，许多研究因实测资料比较缺乏而只限于局部海区的理论推测［3］。王骥［4-5］从基本原理出发导出了非调和常数的计算式，并讨论了利用日潮和半日潮平均振幅计算潮汐非调和常数的具体过程；黄辰虎［1］简单介绍了正规半日潮非调和常数的模型算法；刘克修等［6］对工程潮位计算中非调和常数的定义进行了阐述；吴俊彦等［3］探讨了中国沿海潮汐类型的分布特点，并阐述了中国海区潮波系统的传播方式；李维锋、俞慕耕等［2，7-8］多位学者对南沙永暑海区、南海等局部海域进行了潮汐特征分析。在这些局部海区潮汐特征的分析中，大多仅对潮汐类型、海平面变化等部分参数进行总结。而很少有对中国海域等大范围海区的非调和常数进行研究。

本文联合利用中国沿岸长期验潮站实测资料和全球海潮模型NAO.99b［9］，计算了平均大小潮差、平均大潮高潮位等各类非调和常数，绘制了非调和常数在中国沿海的分布图，探讨了中国海域非调和常数的分布规律。

1　资料和方法

本文选取研究区域为17°N～41°N，105°E～127°E，29个长期验潮站资料由国家海洋局第一海洋研究所提供，该数据采样时间间隔为1 h，时间长度为2012年1月1日-2012年12月31日（图1中三角表示）；8个长期验潮站资料取自夏威夷大学海平面观测中心，该数据采样时间间隔为1 h，时间长度为1996年1月1日-1996年12月31日（图1中五角星表示）。考虑到海潮模型在中国海域的精度问题［10-11］，选取全球海潮模型NAO.99b在研究区域内1°×1°共202个有效网格点（图1中点表示）。

图1　本文采用的验潮站和海潮模型点位位置

对验潮站数据进行缺测值的插值，然后对整年资料进行调和分析［12］，得到各站调和结果；全球海潮模型NAO.99b的分辨率为0.5°×0.5°，提取研究范围内202个有效网格点的分潮调和常数。按照相关文献方法计算潮汐非调和常数［4-5，12］。

2　潮汐非调和常数值的计算与分析

2.1潮汐类型

我国海域潮汐性质的划分主要以F值来判断，F=（HO1+HK1）/（HM2），F值的不同取值范围代表不同的潮汐类型：若0＜F＜0.5，则潮汐为正规半日潮；若0.5＜F＜2，则潮汐为不规则半日潮混合潮；若2＜F＜4，则潮汐为不规则日潮混合潮；若F＞4，则潮汐为正规日潮。对研究区域239个点位进行F值计算，其分布图见图2。

图2　中国海域F值的分布

由图2可以看出，中国海域潮汐性质复杂。渤、黄海海域F值范围在0.29～4.82，包含了半日潮、日潮和混合潮，以半日潮性质为主；东海海域F值范围在0.14～1.60，以半日潮性质为主，由北向南，正规半日潮变为混合半日潮；南海海域F值范围在0.48～11.34，以日潮性质为主，北部湾F值最大（部分参数量值参见表1，下同）。

2.2平均大潮差、平均小潮差

以半日潮为主的港口，平均大、小潮差可以反映潮汐振幅随月相变化情况。为了解中国海域潮差分布规律，对研究区域平均大潮差、平均小潮差分别进行计算，其在中国海域分布见图3～图4，并计算了两者差值，其随纬度变化情况见图5。

图3　中国海域平均大潮差分布

图4　中国海域平均小潮差分布

本文虽计算了日潮海区的平均大、小潮差，但是由图3～图4可以看出，在渤海海域、南海海域等日潮性质显著的海域，两者均较小，多数分别分布在0.42～2.09 m，0.27～1.33 m。而对于黄海海域、东海海域等半日潮性质显著的海域，两者变化较大，多数分别分布在1.12～4.44 m，0.41～1.50 m。

图5　中国海域平均大、小潮差差值随纬度变化情况

由图5可以看出，在纬度约24°N～40°N的海域半日潮性质显著，两者差值多位于0.88～2.83 m，说明此海域潮汐振幅随月相变化幅度较大；在纬度约18°N～24°N的海域日潮性质显著，两者差值多位于-0.55～0.68 m。随着纬度的减小，潮汐振幅随月相变化的幅度有整体减小的趋势。

2.3平均大潮高潮位

平均大潮高潮位，又称为大潮平均高潮位，是用于海洋测绘净空信息表示的参考面［13-14］。本文根据图2中国沿岸潮汐不同类型的分布，利用文献［12］中针对不同潮汐类型的平均大潮高潮位的公式进行计算，其结果见图6，单位：m。

图6　中国沿岸平均大潮高潮位的分布

由图6可以看出，渤、黄海海域平均大潮高潮位在0.28～4.54 m，其中除山东南部、江苏在3.49～4.54 m，其余海域多在0.48～1.77 m；东海海域多在0.75～2.33 m，浅海海域多在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，其中闸坡、海口等浅海海域在2.14～3.10 m，其余多在0.21～1.35 m。

2.4潮汐的日不等现象

潮汐的日不等现象，包括潮高日不等和涨、落潮历时不等两个方面。本文仅对潮高日不等现象进行分析。潮高日不等现象与月赤纬变化密切相关，受比值S2分潮振幅大小的影响很大。当HS2/HM2的值大于0.40时，则潮高日不等现象明显。图7为HS2/HM2值的分布情况。

图7　中国海域HS2/HM2值分布

由图7可知，中国海域大于0.40的HS2/HM2值主要分布在渤海、东海和南海北部浅海海域，与图2比较可以发现，潮高日不等现象显著的海域多具有显著的半日潮性质。

表1为37个验潮站非调和常数结果。

3　结论

本文采用中国沿岸37个长期验潮站实测数据以及全球海潮模型NAO.99中202个有效网格点联合计算了中国海域17°N～41°N，105°E～127°E范围的非调和常数，绘制了各类参数的分布图。结果表明，中国海域潮汐性质复杂，渤、黄海海域包含了半日潮、日潮和混合潮，东海海域以半日潮性质为主，南海海域以日潮性质为主；平均大、小潮差及其差值在渤海、黄海、东海和南海分布不同，表现出随着纬度降低，潮汐振幅随月相变化的幅度有逐渐减小的趋势；平均大潮高潮位较大值分布在东海、南海北部浅海海域，达到1.32～2.41 m，其余海域多在0.13～1.77 m；潮高日不等现象显著的海域多具有显著的半日潮性质。

表1　中国沿岸验潮站非调和常数值的统计

［1］黄辰虎，侯世喜，黄谟涛.等.潮汐非调和常数的计算及应用［J］.海洋测绘，2005，25（4）:22-24.

［2］李维锋，梁广健，徐刚.南沙永暑海区潮汐特征分析［J］.海洋技术学报，2014，33（5）:71-77.

［3］吴俊彦，肖京国，成俊，等.中国沿海潮汐类型分布特点 ［C］//中国测绘学会九届四次理事会暨2008年学术会论文集，2008: 191-196.

［4］王冀.潮汐非调和常数的计算方法I·原理［J］.海洋科学，1984（5a）:1-9.

［5］王冀.潮汐非调和常数的计算方法II·人工计算过程［J］.海洋科学，1984（6b）:4-8.

［6］刘克修，王冀.关于工程潮位计算的若干问题［J］.海洋技术，1999，18（4）:46-55.

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

［8］田永青，潘爱军.台湾海峡西部近海潮汐特征［J］.台湾海峡，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］李大炜，李建成，金涛勇，等.利用验潮站资料评价全球海潮模型的精度［J］.大地测量与地球动力学，2012，32（4）:106-110.

［11］孙佳龙，郭金运，郭淑艳，等.基于验潮资料的CSR4.0模型和NAO.99b模型在中国海域的精度分析［J］.地球物理学进展，2013，28（5）:2787-2795.

［12］方国洪，郑文振，陈宗镛.等.潮汐和潮流的分析和预报［M］.北京:海洋出版社，1986.

［13］暴景阳，许军，关海波.平均大潮高潮位的计算方法和比较［J］.海洋测绘，2013，33（4）:1-5.

［14］许家琨，刘雁春，许希启，等.平均大潮高潮面的科学定位与现实描述［J］.海洋测绘，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

国家国际科技合作专项“自主星载高度计海面在轨绝对定标关键技术研究”（2014DFA21710）；“基于GNSS浮标的卫星高度计定标技术研究”（GY0214G21）资助项目

付延光（1990-），男，博士研究生，主要从事海洋测绘潮汐分析研究及应用。E-mail：fuyanguang123@163.com