區(qū)域潮汐模型構(gòu)建與深度基準(zhǔn)面確定：理論、方法與應(yīng)用研究一、引言1.1研究背景與意義海洋，作為地球生命的搖籃和資源寶庫，覆蓋了地球表面約71%的面積，對(duì)人類的生存和發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及陸地資源的日益匱乏，人類對(duì)海洋的開發(fā)和利用不斷深入，海洋工程、航海運(yùn)輸、海洋資源開發(fā)等領(lǐng)域蓬勃興起，在為人類社會(huì)帶來巨大利益的同時(shí)，也對(duì)海洋科學(xué)研究提出了更高的要求。區(qū)域潮汐模型構(gòu)建與深度基準(zhǔn)面確定，作為海洋科學(xué)研究的重要組成部分，對(duì)于保障海洋活動(dòng)的安全、高效進(jìn)行，以及推動(dòng)海洋科學(xué)的發(fā)展具有不可替代的重要意義。潮汐，作為海洋中一種重要的自然現(xiàn)象，是由月球和太陽的引潮力作用，以及地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)共同引起的海水周期性漲落現(xiàn)象。潮汐的存在不僅影響著海洋的水位、流速和流向，還與海洋生態(tài)系統(tǒng)、海洋生物的生存和繁衍密切相關(guān)。在海洋工程領(lǐng)域，潮汐的變化對(duì)港口、碼頭、跨海大橋等海洋基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響。例如，在港口的規(guī)劃和建設(shè)中，需要準(zhǔn)確了解潮汐的漲落規(guī)律，以確定碼頭的高程、航道的水深以及防波堤的高度等參數(shù)，確保港口設(shè)施在各種潮汐條件下都能安全穩(wěn)定地運(yùn)行。若對(duì)潮汐的預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確，可能導(dǎo)致港口設(shè)施遭受潮汐的沖擊和破壞，給國(guó)家和社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年因潮汐災(zāi)害對(duì)海洋工程設(shè)施造成的損失高達(dá)數(shù)十億美元。在一些沿海地區(qū)，由于潮汐的影響，港口的水深會(huì)發(fā)生周期性變化，如果船舶在進(jìn)出港口時(shí)沒有充分考慮潮汐因素，就可能發(fā)生擱淺事故，不僅會(huì)損壞船舶，還會(huì)影響港口的正常運(yùn)營(yíng)秩序。在航海安全方面，潮汐信息是船舶航行不可或缺的重要依據(jù)。船舶在航行過程中，需要根據(jù)潮汐的漲落情況合理選擇航線和航行時(shí)間，以確保船舶的安全航行。準(zhǔn)確的潮汐預(yù)報(bào)可以幫助船長(zhǎng)及時(shí)調(diào)整船舶的航向和航速，避免船舶在淺水區(qū)或礁石區(qū)擱淺，降低航行風(fēng)險(xiǎn)。在通過狹窄的海峽或航道時(shí)，潮汐的流速和流向?qū)Υ暗牟倏v性有著重要影響，船長(zhǎng)需要根據(jù)潮汐信息提前做好應(yīng)對(duì)措施，確保船舶能夠安全通過。據(jù)國(guó)際海事組織（IMO）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球每年因潮汐等海洋環(huán)境因素導(dǎo)致的船舶事故占總事故數(shù)的相當(dāng)比例，因此，準(zhǔn)確的潮汐預(yù)報(bào)對(duì)于保障航海安全具有重要意義。海洋資源開發(fā)是人類利用海洋的重要領(lǐng)域之一，潮汐模型和深度基準(zhǔn)面在其中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在海洋油氣資源開發(fā)中，需要精確了解海底地形和潮汐變化，以確定鉆井平臺(tái)的位置和穩(wěn)定性。海底地形的起伏和潮汐的作用會(huì)影響鉆井平臺(tái)的基礎(chǔ)穩(wěn)定性，如果基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理，可能導(dǎo)致平臺(tái)傾斜甚至倒塌，引發(fā)嚴(yán)重的安全事故和環(huán)境污染。在海洋漁業(yè)資源開發(fā)中，潮汐的變化與魚類的洄游和繁殖密切相關(guān)，漁民可以根據(jù)潮汐信息選擇合適的捕撈地點(diǎn)和時(shí)間，提高捕撈效率，同時(shí)也有利于保護(hù)海洋漁業(yè)資源的可持續(xù)發(fā)展。深度基準(zhǔn)面作為海洋深度的起算面，是海洋測(cè)繪的重要參考面，對(duì)于海洋科學(xué)研究和海洋開發(fā)活動(dòng)具有重要的基礎(chǔ)支撐作用。確定深度基準(zhǔn)面需要遵循兩項(xiàng)重要原則：一是滿足航行保證率，要求深度基準(zhǔn)面的位置足夠低，使圖載水深具有較高安全可靠性，以確保船只在航行過程中的安全；二是顧及航道利用率，深度基準(zhǔn)面低于當(dāng)?shù)仄骄Ｃ娴南薅纫?jīng)濟(jì)合理，不應(yīng)浪費(fèi)可航水域的通航利用水平。平衡這兩項(xiàng)原則，一般將深度基準(zhǔn)面確定在接近最低潮位處，并以低潮保證率為主要衡量準(zhǔn)則。在中國(guó)，低潮保證率的參考值為95%，統(tǒng)計(jì)低潮保證率的水位數(shù)據(jù)通常由一年以上的觀測(cè)獲得。海圖上記載的水深數(shù)據(jù)表示的是深度基準(zhǔn)面到海底的距離，稱為圖載水深。在水深測(cè)量中，瞬時(shí)海面的高度（水位）通過歸算也從深度基準(zhǔn)面向上起算，這樣對(duì)從海面測(cè)得的瞬時(shí)水深（測(cè)量水深）實(shí)施水位改正后便得到圖載水深。準(zhǔn)確的深度基準(zhǔn)面對(duì)于航海、海洋工程、海洋資源勘探等活動(dòng)至關(guān)重要。在航海中，海圖上的水深信息是船舶導(dǎo)航的重要依據(jù)，如果深度基準(zhǔn)面確定不準(zhǔn)確，可能導(dǎo)致船舶誤判水深，從而發(fā)生擱淺等危險(xiǎn)事故。在海洋工程建設(shè)中，如海底管道鋪設(shè)、海洋平臺(tái)建設(shè)等，需要精確的深度基準(zhǔn)面信息來確定工程設(shè)施的位置和高程，以確保工程的安全和順利進(jìn)行。在海洋資源勘探中，深度基準(zhǔn)面的準(zhǔn)確性也直接影響到對(duì)海底資源分布的判斷和評(píng)估。區(qū)域潮汐模型構(gòu)建與深度基準(zhǔn)面確定的研究，對(duì)于推動(dòng)海洋科學(xué)的發(fā)展也具有重要的理論意義。潮汐現(xiàn)象是一個(gè)復(fù)雜的海洋動(dòng)力學(xué)過程，涉及到地球物理學(xué)、流體力學(xué)、天文學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。通過對(duì)潮汐模型的研究，可以深入了解海洋潮汐的產(chǎn)生機(jī)制、傳播規(guī)律以及與其他海洋現(xiàn)象之間的相互作用，為海洋動(dòng)力學(xué)理論的發(fā)展提供重要的實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。深度基準(zhǔn)面的確定方法和精度評(píng)估也是海洋測(cè)繪學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容，對(duì)于提高海洋測(cè)繪的精度和可靠性，完善海洋空間信息基準(zhǔn)體系具有重要的推動(dòng)作用。隨著衛(wèi)星測(cè)高技術(shù)、數(shù)值模擬技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，為區(qū)域潮汐模型構(gòu)建與深度基準(zhǔn)面確定的研究提供了新的機(jī)遇和手段。利用衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)可以獲取全球海洋的海面高度信息，結(jié)合數(shù)值模擬方法，可以建立更加精確的區(qū)域潮汐模型。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)則可以對(duì)海量的海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，挖掘出潮汐變化的規(guī)律和特征，為深度基準(zhǔn)面的確定提供更加豐富的數(shù)據(jù)支持。然而，目前在區(qū)域潮汐模型構(gòu)建和深度基準(zhǔn)面確定方面仍然存在一些問題和挑戰(zhàn)，如模型的精度和分辨率有待提高，深度基準(zhǔn)面的確定方法在不同海域的適應(yīng)性問題等，需要進(jìn)一步深入研究和探索。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀區(qū)域潮汐模型構(gòu)建與深度基準(zhǔn)面確定的研究在國(guó)內(nèi)外均取得了顯著進(jìn)展，但也面臨著諸多挑戰(zhàn)和問題，仍有廣闊的研究空間。在區(qū)域潮汐模型構(gòu)建方面，國(guó)外起步較早，取得了豐碩的成果。自20世紀(jì)60年代起，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值模擬方法的發(fā)展，國(guó)外學(xué)者開始嘗試建立海洋潮汐模型。早期的模型主要基于簡(jiǎn)單的理論假設(shè)和有限的觀測(cè)數(shù)據(jù)，精度較低。隨著衛(wèi)星測(cè)高技術(shù)的興起，為潮汐模型的構(gòu)建提供了豐富的數(shù)據(jù)來源。如TOPEX/Poseidon、Jason等衛(wèi)星高度計(jì)獲取的大量海面高度數(shù)據(jù)，使得全球和區(qū)域潮汐模型的精度和分辨率得到了極大提升。法國(guó)的FES系列潮汐模型，通過同化衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)和驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)，在全球海洋潮汐模擬中表現(xiàn)出色，被廣泛應(yīng)用于海洋研究和實(shí)際工程中。美國(guó)俄勒岡州立大學(xué)開發(fā)的TPXO系列潮汐模型，采用了先進(jìn)的數(shù)值模擬方法和數(shù)據(jù)同化技術(shù)，能夠準(zhǔn)確地模擬全球海洋潮汐的分布和變化規(guī)律，在極地海域、淺海海域等復(fù)雜區(qū)域的潮汐模擬中也取得了較好的效果。國(guó)內(nèi)在區(qū)域潮汐模型構(gòu)建方面的研究也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。近年來，隨著我國(guó)海洋事業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)潮汐模型的精度和分辨率提出了更高的要求。國(guó)內(nèi)學(xué)者在借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)海域的特點(diǎn)，開展了一系列深入的研究。在南海海域潮汐模型研究中，王延強(qiáng)等利用18.6a的T/P系列高度計(jì)數(shù)據(jù)建立了6′×6′網(wǎng)格潮汐模型，通過對(duì)模型的精度評(píng)估，發(fā)現(xiàn)該模型在南海海域具有較高的精度，能夠較好地反映南海海域的潮汐特征。雷寧等針對(duì)應(yīng)用高度計(jì)數(shù)據(jù)建立的海潮模型在淺海海域精度較低的現(xiàn)狀，提出采用移去－恢復(fù)技術(shù)聯(lián)合利用19aT/P、Jason－1衛(wèi)星原始軌道、變軌軌道高度計(jì)數(shù)據(jù)建立南海淺海海域高精度潮汐模型的方法，改進(jìn)后潮汐模型4個(gè)最主要分潮O(jiān)1，K1，M2和S2的RMS分別提高至7.76，9.40，13.86和8.51cm，RSS達(dá)到20.32cm，表明移去－恢復(fù)技術(shù)能夠明顯改善潮汐模型在淺海海域的精度。在深度基準(zhǔn)面確定方面，國(guó)外的研究主要集中在對(duì)傳統(tǒng)確定方法的改進(jìn)和新方法的探索。國(guó)際海道測(cè)量組織（IHO）建議會(huì)員國(guó)采用最低天文潮面作為深度基準(zhǔn)面，許多國(guó)家開始研究如何準(zhǔn)確計(jì)算最低天文潮面，并將其應(yīng)用于海圖繪制和航海導(dǎo)航中。一些學(xué)者利用長(zhǎng)期的潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)和先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析方法，對(duì)深度基準(zhǔn)面的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性進(jìn)行了深入研究，提出了一些改進(jìn)的計(jì)算模型和算法。我國(guó)在深度基準(zhǔn)面確定方面有著獨(dú)特的發(fā)展歷程。20世紀(jì)50年代以前，我國(guó)不同海區(qū)采用不同的特征潮面作為深度基準(zhǔn)面，在北方沿岸主要采用略最低低潮面，而在南方沿岸主要采用平均大潮低潮面。1957年起，我國(guó)統(tǒng)一采用理論最低潮面作為深度基準(zhǔn)面，其算法沿用蘇聯(lián)的設(shè)計(jì)，考慮13個(gè)主要分潮的作用，由這些分潮疊加得到最低潮面，計(jì)算得到深度基準(zhǔn)值。隨著海洋測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展和對(duì)海洋資源開發(fā)的需求增加，我國(guó)對(duì)深度基準(zhǔn)面的研究不斷深入。暴景陽等對(duì)國(guó)內(nèi)外海圖深度基準(zhǔn)面的定義、算法進(jìn)行了總結(jié)，介紹了目前各國(guó)海圖深度基準(zhǔn)面的進(jìn)展情況，有助于我國(guó)海圖深度基準(zhǔn)面的完善和精化。李改肖等從海圖深度基準(zhǔn)面的定義入手，分析了確定深度基準(zhǔn)面的基本原則和影響因素，對(duì)當(dāng)前海圖深度基準(zhǔn)面的計(jì)算方法和模型進(jìn)行了總結(jié)歸納，并介紹了目前各國(guó)海圖深度基準(zhǔn)面的研究進(jìn)展情況，為我國(guó)海圖深度基準(zhǔn)面的進(jìn)一步完善奠定了一定的基礎(chǔ)。盡管國(guó)內(nèi)外在區(qū)域潮汐模型構(gòu)建和深度基準(zhǔn)面確定方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處。在潮汐模型構(gòu)建方面，現(xiàn)有模型在淺海和極地海域等復(fù)雜區(qū)域的精度仍有待提高，對(duì)潮汐現(xiàn)象的一些復(fù)雜物理過程，如潮汐與海洋環(huán)流的相互作用、潮汐的非線性效應(yīng)等，模擬能力還不夠強(qiáng)。在深度基準(zhǔn)面確定方面，不同確定方法在不同海域的適應(yīng)性問題尚未得到很好的解決，深度基準(zhǔn)面的精度和穩(wěn)定性還需要進(jìn)一步提升。此外，隨著海洋開發(fā)活動(dòng)的不斷深入，對(duì)潮汐模型和深度基準(zhǔn)面的精度、分辨率和時(shí)效性提出了更高的要求，現(xiàn)有的研究成果還難以滿足這些需求。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究聚焦于區(qū)域潮汐模型構(gòu)建與深度基準(zhǔn)面確定，旨在解決海洋科學(xué)研究及海洋開發(fā)活動(dòng)中的關(guān)鍵問題，提升海洋信息獲取與應(yīng)用的精度和可靠性。1.3.1研究目標(biāo)本研究的首要目標(biāo)是構(gòu)建高精度的區(qū)域潮汐模型。利用先進(jìn)的衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)、數(shù)值模擬技術(shù)以及驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)，充分考慮海洋潮汐的復(fù)雜物理過程，如潮汐與海洋環(huán)流的相互作用、潮汐的非線性效應(yīng)等，建立能夠準(zhǔn)確反映區(qū)域潮汐特征的模型。通過對(duì)模型的不斷優(yōu)化和驗(yàn)證，提高模型在淺海、極地等復(fù)雜海域的精度，為海洋工程、航海安全、海洋資源開發(fā)等提供可靠的潮汐預(yù)測(cè)信息。其次，精確確定深度基準(zhǔn)面。綜合考慮不同海域的潮汐特性、海底地形以及海洋開發(fā)活動(dòng)的需求，采用科學(xué)合理的方法確定深度基準(zhǔn)面。充分研究各種深度基準(zhǔn)面確定方法在不同海域的適應(yīng)性，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，提高深度基準(zhǔn)面確定的精度和穩(wěn)定性，為海洋測(cè)繪、海圖繪制等提供準(zhǔn)確的深度基準(zhǔn)。最后，將構(gòu)建的區(qū)域潮汐模型和確定的深度基準(zhǔn)面應(yīng)用于實(shí)際海洋開發(fā)活動(dòng)中，進(jìn)行有效性驗(yàn)證。通過與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，評(píng)估模型和基準(zhǔn)面的準(zhǔn)確性和可靠性，為海洋開發(fā)活動(dòng)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，推動(dòng)海洋科學(xué)研究成果的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。1.3.2研究?jī)?nèi)容區(qū)域潮汐模型構(gòu)建：全面收集研究區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)，包括TOPEX/Poseidon、Jason等系列衛(wèi)星高度計(jì)獲取的海面高度數(shù)據(jù)，以及其他相關(guān)衛(wèi)星的輔助數(shù)據(jù)。同時(shí)，收集研究區(qū)域內(nèi)多個(gè)驗(yàn)潮站的長(zhǎng)期潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括潮位、潮時(shí)等信息。對(duì)衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)篩選、去噪、插值等，以提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。利用潮汐調(diào)和分析方法，從驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)中提取潮汐分潮的調(diào)和常數(shù)，為模型構(gòu)建提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。選擇合適的數(shù)值模擬方法，如有限元法、有限差分法等，建立區(qū)域潮汐模型的基本框架。將預(yù)處理后的衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)和驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)同化到模型中，通過不斷調(diào)整模型參數(shù)，優(yōu)化模型的性能，提高模型對(duì)潮汐現(xiàn)象的模擬能力。對(duì)構(gòu)建的區(qū)域潮汐模型進(jìn)行精度評(píng)估，采用多種評(píng)估指標(biāo)，如均方根誤差（RMSE）、相關(guān)系數(shù)等，對(duì)比模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析模型的誤差來源，進(jìn)一步改進(jìn)和完善模型。深度基準(zhǔn)面確定：系統(tǒng)分析不同海域的潮汐類型、潮差大小以及海底地形等因素，研究這些因素對(duì)深度基準(zhǔn)面確定的影響機(jī)制。綜合考慮航行保證率和航道利用率等原則，選擇適合不同海域的深度基準(zhǔn)面確定方法，如理論最低潮面法、最低天文潮面法等。收集研究區(qū)域內(nèi)的潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)和海底地形數(shù)據(jù)，利用選定的方法計(jì)算深度基準(zhǔn)面。對(duì)計(jì)算得到的深度基準(zhǔn)面進(jìn)行精度評(píng)估，通過與歷史數(shù)據(jù)和其他相關(guān)研究結(jié)果的對(duì)比，分析深度基準(zhǔn)面的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性?？紤]海洋環(huán)境變化對(duì)深度基準(zhǔn)面的影響，如海平面上升、海洋環(huán)流變化等，研究深度基準(zhǔn)面的動(dòng)態(tài)更新方法，以保證其在不同時(shí)期的適用性。模型與基準(zhǔn)面的應(yīng)用驗(yàn)證：將構(gòu)建的區(qū)域潮汐模型應(yīng)用于海洋工程領(lǐng)域，如港口、碼頭、跨海大橋等設(shè)施的設(shè)計(jì)和建設(shè)中，通過模擬不同潮汐條件下的水位變化和水流情況，為工程設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。利用潮汐模型為船舶航行提供潮汐預(yù)報(bào)服務(wù)，結(jié)合深度基準(zhǔn)面信息，為船舶選擇安全的航線和航行時(shí)間，保障航海安全。在海洋資源開發(fā)中，如海洋油氣勘探、海洋漁業(yè)捕撈等，應(yīng)用潮汐模型和深度基準(zhǔn)面信息，優(yōu)化資源開發(fā)方案，提高開發(fā)效率。通過實(shí)際海洋開發(fā)活動(dòng)中的應(yīng)用，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)區(qū)域潮汐模型和深度基準(zhǔn)面的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)一步改進(jìn)和完善模型與基準(zhǔn)面。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究綜合運(yùn)用數(shù)值模擬、數(shù)據(jù)分析、實(shí)地觀測(cè)等多種研究方法，以確保研究的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和可靠性，具體研究方法如下：數(shù)值模擬方法：在區(qū)域潮汐模型構(gòu)建中，采用數(shù)值模擬方法是關(guān)鍵步驟。利用有限元法或有限差分法等數(shù)值計(jì)算方法，建立區(qū)域海洋潮汐的動(dòng)力學(xué)模型。通過將研究區(qū)域劃分為有限個(gè)網(wǎng)格，對(duì)每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的潮汐運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值求解，模擬潮汐在海洋中的傳播、變形和相互作用過程。如在構(gòu)建南海海域潮汐模型時(shí)，可利用有限元法將南海海域離散為眾多小三角形單元，在每個(gè)單元內(nèi)基于潮汐動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，模擬潮汐在南海復(fù)雜地形和邊界條件下的運(yùn)動(dòng)情況。借助海洋數(shù)值模式，如ROMS（RegionalOceanModelingSystem）區(qū)域海洋數(shù)值模式系統(tǒng)，該模式具有開源三維區(qū)域、模塊化結(jié)構(gòu)、自由表面、高分辨率以及地形跟蹤等特點(diǎn)，能有效模擬近海及河口地區(qū)的水動(dòng)力及水環(huán)境。將衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)和驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)同化到數(shù)值模型中，通過不斷調(diào)整模型參數(shù)，優(yōu)化模型對(duì)潮汐現(xiàn)象的模擬能力，提高模型的精度和可靠性。數(shù)據(jù)分析方法：對(duì)收集到的衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)、驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)以及其他相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析。運(yùn)用潮汐調(diào)和分析方法，從驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)中提取潮汐分潮的調(diào)和常數(shù)，如M2、S2、O1、K1等主要分潮的振幅和相位，以此來描述潮汐的特征和變化規(guī)律。采用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)大量的海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，挖掘潮汐變化與海洋環(huán)境因素之間的潛在關(guān)系，為潮汐模型的改進(jìn)和深度基準(zhǔn)面的確定提供數(shù)據(jù)支持。利用主成分分析（PCA）等方法對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，提取主要特征，降低數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，提高數(shù)據(jù)分析的效率和準(zhǔn)確性。實(shí)地觀測(cè)方法：在研究區(qū)域內(nèi)設(shè)立多個(gè)實(shí)地觀測(cè)站點(diǎn)，進(jìn)行長(zhǎng)期的潮汐觀測(cè)。通過安裝高精度的驗(yàn)潮儀，實(shí)時(shí)記錄潮位的變化情況，獲取準(zhǔn)確的潮汐數(shù)據(jù)。同時(shí)，利用海洋浮標(biāo)、ADCP（聲學(xué)多普勒流速剖面儀）等設(shè)備，觀測(cè)海洋流速、流向等參數(shù)，為潮汐模型的驗(yàn)證和校準(zhǔn)提供實(shí)地觀測(cè)數(shù)據(jù)。進(jìn)行海底地形測(cè)量，采用多波束測(cè)深系統(tǒng)等先進(jìn)設(shè)備，獲取研究區(qū)域的海底地形信息，分析海底地形對(duì)潮汐傳播和變化的影響，為深度基準(zhǔn)面的確定提供地形數(shù)據(jù)支持。本研究的技術(shù)路線如下：數(shù)據(jù)收集與預(yù)處理：全面收集研究區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)，包括TOPEX/Poseidon、Jason等系列衛(wèi)星高度計(jì)獲取的海面高度數(shù)據(jù)，以及其他相關(guān)衛(wèi)星的輔助數(shù)據(jù)。同時(shí)，收集研究區(qū)域內(nèi)多個(gè)驗(yàn)潮站的長(zhǎng)期潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括潮位、潮時(shí)等信息。對(duì)衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)篩選、去噪、插值等，以提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。利用潮汐調(diào)和分析方法，從驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)中提取潮汐分潮的調(diào)和常數(shù)，為模型構(gòu)建提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。區(qū)域潮汐模型構(gòu)建：選擇合適的數(shù)值模擬方法，如有限元法、有限差分法等，建立區(qū)域潮汐模型的基本框架。將預(yù)處理后的衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)和驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)同化到模型中，通過不斷調(diào)整模型參數(shù)，優(yōu)化模型的性能，提高模型對(duì)潮汐現(xiàn)象的模擬能力。對(duì)構(gòu)建的區(qū)域潮汐模型進(jìn)行精度評(píng)估，采用多種評(píng)估指標(biāo)，如均方根誤差（RMSE）、相關(guān)系數(shù)等，對(duì)比模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析模型的誤差來源，進(jìn)一步改進(jìn)和完善模型。深度基準(zhǔn)面確定：系統(tǒng)分析不同海域的潮汐類型、潮差大小以及海底地形等因素，研究這些因素對(duì)深度基準(zhǔn)面確定的影響機(jī)制。綜合考慮航行保證率和航道利用率等原則，選擇適合不同海域的深度基準(zhǔn)面確定方法，如理論最低潮面法、最低天文潮面法等。收集研究區(qū)域內(nèi)的潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)和海底地形數(shù)據(jù)，利用選定的方法計(jì)算深度基準(zhǔn)面。對(duì)計(jì)算得到的深度基準(zhǔn)面進(jìn)行精度評(píng)估，通過與歷史數(shù)據(jù)和其他相關(guān)研究結(jié)果的對(duì)比，分析深度基準(zhǔn)面的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。模型與基準(zhǔn)面的應(yīng)用驗(yàn)證：將構(gòu)建的區(qū)域潮汐模型應(yīng)用于海洋工程領(lǐng)域，如港口、碼頭、跨海大橋等設(shè)施的設(shè)計(jì)和建設(shè)中，通過模擬不同潮汐條件下的水位變化和水流情況，為工程設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。利用潮汐模型為船舶航行提供潮汐預(yù)報(bào)服務(wù)，結(jié)合深度基準(zhǔn)面信息，為船舶選擇安全的航線和航行時(shí)間，保障航海安全。在海洋資源開發(fā)中，如海洋油氣勘探、海洋漁業(yè)捕撈等，應(yīng)用潮汐模型和深度基準(zhǔn)面信息，優(yōu)化資源開發(fā)方案，提高開發(fā)效率。通過實(shí)際海洋開發(fā)活動(dòng)中的應(yīng)用，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)區(qū)域潮汐模型和深度基準(zhǔn)面的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)一步改進(jìn)和完善模型與基準(zhǔn)面。二、區(qū)域潮汐模型構(gòu)建的理論基礎(chǔ)2.1潮汐形成的原理潮汐，作為一種在海洋中普遍存在且極具規(guī)律性的自然現(xiàn)象，其形成是多種因素共同作用的結(jié)果，主要包括月球和太陽的引力、地球的自轉(zhuǎn)以及地球與月球、太陽之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)等。這些因素相互交織，共同塑造了海洋潮汐的復(fù)雜特性和變化規(guī)律。牛頓的萬有引力定律為我們理解潮汐的形成提供了重要的理論基礎(chǔ)。根據(jù)該定律，任何兩個(gè)物體之間都存在著相互吸引的引力，其大小與兩個(gè)物體的質(zhì)量成正比，與它們之間距離的平方成反比。在地球、月球和太陽的系統(tǒng)中，月球和太陽對(duì)地球的引力作用是潮汐產(chǎn)生的主要驅(qū)動(dòng)力。月球雖然質(zhì)量相對(duì)較小，但其與地球的距離較近，使得月球?qū)Φ厍虻囊τ绊戯@著。地球和月球圍繞它們共同的質(zhì)心做圓周運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)過程中，地球表面各點(diǎn)受到的月球引力和因地球繞地-月公共質(zhì)心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性離心力的合力，即為月球引潮力。在地球表面，離月球最近的點(diǎn)（正垂點(diǎn)）和離月球最遠(yuǎn)的點(diǎn)（反垂點(diǎn)）所受的引潮力方向均垂直于地球表面且向上，導(dǎo)致這兩個(gè)區(qū)域的海水向上隆起，形成高潮區(qū)；而在正垂點(diǎn)和反垂點(diǎn)連線的垂直方向上，引潮力指向地心，使得海水向下移動(dòng)，形成低潮區(qū)。由于地球的自轉(zhuǎn)，地球上的不同地區(qū)會(huì)依次經(jīng)過高潮區(qū)和低潮區(qū)，從而產(chǎn)生周期性的潮汐漲落現(xiàn)象。太陽對(duì)地球也存在著引力作用，盡管太陽的質(zhì)量巨大，但由于其與地球的距離遙遠(yuǎn)，太陽引潮力相對(duì)月球引潮力較小，約為月球引潮力的46%。然而，在某些特定時(shí)刻，如農(nóng)歷初一（朔）或十五（望）時(shí)，地球、月球、太陽的位置幾乎在同一直線上，月球和太陽的引潮力相互疊加，形成大潮，此時(shí)海水的漲落幅度較大；而在農(nóng)歷初七、八（上弦）或二十二、三（下弦）時(shí)，月球?qū)Φ厍虻囊绷εc太陽對(duì)地球的引潮力互相垂直，太陽引潮力削弱了月球引潮力，形成小潮，海水的漲落幅度相對(duì)較小。地球的自轉(zhuǎn)對(duì)潮汐的形成也起著至關(guān)重要的作用。地球在自轉(zhuǎn)過程中，不同地區(qū)相對(duì)于月球和太陽的位置不斷發(fā)生變化，使得引潮力的作用方向和大小也隨之改變，從而導(dǎo)致了潮汐的周期性變化。地球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間約為24小時(shí)50分鐘（一個(gè)太陰日），在一個(gè)太陰日內(nèi)，地球上大多數(shù)地區(qū)會(huì)經(jīng)歷兩次高潮和兩次低潮。這是因?yàn)樵诘厍蜃赞D(zhuǎn)過程中，地球上的某一區(qū)域會(huì)先后經(jīng)過月球引潮力作用下的高潮區(qū)和低潮區(qū)，以及太陽引潮力與月球引潮力相互作用下的高潮區(qū)和低潮區(qū)，從而形成了每日兩次的潮汐漲落。除了月球和太陽的引力以及地球自轉(zhuǎn)外，海洋的地形、海底地貌以及海洋環(huán)流等因素也會(huì)對(duì)潮汐的傳播和變化產(chǎn)生重要影響。在淺海區(qū)域，海底地形的起伏會(huì)改變海水的流動(dòng)速度和方向，使得潮汐的傳播受到阻礙或加速，從而導(dǎo)致潮汐的形態(tài)和幅度發(fā)生變化。在一些狹窄的海峽或海灣，由于海水的進(jìn)出受到限制，潮汐的漲落幅度可能會(huì)明顯增大，形成獨(dú)特的潮汐現(xiàn)象，如著名的錢塘江大潮，其壯觀的景象正是由于特殊的河口地形和潮汐的相互作用所形成的。海洋環(huán)流也會(huì)與潮汐相互作用，影響潮汐的傳播和能量分布，進(jìn)一步增加了潮汐現(xiàn)象的復(fù)雜性。2.2引潮力與引潮勢(shì)引潮力，作為引發(fā)潮汐現(xiàn)象的直接動(dòng)力，在潮汐形成機(jī)制中占據(jù)核心地位。從力學(xué)角度深入剖析，引潮力是指月球和太陽對(duì)地球上單位質(zhì)量物體的引力，以及地球繞地月公共質(zhì)心旋轉(zhuǎn)（或繞太陽公轉(zhuǎn)）時(shí)所產(chǎn)生的慣性離心力的合力。這一合力的作用，打破了地球表面物體所受力的平衡狀態(tài)，從而引發(fā)了海水的周期性漲落，即潮汐現(xiàn)象。為了更直觀地理解引潮力的形成，以地球-月球系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。地球在繞地月公共質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的過程中，地球上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的慣性離心力大小相等、方向平行，且與月球?qū)Φ匦馁|(zhì)點(diǎn)的引力方向相反。然而，由于地球是一個(gè)具有一定體積的球體，地球上不同位置的質(zhì)點(diǎn)與月球質(zhì)心的距離和相對(duì)位置存在差異，根據(jù)萬有引力定律，這些質(zhì)點(diǎn)所受月球的實(shí)際引力在方向和大小上也各不相同。在地球表面，離月球最近的點(diǎn)（正垂點(diǎn)）所受月球的實(shí)際引力最大，其方向指向月心；離月球最遠(yuǎn)的點(diǎn)（反垂點(diǎn)）所受月球的實(shí)際引力最小，方向同樣指向月心。除正垂點(diǎn)和反垂點(diǎn)外，地球表面其他地點(diǎn)所受月球?qū)嶋H引力與慣性離心力均不平衡，它們的合力即為引潮力。在正垂點(diǎn)，實(shí)際引力大于慣性離心力，引潮力向上指向月心；在反垂點(diǎn)，慣性離心力大于實(shí)際引力，引潮力背向月心方向但在地球上也是向上的。地球表面其他位置的引潮力則是由實(shí)際引力與慣性離心力構(gòu)成的方向不同、大小不等的合力。引潮力的表達(dá)式可以通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出。設(shè)地球質(zhì)量為M，月球質(zhì)量為m，地球半徑為R，地月質(zhì)心距離為r，地球上某點(diǎn)與地心連線和地月質(zhì)心連線的夾角為\theta，則該點(diǎn)所受月球引潮力的垂直分量F_{v}和水平分量F_{H}可表示為：F_{v}=\frac{Gm}{r^{2}}\left(3\cos^{2}\theta-1\right)\frac{R}{r}F_{H}=\frac{3Gm}{2r^{2}}\sin2\theta\frac{R}{r}其中，G為引力常數(shù)。從上述表達(dá)式可以看出，引潮力的大小與月球質(zhì)量成正比，與地月質(zhì)心距離的立方成反比，同時(shí)還與地球上某點(diǎn)的位置（即夾角\theta）密切相關(guān)。當(dāng)\theta=0^{\circ}或180^{\circ}時(shí)，垂直引潮力F_{v}取得最大值，且方向指向地球外部；當(dāng)\theta=90^{\circ}時(shí)，F(xiàn)_{v}只有最大值的一半，且方向指向地球內(nèi)部。水平引潮力F_{H}在\theta=45^{\circ}或135^{\circ}時(shí)取得最大值，大小為垂直引潮力最大值的\frac{3}{4}；在\theta=0^{\circ}、90^{\circ}和180^{\circ}處，F(xiàn)_{H}=0。引潮力的量值與擾動(dòng)天體的質(zhì)量和距離密切相關(guān)。月球雖然質(zhì)量相對(duì)太陽較小，但其與地球的距離較近，使得月球引潮力成為引發(fā)潮汐的主要因素，月球引潮力約為太陽引潮力的2.25倍。在農(nóng)歷初一（朔）或十五（望）時(shí)，地球、月球、太陽幾乎在同一直線上，月球和太陽的引潮力相互疊加，形成大潮，此時(shí)海水漲落幅度較大；而在農(nóng)歷初七、八（上弦）或二十二、三（下弦）時(shí)，月球和太陽的引潮力相互垂直，太陽引潮力削弱了月球引潮力，形成小潮，海水漲落幅度相對(duì)較小。引潮勢(shì)是與引潮力密切相關(guān)的一個(gè)重要概念。由于引力場(chǎng)是一種保守力場(chǎng)或有勢(shì)力場(chǎng)，引潮力也處于有勢(shì)力場(chǎng)中。引潮勢(shì)\Omega定義為：在引力場(chǎng)中，將單位質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)從無窮遠(yuǎn)處移動(dòng)到某點(diǎn)時(shí)，引力所做的功。以月球引潮勢(shì)為例，設(shè)P點(diǎn)為地球上的一點(diǎn)，O為地心，C為月球質(zhì)心，r_{1}為P點(diǎn)到月球質(zhì)心的距離，r為地心到月球質(zhì)心的距離，R為地球半徑，則P點(diǎn)的月球引潮勢(shì)\Omega_{m}可表示為：\Omega_{m}=Gm\left(\frac{1}{r_{1}}-\frac{\overrightarrow{R}\cdot\overrightarrow{r}}{r^{3}}\right)其中，\overrightarrow{R}為從地心O指向P點(diǎn)的矢徑，\overrightarrow{r}為從地心O指向月球質(zhì)心C的矢徑。引潮勢(shì)可以展開為一系列球諧函數(shù)的形式，通過這種展開方式，可以更深入地分析引潮勢(shì)的特性以及潮汐的組成成分。將引潮勢(shì)展開為球諧函數(shù)后，得到的表達(dá)式中包含多個(gè)分潮項(xiàng)，每個(gè)分潮項(xiàng)對(duì)應(yīng)著不同的頻率、振幅和相位。這些分潮項(xiàng)反映了不同周期的潮汐變化，其中主要的分潮包括半日分潮（如M_{2}、S_{2}等）、全日分潮（如O_{1}、K_{1}等）以及長(zhǎng)周期分潮（如M_{f}、M_{m}等）。以達(dá)爾文（Darwin）展開式為例，它是引潮勢(shì)展開的一種常用形式，將引潮勢(shì)展開為一系列分潮的疊加：\xi=\sum_{i}H_{i}\cos\left(\sigma_{i}t+g_{i}\right)其中，\xi為潮高，H_{i}為第i個(gè)分潮的振幅，\sigma_{i}為第i個(gè)分潮的圓頻率，t為時(shí)間，g_{i}為第i個(gè)分潮的遲角。不同的分潮具有不同的周期和特性，半日分潮的周期約為12小時(shí)25分鐘，全日分潮的周期約為24小時(shí)50分鐘，長(zhǎng)周期分潮的周期則更長(zhǎng)。M_{2}分潮是半日分潮中最重要的分潮之一，其振幅較大，對(duì)潮汐的影響顯著；O_{1}分潮是全日分潮的代表，反映了潮汐在一天內(nèi)的變化特征。引潮力和引潮勢(shì)在潮汐形成中起著關(guān)鍵的作用機(jī)制。引潮力直接作用于地球表面的海水，使海水受到一個(gè)不平衡的外力作用，從而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。在引潮力的作用下，海水在地球表面形成了兩個(gè)潮汐隆起，分別位于正垂點(diǎn)和反垂點(diǎn)周圍，這兩個(gè)隆起隨著地球的自轉(zhuǎn)和天體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不斷移動(dòng)，導(dǎo)致地球上不同地區(qū)出現(xiàn)周期性的潮汐漲落。引潮勢(shì)則從能量的角度描述了引潮力對(duì)海水做功的情況，它的分布和變化決定了潮汐的能量分布和傳播特性。通過對(duì)引潮勢(shì)的展開分析，可以了解潮汐的組成成分和變化規(guī)律，為潮汐的預(yù)測(cè)和研究提供重要的理論依據(jù)。在淺海區(qū)域，海底地形的起伏會(huì)改變引潮力和引潮勢(shì)的分布，使得潮汐的傳播和變化更加復(fù)雜。海底的摩擦和地形的阻擋會(huì)導(dǎo)致潮汐能量的損耗和潮汐形態(tài)的改變，從而影響潮汐的漲落幅度和時(shí)間。2.3潮汐調(diào)和分析潮汐調(diào)和分析作為潮汐研究中的一種經(jīng)典且重要的方法，在揭示潮汐的復(fù)雜特性和規(guī)律方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其基本原理是基于傅里葉級(jí)數(shù)展開，將實(shí)際觀測(cè)到的復(fù)雜潮汐信號(hào)分解為一系列簡(jiǎn)單的分潮信號(hào)的疊加。每個(gè)分潮都對(duì)應(yīng)著一個(gè)特定的頻率、振幅和相位，通過對(duì)這些分潮的分析，可以深入了解潮汐的組成成分和變化規(guī)律。從數(shù)學(xué)原理上講，假設(shè)某一地點(diǎn)的潮位時(shí)間序列為h(t)，根據(jù)潮汐調(diào)和分析理論，它可以表示為多個(gè)分潮的線性組合，即：h(t)=A_0+\sum_{i=1}^{n}A_i\cos(\sigma_it+\varphi_i)其中，A_0表示平均海平面高度，A_i為第i個(gè)分潮的振幅，它反映了該分潮對(duì)潮位變化的貢獻(xiàn)大小；\sigma_i是第i個(gè)分潮的圓頻率，由天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定，不同的分潮具有不同的圓頻率，從而對(duì)應(yīng)著不同的周期；\varphi_i為第i個(gè)分潮的初相位，它決定了分潮在時(shí)間上的起始位置。n表示參與疊加的分潮個(gè)數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中，通常會(huì)根據(jù)研究的精度要求和數(shù)據(jù)的特點(diǎn)選擇合適數(shù)量的分潮進(jìn)行分析。在實(shí)際的潮汐調(diào)和分析過程中，需要借助一定的觀測(cè)數(shù)據(jù)來確定各個(gè)分潮的調(diào)和常數(shù)，即振幅A_i和初相位\varphi_i。常用的觀測(cè)數(shù)據(jù)來源包括驗(yàn)潮站的潮位觀測(cè)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)等。以驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)為例，通過在驗(yàn)潮站安裝高精度的潮位計(jì)，對(duì)潮位進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)，獲取一系列潮位隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)點(diǎn)。假設(shè)在時(shí)間t_j（j=1,2,\cdots,m）觀測(cè)到的潮位為h_j，將這些觀測(cè)數(shù)據(jù)代入上述調(diào)和分析公式中，得到一個(gè)包含多個(gè)未知數(shù)（即各個(gè)分潮的調(diào)和常數(shù)）的方程組。為了求解這個(gè)方程組，通常采用最小二乘法等數(shù)學(xué)方法。最小二乘法的基本思想是通過調(diào)整未知數(shù)的值，使得觀測(cè)值與計(jì)算值之間的誤差平方和最小。具體來說，定義誤差函數(shù)E為：E=\sum_{j=1}^{m}(h_j-A_0-\sum_{i=1}^{n}A_i\cos(\sigma_it_j+\varphi_i))^2通過對(duì)誤差函數(shù)E關(guān)于A_0、A_i和\varphi_i求偏導(dǎo)數(shù)，并令偏導(dǎo)數(shù)等于零，得到一組線性方程組。解這個(gè)線性方程組，就可以得到各個(gè)分潮的調(diào)和常數(shù)的估計(jì)值。在實(shí)際計(jì)算過程中，由于觀測(cè)數(shù)據(jù)中可能存在噪聲和誤差，以及潮汐現(xiàn)象本身的復(fù)雜性，求解過程可能會(huì)比較復(fù)雜，需要采用一些數(shù)值計(jì)算方法和軟件工具來實(shí)現(xiàn)。潮汐調(diào)和分析可以獲取豐富的潮汐分潮信息，主要的分潮類型包括半日分潮、全日分潮和長(zhǎng)周期分潮。半日分潮的周期約為12小時(shí)25分鐘，其圓頻率約為28.9841^{\circ}/h，主要的半日分潮有M_2、S_2等。M_2分潮是半日分潮中最重要的分潮之一，它是由月球引潮力引起的，其振幅通常較大，對(duì)潮汐的變化起著主導(dǎo)作用。S_2分潮則是由太陽引潮力引起的，其振幅相對(duì)M_2分潮較小。全日分潮的周期約為24小時(shí)50分鐘，圓頻率約為15.0411^{\circ}/h，主要的全日分潮有O_1、K_1等。O_1分潮是由月球引潮力引起的全日分潮，K_1分潮則是由月球和太陽引潮力共同作用產(chǎn)生的，它包含了月球和太陽的周日運(yùn)動(dòng)效應(yīng)。長(zhǎng)周期分潮的周期較長(zhǎng)，大于一個(gè)太陰日，如M_f分潮的周期約為13.66天，M_m分潮的周期約為27.55天等。這些長(zhǎng)周期分潮主要是由于月球和太陽的軌道運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)周期變化引起的，它們對(duì)潮汐的長(zhǎng)期變化和季節(jié)性變化有著重要的影響。不同分潮在潮汐變化中具有各自獨(dú)特的作用和意義。半日分潮和全日分潮是潮汐變化的主要組成部分，它們決定了潮汐的基本周期和漲落幅度。在大多數(shù)沿海地區(qū)，半日分潮和全日分潮的疊加形成了每日兩次高潮和兩次低潮的潮汐現(xiàn)象。長(zhǎng)周期分潮雖然振幅相對(duì)較小，但它們對(duì)潮汐的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)有著重要的影響。在一些河口和海灣地區(qū)，長(zhǎng)周期分潮的作用可能會(huì)更加明顯，它們會(huì)導(dǎo)致潮汐的季節(jié)性變化和年際變化。在某些河口地區(qū)，由于長(zhǎng)周期分潮的影響，夏季和冬季的潮汐漲落幅度可能會(huì)有較大差異，這對(duì)河口地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和人類活動(dòng)有著重要的影響。2.4潮汐模型構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建區(qū)域潮汐模型所依據(jù)的數(shù)學(xué)模型是描述潮汐運(yùn)動(dòng)的核心工具，其準(zhǔn)確性和適用性直接影響著潮汐模型的精度和可靠性。淺水潮波方程是常用的描述潮汐運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型之一，它基于流體力學(xué)的基本原理，考慮了海水的連續(xù)性、動(dòng)量守恒以及地球自轉(zhuǎn)等因素，能夠較為準(zhǔn)確地描述潮汐在淺海區(qū)域的傳播和變化規(guī)律。2.4.1淺水潮波方程的推導(dǎo)與形式淺水潮波方程的推導(dǎo)基于流體力學(xué)的基本方程，即連續(xù)性方程和動(dòng)量方程。在推導(dǎo)過程中，對(duì)一些次要因素進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，以突出潮汐運(yùn)動(dòng)的主要特征。假設(shè)海水是不可壓縮的、黏性可忽略的流體，且潮汐運(yùn)動(dòng)在水平方向上的尺度遠(yuǎn)大于垂直方向上的尺度。在直角坐標(biāo)系下，連續(xù)性方程表示為：\frac{\partial\zeta}{\partialt}+\frac{\partial(hu)}{\partialx}+\frac{\partial(hv)}{\partialy}=0其中，\zeta為海面相對(duì)于平均海平面的高度（即潮位），t為時(shí)間，h為海水深度（包括靜水深H和潮位\zeta，即h=H+\zeta），u和v分別為水平方向x和y上的流速分量。動(dòng)量方程在x方向和y方向上分別表示為：\frac{\partialu}{\partialt}+u\frac{\partialu}{\partialx}+v\frac{\partialu}{\partialy}-fv=-g\frac{\partial\zeta}{\partialx}-\frac{1}{\rho}\frac{\partialp_a}{\partialx}+\frac{\tau_{sx}}{\rhoh}-\frac{\tau_{bx}}{\rhoh}\frac{\partialv}{\partialt}+u\frac{\partialv}{\partialx}+v\frac{\partialv}{\partialy}+fu=-g\frac{\partial\zeta}{\partialy}-\frac{1}{\rho}\frac{\partialp_a}{\partialy}+\frac{\tau_{sy}}{\rhoh}-\frac{\tau_{by}}{\rhoh}其中，g為重力加速度，f=2\Omega\sin\varphi為科氏參數(shù)，\Omega為地球自轉(zhuǎn)角速度，\varphi為地理緯度，p_a為大氣壓力，\rho為海水密度，\tau_{sx}和\tau_{sy}分別為海面風(fēng)應(yīng)力在x和y方向上的分量，\tau_{bx}和\tau_{by}分別為海底摩擦應(yīng)力在x和y方向上的分量。在實(shí)際應(yīng)用中，為了便于數(shù)值計(jì)算，通常會(huì)對(duì)上述方程進(jìn)行一些簡(jiǎn)化和無量綱化處理。假設(shè)潮位和流速的變化是小振幅的，即\vert\zeta\vert\llH，\vertu\vert\llc，\vertv\vert\llc（c=\sqrt{gH}為淺水波的波速），可以忽略方程中的非線性項(xiàng)（如u\frac{\partialu}{\partialx}、v\frac{\partialu}{\partialy}等），得到線性化的淺水潮波方程。引入無量綱變量，將方程中的物理量進(jìn)行歸一化處理，以減少方程中的參數(shù)數(shù)量，提高計(jì)算效率。經(jīng)過簡(jiǎn)化和無量綱化處理后的淺水潮波方程形式為：\frac{\partial\hat{\zeta}}{\partial\hat{t}}+\frac{\partial(\hat{h}\hat{u})}{\partial\hat{x}}+\frac{\partial(\hat{h}\hat{v})}{\partial\hat{y}}=0\frac{\partial\hat{u}}{\partial\hat{t}}-f\hat{v}=-\frac{\partial\hat{\zeta}}{\partial\hat{x}}-\frac{1}{\rho}\frac{\partial\hat{p}_a}{\partial\hat{x}}+\frac{\hat{\tau}_{sx}}{\rho\hat{h}}-\frac{\hat{\tau}_{bx}}{\rho\hat{h}}\frac{\partial\hat{v}}{\partial\hat{t}}+f\hat{u}=-\frac{\partial\hat{\zeta}}{\partial\hat{y}}-\frac{1}{\rho}\frac{\partial\hat{p}_a}{\partial\hat{y}}+\frac{\hat{\tau}_{sy}}{\rho\hat{h}}-\frac{\hat{\tau}_{by}}{\rho\hat{h}}其中，帶“\hat{}”的變量為無量綱變量。2.4.2模型的特點(diǎn)與適用范圍淺水潮波方程具有以下特點(diǎn)：它考慮了地球自轉(zhuǎn)的影響，通過科氏參數(shù)f體現(xiàn)，使得模型能夠反映潮汐在地球自轉(zhuǎn)作用下的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，這對(duì)于中高緯度地區(qū)的潮汐模擬尤為重要。方程考慮了海面風(fēng)應(yīng)力和海底摩擦應(yīng)力的作用，能夠較為真實(shí)地描述潮汐與海洋表面和海底之間的相互作用。海面風(fēng)應(yīng)力可以改變海水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，影響潮汐的傳播和能量分布；海底摩擦應(yīng)力則會(huì)消耗潮汐的能量，導(dǎo)致潮汐的衰減和變形。淺水潮波方程具有一定的通用性，通過調(diào)整方程中的參數(shù)和邊界條件，可以適用于不同海域和不同尺度的潮汐模擬。該模型的適用范圍主要包括淺海區(qū)域。在淺海，海水深度相對(duì)較淺，潮汐運(yùn)動(dòng)受到海底地形的影響較為顯著，淺水潮波方程能夠較好地描述這種地形效應(yīng)。在河口地區(qū)，由于地形復(fù)雜，潮汐傳播過程中會(huì)發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象，淺水潮波方程通過考慮海底摩擦和地形變化等因素，可以對(duì)河口地區(qū)的潮汐進(jìn)行有效的模擬。對(duì)于一些半封閉的海灣，如渤海灣、膠州灣等，淺水潮波方程也能夠較好地適用，因?yàn)檫@些海灣的潮汐運(yùn)動(dòng)主要受到局部地形和邊界條件的控制。然而，淺水潮波方程也存在一定的局限性。在深海區(qū)域，由于海水深度較大，潮汐運(yùn)動(dòng)的特征與淺海有所不同，淺水潮波方程中的一些假設(shè)不再成立，其模擬精度會(huì)受到影響。在深海，潮汐的傳播速度較快，波動(dòng)的振幅相對(duì)較小，非線性效應(yīng)相對(duì)較弱，而淺水潮波方程在處理這些特征時(shí)可能會(huì)存在一定的誤差。對(duì)于一些復(fù)雜的海洋現(xiàn)象，如潮汐與海洋內(nèi)波的相互作用、潮汐在復(fù)雜地形下的繞射等，淺水潮波方程的描述能力有限，需要結(jié)合其他更復(fù)雜的模型或理論進(jìn)行研究。三、區(qū)域潮汐模型構(gòu)建的方法與技術(shù)3.1數(shù)據(jù)來源與處理構(gòu)建區(qū)域潮汐模型的數(shù)據(jù)來源豐富多樣，不同來源的數(shù)據(jù)各具特點(diǎn)，為模型的構(gòu)建提供了多維度的信息支持。衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)和驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)是其中最為關(guān)鍵的數(shù)據(jù)來源，它們?cè)诔毕Ｐ蜆?gòu)建中發(fā)揮著不可替代的作用。衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)是通過衛(wèi)星搭載的高度計(jì)獲取的，具有覆蓋范圍廣、觀測(cè)周期短等顯著優(yōu)勢(shì)。目前，常用的衛(wèi)星高度計(jì)任務(wù)包括TOPEX/Poseidon、Jason系列等。TOPEX/Poseidon衛(wèi)星于1992年發(fā)射，其測(cè)高精度可達(dá)3厘米，為全球海洋潮汐研究提供了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。Jason系列衛(wèi)星則是在TOPEX/Poseidon衛(wèi)星的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，Jason-1衛(wèi)星于2001年發(fā)射，Jason-2衛(wèi)星于2008年發(fā)射，Jason-3衛(wèi)星于2016年發(fā)射，這些衛(wèi)星的測(cè)高精度和數(shù)據(jù)質(zhì)量不斷提高，為潮汐模型的構(gòu)建提供了更加精確的數(shù)據(jù)。這些衛(wèi)星高度計(jì)通過向海面發(fā)射微波脈沖，并測(cè)量脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間延遲，從而計(jì)算出衛(wèi)星到海面的距離，進(jìn)而獲取海面高度信息。衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)能夠提供全球海洋的海面高度變化情況，對(duì)于研究海洋潮汐的大尺度分布和變化規(guī)律具有重要意義。通過對(duì)衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)的分析，可以獲取潮汐的振幅、相位等信息，為潮汐模型的構(gòu)建提供關(guān)鍵參數(shù)。驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)是通過在沿海地區(qū)設(shè)立的驗(yàn)潮站直接觀測(cè)潮位變化得到的，具有高精度、長(zhǎng)時(shí)間序列等優(yōu)點(diǎn)。驗(yàn)潮站通常安裝有高精度的潮位計(jì)，能夠?qū)崟r(shí)記錄潮位的變化情況。驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)可以反映當(dāng)?shù)爻毕膶?shí)際變化，對(duì)于校準(zhǔn)和驗(yàn)證潮汐模型具有重要作用。在我國(guó)，沿海地區(qū)分布著眾多的驗(yàn)潮站，如大連、青島、上海、廣州等驗(yàn)潮站，這些驗(yàn)潮站長(zhǎng)期積累了豐富的潮位觀測(cè)數(shù)據(jù)。通過對(duì)這些驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)的分析，可以獲取潮汐的調(diào)和常數(shù)，包括振幅和相位等信息，這些調(diào)和常數(shù)是構(gòu)建潮汐模型的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)還可以用于驗(yàn)證衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以及評(píng)估潮汐模型的精度。在獲取衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)和驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)后，需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的處理，以確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)校正、數(shù)據(jù)過濾和數(shù)據(jù)插值等步驟。由于衛(wèi)星軌道和儀器擺放角度的誤差，衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)可能會(huì)存在高程偏差，需要進(jìn)行系統(tǒng)校正，以消除這些誤差的影響。利用精確的衛(wèi)星軌道模型和儀器校準(zhǔn)參數(shù)，對(duì)衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)過濾則是去除數(shù)據(jù)中的噪聲和異常值，使數(shù)據(jù)更加干凈和可靠。通過設(shè)定合理的閾值，去除明顯偏離正常范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。由于衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)通常是不均勻分布的，為了得到連續(xù)的高程區(qū)域，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理。常用的插值方法有反距離權(quán)重法、克里金插值法等。反距離權(quán)重法根據(jù)采樣點(diǎn)與待插值點(diǎn)之間的距離來分配權(quán)重，距離越近，權(quán)重越大；克里金插值法則是一種基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的插值方法，它考慮了數(shù)據(jù)的空間相關(guān)性，能夠提供更加精確的插值結(jié)果。驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)篩選、潮汐調(diào)和分析等步驟。驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)中可能存在一些異常值或錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行篩選和剔除。通過檢查數(shù)據(jù)的時(shí)間序列、變化趨勢(shì)等，去除明顯不合理的數(shù)據(jù)點(diǎn)。潮汐調(diào)和分析是驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵步驟，通過對(duì)潮位時(shí)間序列進(jìn)行調(diào)和分析，可以提取潮汐分潮的調(diào)和常數(shù)。利用最小二乘法等數(shù)學(xué)方法，對(duì)驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，求解出各個(gè)分潮的振幅和相位，為潮汐模型的構(gòu)建提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。3.2調(diào)和常數(shù)的確定調(diào)和常數(shù)是描述潮汐運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵參數(shù)，其準(zhǔn)確確定對(duì)于構(gòu)建高精度的區(qū)域潮汐模型至關(guān)重要。利用觀測(cè)數(shù)據(jù)確定潮汐調(diào)和常數(shù)的方法主要有最小二乘法、達(dá)爾文法、杜德森法等，不同方法在精度和可靠性方面各有特點(diǎn)。最小二乘法是一種常用的確定調(diào)和常數(shù)的方法，其基本原理是通過最小化觀測(cè)值與模型計(jì)算值之間的誤差平方和，來求解調(diào)和常數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，將潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)代入包含多個(gè)分潮的調(diào)和分析公式中，得到一個(gè)包含多個(gè)未知數(shù)（即各個(gè)分潮的調(diào)和常數(shù)）的方程組。通過對(duì)誤差函數(shù)關(guān)于這些未知數(shù)求偏導(dǎo)數(shù)，并令偏導(dǎo)數(shù)等于零，得到一組線性方程組，解這個(gè)方程組即可得到調(diào)和常數(shù)的估計(jì)值。最小二乘法具有計(jì)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)量較大且噪聲較小的情況下，能夠得到較為準(zhǔn)確的調(diào)和常數(shù)估計(jì)。在一些潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定的驗(yàn)潮站，使用最小二乘法能夠較好地提取潮汐分潮的調(diào)和常數(shù)，為潮汐模型的構(gòu)建提供可靠的數(shù)據(jù)支持。達(dá)爾文法是一種基于潮汐靜力理論的調(diào)和分析方法，它通過對(duì)引潮力位進(jìn)行展開，將潮汐分解為多個(gè)分潮的疊加。達(dá)爾文法考慮了月球和太陽的引潮力以及地球的自轉(zhuǎn)等因素，能夠較為準(zhǔn)確地描述潮汐的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在確定調(diào)和常數(shù)時(shí)，達(dá)爾文法利用潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過一系列的數(shù)學(xué)運(yùn)算和分析，求解出各個(gè)分潮的振幅和相位。該方法在理論上較為完善，對(duì)于理解潮汐的形成機(jī)制和分潮的特性具有重要意義。然而，達(dá)爾文法的計(jì)算過程相對(duì)復(fù)雜，需要對(duì)引潮力位的展開式進(jìn)行深入的理解和分析，在實(shí)際應(yīng)用中可能受到一定的限制。杜德森法是在達(dá)爾文法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種調(diào)和分析方法，它進(jìn)一步考慮了潮汐的非線性效應(yīng)和高階項(xiàng)的影響。杜德森法通過引入一些修正項(xiàng)和經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)潮汐的調(diào)和分析進(jìn)行了改進(jìn)，能夠更準(zhǔn)確地描述潮汐的復(fù)雜變化。在確定調(diào)和常數(shù)時(shí)，杜德森法利用更精確的引潮力位展開式和潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和迭代過程，求解出調(diào)和常數(shù)。該方法在處理復(fù)雜潮汐現(xiàn)象時(shí)具有一定的優(yōu)勢(shì)，能夠提高調(diào)和常數(shù)的精度。由于杜德森法的計(jì)算過程非常復(fù)雜，需要大量的計(jì)算資源和時(shí)間，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。不同方法確定調(diào)和常數(shù)的精度和可靠性受到多種因素的影響，如觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量、觀測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短、潮汐現(xiàn)象的復(fù)雜性等。觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量是影響調(diào)和常數(shù)精度的關(guān)鍵因素之一。如果觀測(cè)數(shù)據(jù)存在噪聲、異常值或缺失值等問題，將會(huì)導(dǎo)致調(diào)和常數(shù)的估計(jì)出現(xiàn)偏差。在衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)處理中，如果數(shù)據(jù)校正不徹底，可能會(huì)引入系統(tǒng)誤差，影響調(diào)和常數(shù)的準(zhǔn)確性。觀測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短也對(duì)調(diào)和常數(shù)的精度有重要影響。一般來說，觀測(cè)時(shí)間越長(zhǎng)，能夠獲取的潮汐信息就越豐富，調(diào)和常數(shù)的估計(jì)也就越準(zhǔn)確。如果觀測(cè)時(shí)間過短，可能無法完整地捕捉到潮汐的周期性變化，從而導(dǎo)致調(diào)和常數(shù)的誤差增大。潮汐現(xiàn)象的復(fù)雜性也是影響調(diào)和常數(shù)精度的重要因素。在一些復(fù)雜海域，如淺海、河口等地區(qū)，潮汐受到海底地形、海洋環(huán)流等多種因素的影響，呈現(xiàn)出復(fù)雜的非線性特征，這會(huì)增加調(diào)和常數(shù)確定的難度，降低精度。為了提高調(diào)和常數(shù)確定的精度和可靠性，可以采取多種措施。對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制和預(yù)處理，去除噪聲、異常值等干擾因素，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)處理中，通過數(shù)據(jù)篩選和濾波等方法，去除明顯不合理的數(shù)據(jù)點(diǎn)，提高數(shù)據(jù)的可靠性。結(jié)合多種觀測(cè)數(shù)據(jù)，如衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)和驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)，利用不同數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，相互補(bǔ)充和驗(yàn)證，提高調(diào)和常數(shù)的精度。利用衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)獲取大范圍的潮汐信息，結(jié)合驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)的高精度特點(diǎn)，能夠更準(zhǔn)確地確定調(diào)和常數(shù)。不斷改進(jìn)和完善調(diào)和分析方法，考慮更多的潮汐影響因素，提高方法的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。在一些研究中，通過引入機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)潮汐數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析，能夠更準(zhǔn)確地提取調(diào)和常數(shù)。3.3網(wǎng)格劃分與模型參數(shù)設(shè)置在區(qū)域潮汐模型構(gòu)建中，網(wǎng)格劃分是將連續(xù)的計(jì)算區(qū)域離散為有限個(gè)小的、相互關(guān)聯(lián)的子區(qū)域（即網(wǎng)格）的過程，其目的是為了將復(fù)雜的潮汐運(yùn)動(dòng)問題轉(zhuǎn)化為在這些離散網(wǎng)格上的數(shù)值計(jì)算問題。合理的網(wǎng)格劃分對(duì)于準(zhǔn)確模擬潮汐現(xiàn)象至關(guān)重要，它直接影響著模型的計(jì)算精度、計(jì)算效率以及對(duì)復(fù)雜地形和邊界條件的處理能力。在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，需要遵循一定的原則。應(yīng)根據(jù)研究區(qū)域的地形特征和潮汐特性進(jìn)行網(wǎng)格的疏密布置。在地形復(fù)雜的區(qū)域，如淺海、河口、島嶼周圍等，潮汐變化較為劇烈，為了能夠準(zhǔn)確捕捉潮汐的變化細(xì)節(jié)，需要采用較密的網(wǎng)格進(jìn)行劃分。在河口地區(qū)，由于地形的急劇變化和潮汐的非線性效應(yīng)，潮汐的流速和流向變化復(fù)雜，使用較密的網(wǎng)格可以更好地模擬潮汐在河口的傳播和變形過程。而在深海等地形相對(duì)平坦、潮汐變化相對(duì)平穩(wěn)的區(qū)域，可以采用較稀疏的網(wǎng)格，以減少計(jì)算量，提高計(jì)算效率。網(wǎng)格的形狀和質(zhì)量也是需要考慮的重要因素。常見的網(wǎng)格形狀有三角形、四邊形等。三角形網(wǎng)格具有靈活性高、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠較好地?cái)M合復(fù)雜的邊界形狀和地形變化，在處理不規(guī)則區(qū)域時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。四邊形網(wǎng)格則具有計(jì)算精度高、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，在一些規(guī)則區(qū)域或?qū)τ?jì)算精度要求較高的情況下較為適用。無論采用哪種網(wǎng)格形狀，都應(yīng)保證網(wǎng)格的質(zhì)量良好，避免出現(xiàn)過度扭曲、狹長(zhǎng)等不良形狀的網(wǎng)格，以確保數(shù)值計(jì)算的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。過度扭曲的網(wǎng)格可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)值計(jì)算過程中的誤差增大，甚至引發(fā)計(jì)算不穩(wěn)定的問題。常用的網(wǎng)格劃分方法有結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分是指在計(jì)算區(qū)域內(nèi)生成具有規(guī)則拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)格，其網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)在空間上呈規(guī)則排列。在矩形或正方形的計(jì)算區(qū)域中，可以很容易地生成規(guī)則的四邊形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格單元的大小和形狀相同，節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系簡(jiǎn)單明確。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算效率高，易于實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。由于其規(guī)則的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問方式較為統(tǒng)一，便于優(yōu)化計(jì)算過程。然而，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分在處理復(fù)雜地形和邊界條件時(shí)存在一定的局限性，對(duì)于不規(guī)則的區(qū)域，可能需要進(jìn)行大量的網(wǎng)格變形或局部加密，增加了網(wǎng)格生成的難度和復(fù)雜性。非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分則是生成節(jié)點(diǎn)和單元排列不規(guī)則的網(wǎng)格，其網(wǎng)格單元的大小、形狀和連接關(guān)系可以根據(jù)計(jì)算區(qū)域的幾何形狀和物理特性進(jìn)行靈活調(diào)整。在處理具有復(fù)雜海岸線和地形的區(qū)域時(shí)，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格可以更好地適應(yīng)邊界的不規(guī)則性，通過在邊界附近加密網(wǎng)格，能夠更準(zhǔn)確地模擬潮汐在邊界處的變化。非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)復(fù)雜幾何形狀和邊界條件的適應(yīng)性強(qiáng)，能夠更準(zhǔn)確地描述潮汐現(xiàn)象。其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，計(jì)算量較大，對(duì)計(jì)算資源的要求較高。由于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)和單元排列不規(guī)則，在進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問方式較為復(fù)雜，需要更多的計(jì)算資源來處理。在實(shí)際應(yīng)用中，還可以根據(jù)具體情況采用混合網(wǎng)格劃分方法，即結(jié)合結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的優(yōu)點(diǎn)，在不同區(qū)域采用不同類型的網(wǎng)格。在計(jì)算區(qū)域的主體部分采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，以提高計(jì)算效率；在邊界和地形復(fù)雜區(qū)域采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，以準(zhǔn)確模擬潮汐的變化。在模擬一個(gè)包含復(fù)雜海岸線的海灣區(qū)域潮汐時(shí)，可以在海灣內(nèi)部相對(duì)規(guī)則的區(qū)域使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，而在海岸線附近采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，這樣既能保證計(jì)算效率，又能提高對(duì)潮汐現(xiàn)象的模擬精度。模型參數(shù)設(shè)置是區(qū)域潮汐模型構(gòu)建中的另一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響著模型的性能和模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。模型參數(shù)主要包括與潮汐動(dòng)力學(xué)相關(guān)的參數(shù)、邊界條件參數(shù)以及數(shù)值計(jì)算參數(shù)等。與潮汐動(dòng)力學(xué)相關(guān)的參數(shù)，如重力加速度、海水密度、科氏參數(shù)等，通常具有明確的物理意義，其取值可以根據(jù)實(shí)際的物理環(huán)境和研究需求進(jìn)行確定。重力加速度在地球上不同地區(qū)的取值略有差異，但在一般的潮汐模型中，可以采用標(biāo)準(zhǔn)的重力加速度值9.80665m/s2。海水密度與海水的溫度、鹽度和壓力等因素有關(guān)，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)研究區(qū)域的海水特性，采用適當(dāng)?shù)暮Ｋ疇顟B(tài)方程來計(jì)算海水密度。在海洋表層，海水溫度和鹽度的變化對(duì)海水密度的影響較為顯著，而在深海區(qū)域，壓力對(duì)海水密度的影響則更為突出?？剖蠀?shù)與地球的自轉(zhuǎn)角速度和地理緯度有關(guān)，其表達(dá)式為f=2\Omega\sin\varphi，其中\(zhòng)Omega為地球自轉(zhuǎn)角速度，\varphi為地理緯度，在模型中應(yīng)根據(jù)研究區(qū)域的緯度范圍準(zhǔn)確計(jì)算科氏參數(shù)。邊界條件參數(shù)的設(shè)置對(duì)于模型的準(zhǔn)確性也至關(guān)重要。潮汐模型的邊界條件主要包括開邊界條件和閉邊界條件。開邊界條件用于描述計(jì)算區(qū)域與外部海洋的相互作用，通?？梢圆捎盟贿吔鐥l件或流速邊界條件。水位邊界條件可以根據(jù)潮汐調(diào)和常數(shù)或潮汐模型提供的潮汐預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)來確定，將外部海洋的潮汐水位作為開邊界的水位值。流速邊界條件則需要考慮潮汐流的速度和方向，通?？梢酝ㄟ^對(duì)潮汐流的觀測(cè)數(shù)據(jù)或理論分析來確定。閉邊界條件用于描述計(jì)算區(qū)域內(nèi)的陸地邊界，通常假設(shè)陸地邊界處的流速為零，即滿足無滑動(dòng)條件。數(shù)值計(jì)算參數(shù)的設(shè)置直接影響著模型的計(jì)算效率和穩(wěn)定性。時(shí)間步長(zhǎng)是數(shù)值計(jì)算中的一個(gè)重要參數(shù)，它決定了模型在時(shí)間上的離散程度。時(shí)間步長(zhǎng)的選擇需要綜合考慮潮汐的變化周期、計(jì)算區(qū)域的大小以及數(shù)值計(jì)算方法的穩(wěn)定性等因素。如果時(shí)間步長(zhǎng)過大，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)值計(jì)算的不穩(wěn)定，無法準(zhǔn)確模擬潮汐的變化；如果時(shí)間步長(zhǎng)過小，雖然可以提高計(jì)算精度，但會(huì)增加計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過試算和經(jīng)驗(yàn)公式來確定合適的時(shí)間步長(zhǎng)。空間離散格式也是數(shù)值計(jì)算參數(shù)的重要組成部分，不同的空間離散格式對(duì)模型的精度和穩(wěn)定性有不同的影響。常見的空間離散格式有中心差分格式、迎風(fēng)差分格式等。中心差分格式具有較高的精度，但在處理對(duì)流項(xiàng)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)值振蕩；迎風(fēng)差分格式則可以有效地抑制數(shù)值振蕩，但精度相對(duì)較低。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的空間離散格式，或者采用混合離散格式來平衡計(jì)算精度和穩(wěn)定性。在模型運(yùn)行過程中，還需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。通過與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，評(píng)估模型的模擬效果，找出模型參數(shù)設(shè)置中存在的問題，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。如果發(fā)現(xiàn)模型模擬的潮汐水位與實(shí)際觀測(cè)值存在較大偏差，可以檢查與潮汐動(dòng)力學(xué)相關(guān)的參數(shù)是否準(zhǔn)確，邊界條件的設(shè)置是否合理，以及數(shù)值計(jì)算參數(shù)是否合適，然后對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，重新運(yùn)行模型，直到模型的模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)相符。在調(diào)整模型參數(shù)時(shí)，需要注意參數(shù)之間的相互關(guān)系和影響，避免因調(diào)整一個(gè)參數(shù)而導(dǎo)致其他問題的出現(xiàn)。調(diào)整海水密度參數(shù)可能會(huì)影響到潮汐的傳播速度和能量分布，進(jìn)而影響到模型的模擬結(jié)果。3.4模型的驗(yàn)證與精度評(píng)估模型驗(yàn)證與精度評(píng)估是區(qū)域潮汐模型構(gòu)建過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它對(duì)于評(píng)估模型的可靠性和準(zhǔn)確性，以及判斷模型是否能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需求具有重要意義。通過將模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以有效檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)潮汐現(xiàn)象的模擬能力，識(shí)別模型存在的不足之處，為模型的進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化提供依據(jù)。評(píng)估潮汐模型精度的指標(biāo)和方法豐富多樣，每種指標(biāo)和方法都有其獨(dú)特的側(cè)重點(diǎn)和適用范圍。均方根誤差（RMSE）是一種常用的精度評(píng)估指標(biāo)，它能夠衡量模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀測(cè)值之間的平均偏差程度，其計(jì)算公式為：RMSE=\sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(y_{i}-\hat{y}_{i})^2}其中，n為樣本數(shù)量，y_{i}為第i個(gè)實(shí)際觀測(cè)值，\hat{y}_{i}為第i個(gè)模型預(yù)測(cè)值。RMSE的值越小，表明模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀測(cè)值之間的偏差越小，模型的精度越高。在某一區(qū)域潮汐模型的精度評(píng)估中，通過計(jì)算得到模型預(yù)測(cè)潮位與驗(yàn)潮站實(shí)際觀測(cè)潮位的RMSE為15厘米，說明該模型在該區(qū)域的潮位預(yù)測(cè)中存在一定的誤差，但整體精度仍在可接受范圍內(nèi)。平均絕對(duì)誤差（MAE）也是一種常用的評(píng)估指標(biāo)，它反映了模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀測(cè)值之間絕對(duì)誤差的平均值，計(jì)算公式為：MAE=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}\verty_{i}-\hat{y}_{i}\vertMAE的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單，能夠直觀地反映模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀測(cè)值之間的平均誤差大小。與RMSE相比，MAE對(duì)異常值的敏感度較低，因?yàn)樗豢紤]誤差的平方，所以在數(shù)據(jù)中存在異常值的情況下，MAE可能更能反映模型的實(shí)際預(yù)測(cè)能力。在評(píng)估某一潮汐模型時(shí)，如果數(shù)據(jù)中存在個(gè)別異常的觀測(cè)值，使用MAE進(jìn)行評(píng)估可以避免這些異常值對(duì)評(píng)估結(jié)果的過度影響，更準(zhǔn)確地反映模型的精度。相關(guān)系數(shù)（CorrelationCoefficient）則用于衡量模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀測(cè)值之間的線性相關(guān)程度，其取值范圍在-1到1之間。相關(guān)系數(shù)越接近1，表明模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀測(cè)值之間的線性相關(guān)性越強(qiáng)，模型的預(yù)測(cè)效果越好；相關(guān)系數(shù)越接近-1，則表示兩者之間呈負(fù)相關(guān)；當(dāng)相關(guān)系數(shù)為0時(shí)，說明兩者之間不存在線性相關(guān)關(guān)系。在評(píng)估潮汐模型時(shí)，若計(jì)算得到的相關(guān)系數(shù)為0.9，則說明模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀測(cè)值之間具有較強(qiáng)的線性相關(guān)性，模型能夠較好地捕捉潮汐變化的趨勢(shì)。除了上述常用指標(biāo)外，還有一些其他的評(píng)估指標(biāo)和方法，如均方誤差（MSE）、標(biāo)準(zhǔn)差（SD）、相對(duì)誤差（RE）等。MSE與RMSE類似，但它沒有對(duì)誤差的平方和進(jìn)行開方，其值越大，說明模型的誤差越大。標(biāo)準(zhǔn)差用于衡量數(shù)據(jù)的離散程度，在潮汐模型精度評(píng)估中，可以通過計(jì)算模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀測(cè)值之間誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，來評(píng)估模型預(yù)測(cè)的穩(wěn)定性。相對(duì)誤差則是將絕對(duì)誤差與實(shí)際觀測(cè)值進(jìn)行比較，反映了誤差在實(shí)際觀測(cè)值中所占的比例，對(duì)于評(píng)估不同量級(jí)數(shù)據(jù)的模型精度具有重要意義。在實(shí)際驗(yàn)證過程中，將構(gòu)建的區(qū)域潮汐模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析是至關(guān)重要的一步。收集研究區(qū)域內(nèi)多個(gè)驗(yàn)潮站的長(zhǎng)期潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應(yīng)具有較高的精度和可靠性，并且涵蓋了不同季節(jié)、不同天氣條件下的潮汐變化情況。利用衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)作為輔助驗(yàn)證數(shù)據(jù)，衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)能夠提供大范圍的海面高度信息，與驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)相互補(bǔ)充，有助于更全面地評(píng)估模型的精度。以某一具體的區(qū)域潮汐模型驗(yàn)證為例，將該模型預(yù)測(cè)的潮位與研究區(qū)域內(nèi)5個(gè)驗(yàn)潮站的實(shí)際觀測(cè)潮位進(jìn)行對(duì)比。通過計(jì)算RMSE、MAE和相關(guān)系數(shù)等指標(biāo)，得到以下結(jié)果：在驗(yàn)潮站A，RMSE為12厘米，MAE為10厘米，相關(guān)系數(shù)為0.92；在驗(yàn)潮站B，RMSE為15厘米，MAE為13厘米，相關(guān)系數(shù)為0.88；在驗(yàn)潮站C，RMSE為10厘米，MAE為8厘米，相關(guān)系數(shù)為0.95；在驗(yàn)潮站D，RMSE為18厘米，MAE為15厘米，相關(guān)系數(shù)為0.85；在驗(yàn)潮站E，RMSE為13厘米，MAE為11厘米，相關(guān)系數(shù)為0.90。從這些結(jié)果可以看出，該模型在不同驗(yàn)潮站的精度表現(xiàn)存在一定差異，但整體上相關(guān)系數(shù)較高，說明模型能夠較好地反映潮汐變化的趨勢(shì)，RMSE和MAE的值也在可接受范圍內(nèi)，表明模型具有一定的準(zhǔn)確性和可靠性。通過對(duì)比分析，也發(fā)現(xiàn)模型在某些情況下存在一定的誤差。在一些地形復(fù)雜的區(qū)域，如淺海、河口等，模型的預(yù)測(cè)精度相對(duì)較低，這可能是由于模型在處理復(fù)雜地形對(duì)潮汐傳播的影響時(shí)存在一定的局限性。在強(qiáng)風(fēng)、暴雨等極端天氣條件下，模型的預(yù)測(cè)誤差也會(huì)增大，這是因?yàn)槟Ｐ驮诳紤]氣象因素對(duì)潮汐的影響時(shí)不夠全面。針對(duì)這些誤差來源，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善模型，如優(yōu)化模型的地形處理算法，加強(qiáng)對(duì)氣象因素的考慮，以提高模型的精度和可靠性。可以采用更精細(xì)的地形數(shù)據(jù)，改進(jìn)模型的網(wǎng)格劃分方式，使其能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜地形；引入氣象數(shù)據(jù)同化技術(shù)，將實(shí)時(shí)的氣象信息融入模型中，提高模型對(duì)極端天氣條件下潮汐變化的預(yù)測(cè)能力。四、深度基準(zhǔn)面確定的方法與影響因素4.1深度基準(zhǔn)面的定義與作用深度基準(zhǔn)面，作為海洋深度的起算面，在海洋測(cè)繪、航海以及海洋資源開發(fā)等眾多領(lǐng)域扮演著舉足輕重的角色。它是一個(gè)特定的水平面，所有的海洋深度測(cè)量數(shù)據(jù)均以此為基準(zhǔn)進(jìn)行歸算，從而確保不同時(shí)間、不同地點(diǎn)測(cè)量的水深數(shù)據(jù)具有可比性和一致性。從本質(zhì)上講，深度基準(zhǔn)面的確定是為了消除潮汐、海浪等海洋環(huán)境因素對(duì)水深測(cè)量的影響，為海洋活動(dòng)提供一個(gè)穩(wěn)定、可靠的深度參考標(biāo)準(zhǔn)。在海洋測(cè)繪中，深度基準(zhǔn)面是構(gòu)建海圖的關(guān)鍵要素。海圖作為海洋航行的重要工具，其標(biāo)注的水深信息對(duì)于船舶的安全航行至關(guān)重要。深度基準(zhǔn)面的合理確定能夠保證海圖上標(biāo)注的水深接近實(shí)際的最小水深，為船舶駕駛員提供準(zhǔn)確的海底地形信息，幫助他們規(guī)劃安全的航線，避免船舶擱淺等危險(xiǎn)事故的發(fā)生。在一些淺海區(qū)域，海底地形復(fù)雜，存在大量的礁石和淺灘，船舶在航行過程中必須依賴海圖上準(zhǔn)確的水深信息來避開這些障礙物。如果深度基準(zhǔn)面確定不準(zhǔn)確，海圖上標(biāo)注的水深可能與實(shí)際水深存在較大偏差，這將給船舶航行帶來極大的安全隱患。對(duì)于航?；顒?dòng)而言，深度基準(zhǔn)面的作用更是不可忽視。船舶在進(jìn)出港口、通過狹窄航道以及在近海海域航行時(shí)，需要實(shí)時(shí)了解船舶周圍的水深情況，以確保船舶的吃水深度與實(shí)際水深相匹配。深度基準(zhǔn)面為船舶提供了一個(gè)統(tǒng)一的深度參考，使得船舶駕駛員能夠根據(jù)海圖上的水深信息和船舶自身的吃水深度，合理規(guī)劃航行路線，選擇合適的航行時(shí)機(jī)。在潮汐變化較大的港口，船舶需要根據(jù)潮汐的漲落和深度基準(zhǔn)面的位置，選擇在高潮位時(shí)進(jìn)出港口，以避免船舶在淺水區(qū)擱淺。深度基準(zhǔn)面還與潮汐預(yù)報(bào)密切相關(guān)，通過將潮汐預(yù)報(bào)的潮高與海圖上的水深信息相結(jié)合，可以計(jì)算出不同時(shí)刻的實(shí)際水深，為船舶航行提供更加準(zhǔn)確的水深信息。在海洋資源開發(fā)領(lǐng)域，深度基準(zhǔn)面同樣發(fā)揮著重要作用。在海洋油氣勘探中，需要精確了解海底地形和水深情況，以確定鉆井平臺(tái)的位置和穩(wěn)定性。深度基準(zhǔn)面的準(zhǔn)確確定能夠?yàn)楹Ｑ笥蜌饪碧教峁┛煽康暮５椎匦螖?shù)據(jù)，幫助勘探人員選擇合適的勘探區(qū)域和鉆井位置，提高勘探效率和成功率。在海洋漁業(yè)資源開發(fā)中，深度基準(zhǔn)面的信息可以幫助漁民了解不同海域的水深和海底地形，選擇合適的捕撈區(qū)域和捕撈方式，提高捕撈效率，同時(shí)也有助于保護(hù)海洋漁業(yè)資源的可持續(xù)發(fā)展。在一些淺海海域，由于水深較淺，適合一些特定魚類的生長(zhǎng)和繁殖，漁民可以根據(jù)深度基準(zhǔn)面的信息，準(zhǔn)確找到這些海域，進(jìn)行合理的捕撈作業(yè)。4.2深度基準(zhǔn)面確定的常用方法確定深度基準(zhǔn)面的方法豐富多樣，每種方法都基于特定的原理和數(shù)據(jù)，旨在滿足不同的應(yīng)用需求和海域特點(diǎn)。平均低潮面、平均低低潮面、理論最低潮面等是較為常用的方法，它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中各有優(yōu)劣。平均低潮面（MeanLowWater，MLW）是通過對(duì)驗(yàn)潮站長(zhǎng)期觀測(cè)的低潮位數(shù)據(jù)進(jìn)行平均計(jì)算得到的。其計(jì)算原理相對(duì)簡(jiǎn)單，只需將一定時(shí)間段內(nèi)（通常為多年）所有低潮位的觀測(cè)值相加，再除以觀測(cè)的低潮次數(shù)，即可得到平均低潮面的高度。假設(shè)在某驗(yàn)潮站進(jìn)行了10年的潮位觀測(cè)，共記錄到低潮位數(shù)據(jù)3650個(gè)，將這些數(shù)據(jù)相加后除以3650，得到的平均值即為該驗(yàn)潮站的平均低潮面高度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)獲取相對(duì)容易，能夠在一定程度上反映該地區(qū)低潮位的平均水平。在一些潮汐變化相對(duì)穩(wěn)定、潮差較小的海域，平均低潮面可以作為一個(gè)較為合適的深度基準(zhǔn)面，為航海和海洋工程提供基本的深度參考。然而，平均低潮面也存在明顯的局限性。它沒有考慮到潮汐的極端情況，在某些特殊時(shí)期，如風(fēng)暴潮、天文大潮等情況下，實(shí)際低潮位可能會(huì)遠(yuǎn)低于平均低潮面，這就使得以平均低潮面為深度基準(zhǔn)面時(shí)，海圖上標(biāo)注的水深可能無法保證船舶在所有情況下的安全航行。在遭遇風(fēng)暴潮時(shí)，海水可能會(huì)異常退潮，導(dǎo)致實(shí)際水深遠(yuǎn)小于海圖上基于平均低潮面標(biāo)注的水深，船舶在航行過程中就可能面臨擱淺的危險(xiǎn)。平均低低潮面（MeanLowerLowWater，MLLW）是指在一定時(shí)期內(nèi)，所有低低潮位的平均值。低低潮位是指在一個(gè)太陰日內(nèi)兩次低潮中較低的那次低潮位。計(jì)算平均低低潮面時(shí)，首先需要從驗(yàn)潮站的觀測(cè)數(shù)據(jù)中識(shí)別出每個(gè)太陰日內(nèi)的低低潮位，然后將這些低低潮位數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，再除以低低潮位的觀測(cè)次數(shù)。在某驗(yàn)潮站一年的觀測(cè)數(shù)據(jù)中，共識(shí)別出低低潮位數(shù)據(jù)1825個(gè)，將這些數(shù)據(jù)累加后除以1825，得到的結(jié)果就是該驗(yàn)潮站的平均低低潮面高度。平均低低潮面相對(duì)平均低潮面更加保守，它考慮了一個(gè)太陰日內(nèi)較低的低潮位情況，更能反映出潮汐的較低水位狀態(tài)。在一些潮汐變化較為復(fù)雜、潮差較大的海域，使用平均低低潮面作為深度基準(zhǔn)面可以提高船舶航行的安全性。但平均低低潮面同樣存在不足之處。它仍然是基于歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)的平均值，對(duì)于未來可能出現(xiàn)的極端潮汐情況預(yù)測(cè)能力有限。在一些氣候變化影響較大的海域，潮汐的變化規(guī)律可能會(huì)發(fā)生改變，平均低低潮面可能無法及時(shí)適應(yīng)這種變化，導(dǎo)致其作為深度基準(zhǔn)面的可靠性降低。隨著全球氣候變暖，海平面上升以及風(fēng)暴潮等極端天氣事件的增加，潮汐的變化變得更加復(fù)雜，平均低低潮面可能無法準(zhǔn)確反映未來的最低潮位情況。理論最低潮面（TheoreticalLowestLowWater，TLLW）是目前應(yīng)用較為廣泛的一種深度基準(zhǔn)面確定方法，尤其在中國(guó)，自1957年起就統(tǒng)一采用理論最低潮面作為深度基準(zhǔn)面。其計(jì)算原理較為復(fù)雜，需要考慮多個(gè)主要分潮的作用，通過對(duì)這些分潮的疊加來計(jì)算可能出現(xiàn)的最低潮面。在計(jì)算理論最低潮面時(shí)，通常考慮M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1等8個(gè)主要分潮，同時(shí)還會(huì)附加考慮淺海分潮M4、MS4和M6及長(zhǎng)周期分潮Sa和Ssa的貢獻(xiàn)。將這些分潮的調(diào)和常數(shù)代入相應(yīng)的公式中，通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和分析，得到理論上可能出現(xiàn)的最低潮位，以此作為深度基準(zhǔn)面。理論最低潮面的優(yōu)點(diǎn)是考慮了潮汐的各種分潮因素，能夠較為準(zhǔn)確地反映出可能出現(xiàn)的最低潮位，為航海安全提供了較高的保障。在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，潮汐受到多種因素的影響，理論最低潮面通過綜合考慮這些因素，使得海圖上標(biāo)注的水深更接近實(shí)際的最小水深，大大降低了船舶擱淺的風(fēng)險(xiǎn)。由于其計(jì)算過程考慮了多種分潮的相互作用，能夠適應(yīng)不同海域的潮汐特性，具有較強(qiáng)的通用性。理論最低潮面的計(jì)算過程復(fù)雜，需要大量的潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)和精確的調(diào)和常數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準(zhǔn)確性要求較高。如果觀測(cè)數(shù)據(jù)存在誤差或缺失，或者調(diào)和常數(shù)的計(jì)算不準(zhǔn)確，都會(huì)影響理論最低潮面的計(jì)算精度。在一些數(shù)據(jù)匱乏的海域，獲取足夠長(zhǎng)時(shí)間和高質(zhì)量的潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)較為困難，這就限制了理論最低潮面的應(yīng)用。該方法假設(shè)潮汐是由已知的分潮疊加而成，但實(shí)際海洋中還存在一些不確定因素，如氣象條件的影響、海洋環(huán)流的變化等，這些因素可能導(dǎo)致實(shí)際最低潮位與理論計(jì)算值存在偏差。4.3影響深度基準(zhǔn)面確定的因素深度基準(zhǔn)面的確定是一個(gè)復(fù)雜的過程，受到多種因素的綜合影響，其中潮汐性質(zhì)、海底地形、氣象條件等因素對(duì)其有著關(guān)鍵的作用機(jī)制。潮汐性質(zhì)是影響深度基準(zhǔn)面確定的首要因素。不同類型的潮汐，如正規(guī)半日潮、全日潮和混合潮，其漲落規(guī)律和潮差大小存在顯著差異，這直接關(guān)系到深度基準(zhǔn)面的選擇和計(jì)算。在正規(guī)半日潮海域，每天會(huì)出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮，且相鄰高潮或低潮的潮位相差不大，漲潮時(shí)和落潮時(shí)也大致相等。在這樣的海域，潮汐的變化較為規(guī)律，潮差相對(duì)穩(wěn)定，在確定深度基準(zhǔn)面時(shí)，可以根據(jù)潮汐的平均低潮位或理論最低潮位等方法進(jìn)行計(jì)算，以保證海圖上標(biāo)注的水深能夠滿足船舶航行的安全需求。在我國(guó)東南沿海的一些地區(qū)，屬于正規(guī)半日潮海域，其潮差一般在2-4米之間，在確定深度基準(zhǔn)面時(shí)，需要充分考慮這種潮汐特性，選擇合適的計(jì)算方法，以確保深度基準(zhǔn)面的準(zhǔn)確性。全日潮海域在一個(gè)太陰日內(nèi)只有一次高潮和一次低潮，潮汐的變化周期與半日潮不同，潮差大小也有其獨(dú)特的特點(diǎn)。在這些海域，深度基準(zhǔn)面的確定需要根據(jù)全日潮的潮位變化情況進(jìn)行分析和計(jì)算。在北部灣等全日潮海域，潮差較大，部分地區(qū)的潮差可達(dá)5-7米。在確定深度基準(zhǔn)面時(shí)，需要考慮全日潮的最大潮差和最低潮位等因素，采用相應(yīng)的方法來保證深度基準(zhǔn)面能夠反映出該海域潮汐的最低水位情況，為船舶航行提供安全保障。混合潮海域的潮汐性質(zhì)更為復(fù)雜，既包含半日潮的特征，又有全日潮的成分，相鄰高潮或低潮的潮位可能相差很大，漲潮時(shí)和落潮時(shí)也不相等。在這種海域確定深度基準(zhǔn)面時(shí)，需要綜合考慮半日潮和全日潮的影響，以及潮位變化的復(fù)雜性。在我國(guó)的一些混合潮海域，如渤海灣部分地區(qū)，潮汐變化受多種因素影響，既有半日潮的周期性漲落，又有全日潮的特殊變化。在確定深度基準(zhǔn)面時(shí)，需要對(duì)長(zhǎng)期的潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，結(jié)合不同分潮的調(diào)和常數(shù)，采用合適的算法來準(zhǔn)確計(jì)算深度基準(zhǔn)面，以滿足航海和海洋工程等活動(dòng)的需求。海底地形對(duì)深度基準(zhǔn)面的確定也有著重要的影響。海底地形的起伏、坡度和粗糙度等因素會(huì)改變潮汐的傳播速度、方向和能量分布，進(jìn)而影響深度基準(zhǔn)面的計(jì)算結(jié)果。在淺海區(qū)域，海底地形相對(duì)較淺，潮汐傳播過程中受到海底摩擦和地形阻擋的影響較大。當(dāng)潮汐波傳播到淺海時(shí)，由于海底摩擦的作用，潮汐的能量會(huì)逐漸消耗，波速會(huì)減慢，波高會(huì)發(fā)生變化。海底的坡度和地形起伏也會(huì)導(dǎo)致潮汐波的折射和反射，使得潮汐的分布變得不均勻。在一些海底坡度較大的區(qū)域，潮汐波會(huì)發(fā)生明顯的折射，導(dǎo)致潮位在不同位置出現(xiàn)差異。這些變化都會(huì)影響深度基準(zhǔn)面的計(jì)算，需要在確定深度基準(zhǔn)面時(shí)