南极长城站验潮站数据处理和潮汐特点初步分析

继在南极中山站建成我国南极首个永久性验潮站后,2012年1月在南极长城站又建成了我国南极第二个永久性验潮站。通过对长城站验潮站相关数据进行分析处理,得到了验潮基准系统的水准网平差结果和验潮仪零点标定结果,以及长城站附近海域海洋潮汐170个分潮的调和常数,并据此进行了潮汐预报,同时分析了长城站潮汐余水位的变化特征,探讨了利用附近的Antarctic Base Prat验潮站的余水位改正长城站潮汐预报的可行性,结果表明使用Antarctic Base Prat验潮站余水位改正长城站潮汐预报,可以显著提高长城站验潮站潮汐预报的精度,余水位改正后2014时段的潮汐预报中误差为±3.42 cm,明显好于改正前的预报中误差±10.43 cm。

利用卫星影像提取小比例尺海图信息的精度分析以及系统的开发

提出基于遥感的影像图和DEM影像图,进行海图地形和DEM等高线数据数字化提取并将提取结果导出到其他GIS系统中的新技术方法。该技术处理速度快,生成的影像图和提取地形数据具有精度高(可达到1 m)的特点。这项新的处理技术可达到提高实际测绘中的劳动效率,降低外业测量人员的野外工作强度,及时更新地理信息、简便地校验测量的质量精度和节省作业经费的目的。

1994—2014年南极沿岸验潮站海平面绝对变化确定与分析

鉴于卫星测高技术在南极周边海域会受到海面浮冰影响,且在利用测高序列分析海平面周期性动态变化时还会受到潮汐周期混叠效应的影响,为此,本文开展了基于GPS和验潮数据联合的南极大陆附近海域从1994—2014年间海平面的绝对变化研究.研究结果显示:在围绕南极大陆及附近海域的15个验潮站中,海平面绝对变化速度最大的是Diego Ramirez验潮站,达到11.10±0.04mm·a^(-1);在西南极南极半岛的德雷克海峡,海平面变化最为活跃,变化均值在8.31±0.05mm·a^(-1);在东南极,从Syowa站依次到Casey站,海平面的绝对变化速度相对平稳,四个潮位站海平面变化均值为3.35±0.04mm·a^(-1);在罗斯冰架右下侧的罗斯岛附近,由于冰川崩解入海导致Scott Base站处的海平面上升速度较快,达到了9.61±0.07mm·a^(-1).综合15个验潮站计算结果可得南极半岛德雷克海峡和罗斯岛附近海域,海平面绝对变化速度要高于同期南大洋海平面绝对变化速度,而东南极4个潮位站海平面绝对变化均值则与其相当.这也进一步反映了南极不同海域间海平面变化的差异性,相比较于对南大洋海平面变化的一个整体研究,分区研究海平面变化更具针对性,能更好地了解南极不同区域冰盖、冰架崩解和消融的情况.

基于潮波运动三维数值模拟的海洋连续深度基准面建立方法研究

海洋深度基准作为海洋深度起算的垂直基准,对海洋大地测量、海洋物理调查等科研活动具有重要意义.鉴于传统的海洋深度基准面存在离散、非连续等缺陷,本文开展了基于潮波运动三维数值模拟的海洋连续深度基准面构建方法研究.研究结果显示,本文采用的有限体积的海岸海洋三维潮波运动模式FVCOM,具有构建三角格网灵活,可精确适用于不规则海岸边界的特点,并在地形特征较典型区域——长江口南支水域为实验区,开展了三维潮波运动的数值模拟.模拟所得各个格网节点处的平均潮差较好地符合了当地潮汐动力作用变化的规律,并以平均潮差为基础进一步建立了连续深度基准面,同南支区域6个已知深度基准的长期验潮站相比,深度基准面最大差值为5.5cm,差值绝对值均值为2.6cm,模拟结果内符合精度较高;且整个模拟所得的南支深度基准面的变化规律更符合长江口南支的潮汐变化特征.本文思想为海洋连续垂直基准的建立提供了一种新的思路,相比较于传统的几何插值拟合法,本文方法更具合理性和可靠性.

长期验潮站潮位观测误差的综合探测及修复方法研究

在分析潮位观测值中粗差和系统误差特点及现有检测和修复方法的基础上,提出了一种基于潮汐调和分析、概率论与数理统计相结合的潮位误差综合探测和修复方法。在长期潮位站实现了粗差和系统误差的准确探测和修复。

短潮位序列系统误差的探测及修复方法研究

提出了一种基于最小二乘潮位序列分段匹配方法。通过系统误差类型分析、分段段长确定、沉降发生具体时刻确定、系统误差类型探测和修复等算法研究,实现了临时潮位站潮位资料不同系统误差的准确探测和高精度修复。

基于多项式的海洋局域地磁场建模方法研究

在分析海洋地磁场建模意义的基础上,研究了基于泰勒多项式的地磁场建模方法,并对建模中模型中心的选择、模型截断阶数的确定、参与建模的数据的代表性和密度等关键问题对模型的阶数和精度的影响进行了深入研究,并给出了一些有益的结论和建议。将该方法应用于我国某海区的地磁场建模中,取得了理想的结果。

精密多波束测量中时延的确定方法研究

针对精密多波束测量中多波束系统与GPS系统间存在时间延迟的问题,提出了两种确定时延的方法,即坐标匹配法和竖向时序相似法。前者需根据NMEA0183电文和NAV电文中坐标对及其对应时标确定时延;后者根据GPS与heave呈现船体垂直运动时序的一致性,通过质量控制、姿态改正和垂直运动波形的相似性来确定时延。两种方法在时延确定中均取得了较高的精度。

长江口区域瞬时潮位修复方法研究

针对验潮站潮位缺失情况,提出了根据最小二乘法求解相邻潮位站间潮位序列的相关性系数,对缺失潮位进行修复,并在长江口区域进行试验,验证了方法的正确性和可行性,对实际生产具有借鉴意义。

最小二乘法在水位推算中的应用

分析了两个潮汐性质相似验潮站的水位曲线,利用最小二乘法原理确定了两个验潮站之间的关系,实现了实时水位从长期验潮站向临时站的传递。

远距离高精度GPS潮汐观测及垂直基准转换研究

为实现远岸潮汐精确监测及潮位海图高程转换,基于GPS事后动态处理技术(PPK)开展了远距离高精度潮位观测、提取及垂直基准面确定和转换模型构建方法研究。分别探讨了在锚定和走航情况下瞬时水面高程信号改正方法及潮位有效信息提取的最优截止频率,并给出了在不同情况下深度基准面大地高的计算方法模型及区域无缝深度基准面大地高构建模型。在实际试验中,基线距离在100km范围内,获得了基于深度基准的GPS潮位,精度优于10cm。

利用调和常数内插的局域无缝深度基准面构建方法

为实现局域水域垂直基准间的无缝转换,从深度基准面计算原理出发,根据潮波传播特征,提出了一种基于潮汐调和常数内插的无缝深度基准面建立方法,该方法较传统常用方法具有更高的精度和稳定性。通过长江口区域的实验验证了该方法的正确性及可行性,并在该区域建立了无缝深度基准面模型。

利用潮汐性质相似性的长江口水域深度基准面传递精度研究

根据长江口水域长期验潮站的潮位资料进行大量深度基准面传递试验,研究了深度基准面传递精度与潮汐类型值差、传递距离、地形环境特征之间的具体数值关系。该研究成果对长江口水域里深度基准面传递精度指标估计具有参考意义。

联合大地水准面、海面地形和潮波运动数值模拟的长江口陆海垂直基准转换关系

长江口水域地形地貌研究对河道治理建设、水上交通运输等人类社会经济活动具有重要意义,而建立高精度的无缝深度基准面及其与其他垂直基准间转换模型将直接影响到水陆交界区高精度地形地貌数据的获取及统一综合管理与分析。为此着重研究了基于三维潮波运动数值模拟、海面地形和大地水准面3种手段联合的河口水域无缝深度基准面构建及其与其他垂直基准间转换模型,并在长江口南支这一典型河口水域进行了建模实验和模型精度评估分析。结果显示,垂直基准转换模型中误差为12.4 cm,与现场长期潮位站实际观测结果比对分析得垂直基准转换模型误差绝对值均值为24.2 cm,尽管大于模型中误差估值,但仍满足国际水道测量规范对测深中垂向最大不确定度的要求。