顾及时差特征的LSTM模型余水位短期预报

目前余水位预报都是采用单站方式,仅基于余水位的自相关性。针对较大范围的沿岸验潮站余水位预报,进一步结合余水位的空间强相关性和站间余水位的时差信息,以“预测站-辅助站”验潮站组的形式,由历史同步余水位数据训练多变量LSTM(long short-term memory)长短期记忆网络模型,实现预测站的余水位预报。渤海沿岸四个长期验潮站的实例分析表明:所提的预报方法因增加利用了时域上的时差信息,预报精度优于三类单站方法,并显著增大了预报时长。方法可用于解决大范围航海动态水位保障中的余水位预报问题。

长江口径潮相互作用下洪枯季余水位变化

余水位即潮周期内的平均水位,是河口径潮动力非线性作用的典型结果。为探究径流、潮汐及其相互作用对余水位的影响,对摩阻项进行分解,通过潮平均摩阻的各分量对余水位的变化展开研究。采用二维水动力数学模型,模拟得到长江口余水位时空变化特征;利用连续小波变换方法和摩阻计算公式,分析长江口潮平均摩阻的主要来源,建立线性回归模型,通过潮平均摩阻各分量的变化解释余水位的变化。研究结果表明:长江口余水位具有明显的洪枯季变化和大小潮变化特征,洪季余水位沿程增幅更大,大潮时余水位较小潮时更高;长江口潮平均摩阻以径流作用和径潮相互作用产生的摩阻为主,因径流量巨大,前者对潮平均摩阻的贡献始终更大;潮平均摩阻控制余水位,长江口余水位的变化由径流作用控制,在下游站点径潮相互作用的影响不可忽视。

唐山丰南海域余水位特征分析及应用研究

唐山丰南港区是唐山港“一港三区”的重要组成部分,对该海域进行余水位特征分析,是实现自然资源科学利用的重要手段。基于丰南站1 a的实测潮位和风数据,通过调和分析、频谱分析和统计分析等方法计算余水位和风的规律,对余水位的成因、规律与风速的关系进行讨论。结果表明:余水位在春、夏季的作用较弱,在秋、冬季的作用较强;春夏季常风向主要是东南偏南—西南偏西;秋冬季的常风向主要是西北—东北。并且余水位与风速呈现较强相关性;11~12月的北向离岸风会导致施测海域发生较大减水。通过余水位与风建立相关关系,减小余水位的预报偏差,以提升短期潮位预报的精度,可对航道通航起到预警作用,从而提升其通航效率。

余水位的内插及其对潮高模型的精化

研究并总结出符合余水位特点的两站余水位内插方法,并以此在实验海区建立了余水位场,从而利用所得余水位场实现了对由潮汐场所得的潮高模型的订正,再现了实验海区内的瞬时海面,该方法可为海洋大地测量和海道测量提供精确的垂直基准。通过实验,在中国东南沿海海区,监控站间距离在300km以内时,恢复的瞬时海面的中误差可在4 cm以内。

余水位及潮汐差分方法

从潮汐调和分析的原理出发,由精度分析入手,论证了潮汐调和分析参数取值的限度问题,指出在保证不损失精度的前提下,取13个参变量为最佳取值。据潮汐调和分析预报原理和余水位的概念,利用观测和预报的相关关系,总结了潮汐预报的四大特点,详细论证和阐述了余水位7种特性,并利用实际算例,证明了这7种特性的存在,在此基础上提出了相关潮位站潮汐差分的思想,以实例验证了潮汐差分的可行性,给出了潮汐差分数学模型和潮汐差分方法以及潮汐差分的用途,利用余水位的特性准确地进行潮位反演和提高了短期预报潮位的精度。

基于余水位配置的海洋潮汐推算研究

基于余水位的配置模型,利用长期验潮站实测水位结合临近短期验潮站天文潮位来恢复短期站的实际水位,并对其进行误差分析,证明基于余水位配置的海洋潮汐推算的可行性与实用性。

基于余水位订正的海洋潮位推算关键技术研究

从分潮数目选择、调和常数稳定性优化两个关键环节入手,选择11个主要分潮用于潮位推算,并利用邻近长期站对中短期验潮站调和常数做差比订正,显著提高了中短期验潮站的潮位推算精度。

海道测量中余水位分离方法的研究

证明了基于余水位信息进行海洋潮汐推算时不需考虑测量区域内潮汐性质是否相似;计算了中数法、陈宗镛法、Rossiter法、Doodson法、Godin法关于63个主要分潮的滤波器谱数值,从理论上对各模型滤波能力进行了量化表征;基于上述滤波法进行了仿真和实测水位的余水位分离计算。结果表明,Godin法可基本消除实测水位的短周期分潮影响,若进一步消除其隐含的中、长周期分潮影响,则Godin法在海道测量水位改正中将有更大应用价值。

余水位潮汐差分改正原理与应用探讨

详细阐述了余水位潮汐差分改正原理,论证了应用该方法可以减少海道测量中水位站的布设数量。通过利用精确的潮汐模型描述天文潮变化,设立水位站监控余水位变化,相当于增大了水位站的监控范围,从而减少实际测量作业中水位站的布设数量。文章给出了多站余水位差分的内插计算公式,并给出了基本的多基站数学表达模型,对潮汐分析计算具有重要的作用。在潮波传播较为复杂的渤海湾东部海区进行了实验,结果表明单站水位改正精度仍可在10 cm以内,并且通过误差分析,说明了该方法还可继续提高改正精度,具有较好的应用前景。

基于集合经验模态分解与BP组合模型的短期余水位预测

水位在忽略观测误差的前提下,可分解为潮位和余水位,后者具有较强的空间相关性以及非平稳特征,是影响水位预报精度的主要因素。港口工程、航运计划编制等方面对实时高精度水位预报具有重要需求,这对余水位预报模型构建提出了更高要求。另外,利用高精度余水位预报模型可减少验潮站布设数量。针对余水位短期预测模型精度不高的现状,本文对余水位进行集合经验模态(EEMD)分解,获得余水位在时间序列上的本征模函数(IMF);使用快速傅立叶变换(FFT)分析各本征模函数的频谱特征;再利用BP神经网络对各个本征模函数进行训练,预测了未来6 h、12 h、24 h的余水位值。对哥伦比亚河下游河口处的3组典型验潮站的余水位数据的预测结果表明,在未来6 h、12 h内的余水位的预测精度达到厘米级,在24 h内接近厘米级,证明了该组合模型在余水位短期预测方面的可行性。

基于风要素的黄骅港余水位规律分析及预报研究

基于黄骅港港池站和航道40+0站的潮位实测资料及该海域的气象资料,对黄骅港余水位的变化规律进行了分析,结合风要素特征对余水位的预报进行了研究,得出了余水位预报公式。研究成果表明:(1)黄骅港余水位增水和减水发生的次数较接近,总体增水发生次数略多于减水发生的次数。余水位幅度90%左右都在0. 4 m以内,大幅度的余水位占比非常少。余水位的变化与风要素之间存在较强的相关性。(2)余水位越大时余水位计算公式可靠性越强,采用越宽阔海域的风资料其计算可靠性越强。

基于余水位精化潮高模型的水位生成研究

研究了基于余水位精化潮高模型的水位生成方法。所提方法首先构建网格潮汐场模型,其次采用余水位提高内插模型精度。通过网格搜索策略实现了水深点所属网格的快速定位及水位生成,探索了该模型在水位改正及预报中的应用。实验表明:所提方法既可应用于水位改正又可用于水位预报,且较现有方法在精度上有所提高。

余水位时变统计规律分析及水位预报方法改进

论证了余水位提取对选用潮高模型的依赖性,以验潮站实测数据分析计算了余水位的时域统计规律和空间统计规律。实验结果表明,以协因数为技术指标,余水位具有较明显的时空相似性或一致性特征。基于余水位统计特性和配置原理,设计了未来时段水位预报的改进方法,并以实验数据验证了方法的有效性。

长江口余水位时空变化及其成因

利用2016年和2017年长江口南支崇西、南门和堡镇水文站逐时水位资料,大通水文站逐日平均径流量和崇明东滩气象站风速风向,分析了余水位的时空变化及其成因.结果表明,在这3个水文站中,各月余水位崇西水文站最高,堡镇水文站最低;各水文站余水位的落差在低径流量期间较小,在高径流量期间趋大.径流量越大,上下游余水位落差越大.在2016年,崇西、南门和堡镇水文站2月余水位最低,量值分别为2.09 m、1.96 m和1.93 m;7月达到最大,量值分别为2.91 m、2.62 m和2.50 m.余水位主要是由径流量决定的,风况也是导致余水位变化的一个重要原因.南风导致余水位下降,北风导致余水位上升.在2017年,月平均余水位最小值出现在12月,崇西、南门和堡镇水文站量值分别为2.04 m、1.91 m和1.87 m,是由全年最低径流量导致的;月平均余水位最大值出现在10月,量值分别为2.79 m、2.58 m和2.49 m.尽管10月径流量比7月低了24214 m3/s,但余水位比7月还高,原因是10月中下旬持续的强偏北风,产生了强烈的向岸艾克曼水体输运,导致水位上升.长江口余水位时空变化显著,在工程设计和理论研究中需要考虑.

基于余水位的潮位实时推算系统

为了有效控制附近海域潮位,保证通航安全和合理有效地利用水深资源,详述了余水位的基本原理和潮汐差分方法,提出了基于此理论的验潮方案和潮位推算算法,并开发了一个潮位实时推算系统。系统采用多线程、串口通信等技术,与GPS接收机、潮位遥报仪、电脑主机等硬件进行实时通讯,获取定位信息和遥报潮位等数据,利用差分潮位推算施工船舶所在位置处的高精度潮位,并同步将推算潮位传输给作业船舶指导施工。结果表明:该系统运行稳定、操作简便、运算高效、精确度高,满足潮位控制的精度要求。

基于潮汐模型与余水位监控法的实例分析

介绍了基于潮汐模型与余水位监控的水位改正法在成山角东侧近海区域定线制多波束测量中的应用情况。结合本实例应用,总结了依适用性检测、验潮站布设方案设计、水位改正值计算等的实施步骤及技术细节。在本次测量中,由沿岸成山角站实现了邻近无潮点附近整个测区的水位控制,水位改正中误差约为0.064m。这证明潮汐模型在近海区域已能满足水深测量工程应用需求,且在严密论证的前提下可在工程实践中完全代替传统水位改正方法。

余水位的主要特性分析及其在海洋测绘中的应用

介绍余水位的成因,分析其主要特性:长时间尺度上的偶然性、短期时间域上的连续性和较大空间域上的相关性。基于余水位的主要特性,探讨余水位应用于验潮站潮位数据的粗差探测、修复和潮位推算订正的可行性。结果表明,应用余水位进行潮位数据修复及推算的精度可满足规范要求,具有推广使用价值。

长江口余水位时空变化的数值模拟和分析

应用严格验证过的河口海岸三维数值模型,模拟了长江口余水位的时空变化,分析径流、潮汐和风应力对余水位的影响,揭示了余水位变化的动力机制.长江河口余水位的空间分布和随时间变化过程主要是受径流影响,其次是受风的影响.余水位上游大于下游.全年最高余水位出现在9月,徐六泾、崇西、南门、堡镇和深水航道北导堤东端分别为0.861 m、0.754 m、0.629 m、0.554 m和0.298 m.最低余水位徐六泾和崇西出现在1月,分别为0.420 m和0.391 m;南门和堡镇出现在2月,分别为0.313 m和0.291 m;深水航道北导堤东端出现在4月,量值为0.111 m.北支余水位低于南支,原因在于进入北支的径流量少.南港的余水位大于北港,同一河道内南侧的余水位大于北侧,原因在于径流受科氏力作用右偏.对比仅有径流、潮汐和风的数值试验结果,对余水位作用最大的是径流,其次是潮汐,最小的是风.月平均径流量7月达到最大,会导致最高余水位,但期间为东南风,产生的余水位十分微小.9月盛行的北风产生向陆的Ekman水体输运,会引起河口余水位上升,且期间径流量仍处于高值区,两者相互作用,导致整个河口全年最高余水位出现在9月.

不同期验潮数据用于余水位差分水位推算的可行性分析

利用中短期验潮资料调和分析获得11个主要分潮的调和常数实现水位推算的方法,已在海洋测绘、疏浚工程测量等领域得到推广。但不进行全部站点的同步验潮测量,仅收集不同期历史验潮数据进行分析,获得的潮汐调和常数难以满足水深测量水位改正的精度要求。提出2种调和常数优化方法,通过增强不同期验潮数据调和常数的相关性,提高水位推算的精度,并以实例验证不同期验潮数据用于余水位差分水位推算的可行性。

珠江磨刀门河口径潮动力耦合条件下余水位的多时空尺度分析

本文通过构建径潮动力耦合条件下潮波传播的一维水动力解析模型,从理论机制上探讨珠江磨刀门河口径潮动力非线性作用下余水位的多时空尺度变化。结果表明:余水位变化呈现明显的大小潮和洪枯季变化,枯季余水位大小潮的变化幅度介于0~0.4m,而洪季余水位与上游径流紧密相关,增幅大枯季一个量级(介于0~6m);解析模型可分离控制余水位变化的3个主要因素,即径流、潮流和径潮相互作用因子,计算结果表明河口不同区段余水位的主控因素有明显的洪枯季变化,上游段,枯季余水位受径潮相互作用因子控制,洪季受径流因子控制;枯季下游段余水位受潮流控制,而洪季余水位主要受径潮相互作用因子控制。