三种最新全球海潮模型在中国沿海的精度评估

海潮负荷形变是我国沿海GNSS实时观测的重要误差源之一,分析和确定最优海潮模型进行负荷改正,有助于提高GNSS解算精度和可靠性。利用沿海33个验潮站连续3 a的实测潮位资料,以8个主要分潮(M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1和Q1)的潮高和方根(Root Sum Squares,RSS)为评价指标,对最新全球海潮模型FES2014、EOT20和TPXO9在中国沿海的模型精度进行评估。结果表明:3种最新海潮模型相比其前期版本(FES2004、EOT11a和TPXO7.2),在中国沿海的模型精度整体改进幅度分别为72.39%、67.73%和31.37%;3种最新海潮模型中,FES2014在中国沿海的RSS均值和标准差分别为7.91和7.75 cm,模型精度相对最高,EOT20的模型精度略低于FES2014,二者精度均显著优于模型NAO.99jb和NAO.99b(后两处模型在先前研究中被认为在中国沿海精度较优),TPXO9的模型精度则相对较差,仅略优于NAO.99b。同时,分析结果也显示FES2014、EOT20和TPXO9等模型均有其最佳适用区域或地点,在中国沿海GNSS数据精细批处理中,可根据需求选用合适的海潮模型。

海潮模型对陆态网络GNSS观测的影响

选取FES2004、NAO.99b、FES2014b、EOT20、GOT4.10c、TPXO9.5a海潮模型分别对253个陆态网络GNSS测站进行海潮负荷位移(ocean tide loading displacement, OTLD)改正,分析未模型化或模型不准确的OTLD对陆态网络GNSS高程时间序列和天顶对流层延迟(zenith tropospheric delay, ZTD)估计的影响。结果表明,OTLD影响越大,不同海潮模型改正对GNSS高程时间序列的w_(RMS)改善效果和差异越明显,改善效果最高可达52%以上,最大差异可达11%;海潮模型差异造成的GNSS最大混叠信号振幅约为4 mm,对应周期主要为14.8 d、365 d;OTLD与ZTD偏差存在准线性关系,使用的海潮模型实用性越好,两者线性关系越明显;FES2014b模型对GNSS高程时间序列的w_(RMS)、混叠周期、ZTD估计的OTLD改正效果均最优。

基于不同海潮模型研究海潮负荷对GPS精密定位的影响

为研究海潮负荷在不同区域对GPS定位影响的规律,推导分析了海潮负荷对GPS测站定位影响的计算公式,并基于此,以江苏、西安区域GPS测站为例,用卫星测高数据反演获得的NAO99b海潮模型及FES2004海潮模型计算了海潮负荷对GPS定位以及对GPS基线的影响,结果表明海潮负荷对GPS沿海测站定位的影响达厘米量级,为内陆地区的4～5倍,而且海潮负荷对测站U方向的影响远大于对E、N方向的影响,海潮负荷对不同区域的GPS基线长度的影响均小于1 cm;结果比较表明NAO99b和FES2004海潮模型在内陆的差异很小,在沿海处差异较大(达1厘米以上)。

海潮模型和格林函数对海潮位移改正的影响

根据海洋负荷潮理论 ,海潮位移改正的计算取决于海潮模型和格林函数的选取。因此 ,针对不同的海潮模型和不同的格林函数分别计算了海潮位移改正 ,并且比较和分析了它们对海潮位移改正所带来的影响。结果表明 ,不同海潮模型和不同格林函数对海潮改正的计算值有一定的影响 ,而且相对来说 ,不同海潮模型所引起的差别较大 ,但是这种差别对GPS数据处理的最终结果影响不大。

海潮模型的比较及海潮对地球自转变化的影响

近年来，由于卫星测高工作的开展，提供了丰富准确的观测资料，产生出许多新的海潮模型。这些海潮模型的相互比较为研究海洋的精细结构、海潮的动力学、地球动力学提供了依据。另一方面，由现代空间技术和新方法来监测地球自转中的高频变化研究领域也有长足的进展。用这些技术可检测出地球自转中的周日和半日变化，其中高频变化的一种重要激发源就是海潮。这是由于引潮位引起海洋的流速和高度的变化，从而激发地球自转的变化一般来说，海潮影响地球自转的高频变化有两种不同的激发机制。地球的惯性张量的变化即质量项，它对应于潮高，而运动项对应于潮流。许多研究表明，从测地技术测定的地球自转中的高频变化和从海潮模型预报的周日和半日潮波变化符合得很好。综合性地评述了近几年国际上海潮对地球自转中周日以下的高频变化影响的最新进展，同时也简要介绍地球自转变化中周日以下的高频变化与海潮模式中的周日和半日变化比较的结果。另外也提出了需解决的一些问题。

基于JSCORS的全球海潮模型比较研究

针对沿海GPS高精度测量的要求,进行海潮模型的效用分析。基于JSCORS网站的基准信息数据,通过试验设计与GAMIT软件解算处理,绘图对比CSR4.0、SCHW80与FES2004等3种常用海潮模型的改化修正效果,并取得区域性选择海潮模型的合理结论。

用东海和南海潮汐资料修正全球海潮模型对中国及邻区重力场负荷计算的影响

利用11个全球海潮模型和中国东海及南海近海潮汐资料,计算了海潮负荷对中国及邻区重力场的影响,进而讨论了用近海潮汐资料修正全球海潮模型对负荷结果的影响.结果表明,用近海潮汐资料修正全球海潮模型对沿海地区的负荷计算影响较大,因此在计算海潮负荷对沿海台站的影响时,必须顾及近海潮汐效应.计算M2波海潮负荷时,选择CSR4.0,FES02,GOT00,NAO99和ORI96海潮模型,则对于内陆大部分台站负荷的近海效应在0.1×10-8m/s2量级;而计算O1波时,如选择AG95或CSR3.0模型,则在0.05×10-8m/s2量级.这说明模型中的各个潮波在我国沿海的准确性并不是一致的,因此模型的选择是比较复杂的.

利用全球海潮模型确定海图深度基准面

比较并分析了FES99潮汐模型和NAO.99Jb潮汐模型在浙江近海的精度;利用调和分析法计算了浙江近海的8个主要分潮和3个浅水分潮的调和常数;研究了浙江近海海图深度基准面的计算方法;利用长期验潮站资料验证了本文方法的可靠性与准确性;利用径向基函数方法格网化了经验潮站海图深度基准值加密后的数据,最终得到了浙江近海分辨率为2.5'×2.5'的海图深度基准面模型。

海潮模型在珠江口潮位预测中的精度评估

结合卫星测高技术的海潮模型能方便、精确地模拟大洋潮汐,可用于缺乏观测资料的地区。为评估该方法在珠江河口潮位预测应用中的精度,本文采用NAO.99b、OTPS和WWT等3种海潮模型预测珠江口不同验潮站的潮位过程,与实测数据对比并计算误差均方根。分析结果表明,海潮模型可以较好地预测珠江河口区潮汐基本时间特征,潮位预测精度在一定区域、一定时段不低于传统的预测方法。口门附近尤其口外的预测精度明显高于口内;在洪水期精度下降但口外开阔区域影响较小;在口门处,潮优型河口湾的预测精度高于径流型河口。3种模型中,推荐使用WWT。

武汉超导重力仪观测最新结果和海潮模型研究

利用武汉台站GWR_C0 32超导重力仪观测资料,在对原始数据进行有效预处理的基础上作调和分析,获得反映地球内部介质特征的重力潮汐参数.基于卫星测高技术和有限元方法同时考虑验潮站数据作约束条件获得的多个全球海潮模型,利用负荷理论和数值褶积积分技术计算了重力负荷,对周日和半日频段内的重力潮汐参数实施负荷改正,提出了“负荷改正有效性”概念,研究了全球海潮模型适应性.数值结果说明,海潮改正的有效性高达91% (O1 ,NAO99)和92 % (M2 ,ORI96 ) .基于11个海潮模型对主波(O1 ,K1 ,M2 和S2 )的负荷改正说明平均有效性为(86 % ,70 % ,73%和84 % ) ,振幅因子与理论模型间的差异分别从(2 12 % ,1 5 5 % ,1 16 %和0 80 % )降到(0 31% ,0 39% ,0 34%和0 0 8% ) ,同时还说明利用NAO99和ORI96全球海潮模型能获得比其他模型更佳的负荷改正效果.文章还利用国际地球动力学计划网络其他7个台站的超导重力仪观测研究了全球海潮模型的适定性问题,结果说明不同模型中不同潮波具有明显的区域特点,早期构制的SCW80全球海潮模型仍可作为大地测量研究中的重要参考模型.

用超导重力仪的潮汐观测资料研究海潮模型

系统研究了潮汐观测资料中海潮模型的适应性问题，用基于数值离散褶积积分方法获得的海潮负荷对武昌超导重力仪观测资料作负荷改正。结果说明，海潮负荷改正后的重力场观测残差大大降低了，与理论潮汐参数模型相比，８个主要潮波的平均振幅因子由改正前的１．３８％降至０．１３％（Ｃｓｒ３．０）和０．２６％（Ｆｅｓ９５．２）。相位滞后值由改正前的－０．４８５°降至－０．２７°（Ｓｃｈｗ８０），－０．１４５°（Ｃｓｒ３．０）和－０．０４（Ｆｅｓ９５．２）。利用不同海潮图的负荷改正结果说明，由卫星测高技术和有限元计算方法获得的海潮图能有效消除重力观测中的负荷效应，证实由这种方法获得的海潮模型较其他模型更可靠。

中国沿海不同海潮模型的倾斜负荷分析

采用积分格林函数方法及6种全球海潮模型(CSR4.0,EOT11a,FES2004,GOT4.7,NAO99b和TPXO7.2)和中国近海潮汐资料,计算了我国沿海大地控制点上的海潮倾斜负荷效应。通过标准差、均方根RMS及和方根RSS等综合分析表明,海潮倾斜负荷普遍为10-8rad量级,最大达10-7rad量级。在中国沿海区域,各模型差异较大,应针对不同区域采用更适合本区的模型计算。

不同海潮模型对GNSS站负荷位移计算的影响

基于古登堡平均地球模型和积分格林函数方法,利用中国近海海潮模型Chinasea 2010、Naoregional1999和全球海潮模型EOT11a,计算中国沿海GNSS连续运行站上的海潮位移负荷影响,并对其均方根RMS及和方根RSS进行综合分析。结果表明,2种近海模型分潮波位移负荷差异水平分量大部分为亚mm级,垂直分量普遍为mm级,最大达5.8mm;Chinasea 2010模型比Naoregional 1999模型在中国海域覆盖面积大,2种模型在黄海和东海海域差异较大,在渤海和南海海域差异较小;模型差异与测站位置及潮波频率均有关系,应比较观测资料的负荷改正效果,择优采用适宜本区域的模型。

卫星截止高度角、对流层映射函数和海潮模型对南极GNSS精密定位的影响分析

利用长城站、中山站及周边13个IGS站2018年的观测数据,对比分析不同卫星截止高度角、对流层映射函数和全球海潮模型对GNSS坐标精度的影响。结果表明,截止高度角设为7°时,GNSS坐标解算精度最优,随着截止高度角的增大或减小,精度逐渐降低;采用VMF3模型解算的双差定位精度优于NMF、GMF和VMF1模型,VMF3模型解算的精密单点定位精度与GMF和VMF1模型相当;海潮负荷对GNSS坐标解算的影响与坐标方位有关,高程方向可达cm级,选用不同的海潮模型解算的GNSS坐标差异可忽略不计。

全球海潮模型最新进展及在中国沿海精度评估

介绍TPXO、FES、Chinatide、MIKE Global Tide、Utide等典型海潮模型,总结归纳其同化潮汐数据来源和最新的海洋地形数据,利用我国沿岸长期验潮站以外的26个中短期潮位观测站评估TPXO等海潮模型预报精度。结果表明,全球海潮模型对我国沿海M_2分潮的预报精度普遍较低,且主导了几种海潮模型在中国海域的整体预报精度;相比MIKE Global Tide和TPXO7.2,TPXO8、TPXO_Yellow Sea 2010和TPXO_China&Ind模型在我国沿海的预报精度更高。

不同海潮模型对中国沿海区域海潮负荷位移改正影响分析

选取FES2004、EOT11a、TPXO7.2和Chinasea2010等4个海潮模型,首先通过矢量差评价不同海潮模型的潮波参数差异,然后利用中国大陆构造环境监测网络23个沿海测站的GNSS连续观测数据,通过计算不同海潮模型改正前后GNSS时间序列的wRM_S,评价基于不同海潮模型的海潮负荷位移改正的有效性。结果表明,不同海潮模型的潮波参数存在mm级差异,且沿海区域差异远比内陆区域显著。此外,海潮负荷改正对中国沿海区域测站坐标时间序列wRM_S影响较大,大部分测站坐标时间序列进行海潮负荷改正后,wRM_S减小10%~70%;改正后wRM_S改善幅度与测站所属区域有关,东海沿岸测站wRM_S的改善较渤海、黄海和东海沿岸测站更显著,可减小50%以上;wRM_S改善程度的模型间差异为1%~2%,其中基于FES2004模型的改正对序列wRM_S的影响最大,可达67.5%。

FES2004和GOT4.7海潮模型改正对全球PPP的影响特征及差异分析

针对目前少有全球范围PPP海潮负荷影响特征分析的问题,对比FES2004与GOT4.7海潮模型改正前后20个IGS站静态和动态PPP的解算结果,探讨2种模型下的潮波差异。实验结果表明,海潮负荷引起全球沿海站点的U方向位移达5 cm,但在地中海及波罗的海等陆间和内陆海域,并非单纯随站点离海岸线越近位移越大;海潮负荷在世界范围24 h静态PPP中对坐标误差RMS的影响达数mm,改正后收敛时间提升率最高达30%,但在某些岛屿和陆海交界地带对E、N方向的改正效果较差;基于2种模型计算的全球M2分潮U方向差异在近海区域最大可达13 mm,且地理分布上与海潮本身无必然联系,负荷形变差异具有与海潮类似的周期性特征,在马来群岛附近达数mm,且半日潮差异高于周日潮与半月潮。

海潮模型差异对GNSS坐标时间序列周期信号及噪声特性影响分析

选取FES2004、EOT11a、TPXO7.2和Chinasea2010等4种海潮模型分别对23个CMONOC沿海测站进行海潮负荷位移改正,分析不同海潮模型对中国沿海区域测站坐标时间序列的影响。定量比较高频潮波参数模型间差异对周期信号的影响,结果表明,周日、半日潮波参数差异对海潮负荷位移改正后序列长周期信号、周年信号和半周年信号功率的影响最大可达4.3%、2.6%、2.0%和9.1%、0.7%、9.6%。基于Chinasea2010和TPXO7.2海潮模型的OTL改正使WN+FN+RWN测站噪声组合所占比例增至43%,而基于FES2004模型的OTL改正对测站速度不确定度的改善最大,39%的测站得到60%~98%的改善。

GPS-IR用于验证3种海潮模型及其在近海区域的精度分析

随着GNSS理论和应用的快速发展,基于多路径效应的全球定位系统干涉反射测量(GPS-IR)技术已被学者证明可用于潮位变化监测。针对海平面逐年上升、不断侵蚀沿海地区的严峻形势,也为进一步拓展GPS-IR技术在海洋潮汐领域的应用空间,利用布设在美国华盛顿州的GPS基准站(SC02站),对GPS基准站获取的13年的潮位数据进行潮波分析,并结合传统验潮站数据对3种全球海洋潮汐模型TPXO6.2、TPXO9和DTU10进行精度分析与对比试验。试验结果表明,通过GPS-IR反演潮位获取的振幅和迟角与对应验潮站获取的振幅和迟角差异较小;GPS基准站反演潮位获取的潮波系数与利用海潮模型计算得到的潮波系数具有较高的一致性,而且GPS-IR技术在用于获取潮波系数上有着较高的精度。

不同海潮模型对中国大陆构造环境监测网络GNSS数据解算的影响

选取2018年中国大陆构造环境监测网络GNSS基准站及中国周边IGS站数据,基于CSR4、FES2004、GOT00、NAO99b等海潮负荷改正模型,采用单一变量的解算方式,分析不同海潮模型对我国GNSS基准站基线、三维坐标、时间序列等造成的影响。结果表明:利用不同海潮模型解算基线精度,水平方向相差不大于1 mm,垂向相差不大于3 mm;各测站NEU坐标精度均在毫米级以下,以耿马站时间序列为例,与其他模型相比,基于FES2004模型解算的各向偏差趋势波动较弱,其年序列图的精度及连续性、稳定性更佳。简言之,利用FES2004海潮模型解算GNSS站点位置,效果较好。