發(fā)布時(shí)間：2021-09-27 20:19

　　通航水深是船舶在某時(shí)段沿著一定航線通過(guò)特定區(qū)域的最淺水深,對(duì)船舶的安全航行具有重要意義。海圖測(cè)繪時(shí)將水深歸算至深度基準(zhǔn)面,由驗(yàn)潮資料求得,而潮汐值是通過(guò)臨近區(qū)域發(fā)布的潮汐表來(lái)進(jìn)行推算,由此獲得的通航水深精度不高,且不同港區(qū)之間采用深度基準(zhǔn)不統(tǒng)一,所以無(wú)法為船舶提供精確、連續(xù)的通航水深。本文提出了一種基于高精度GNSS的通航水深測(cè)量方法,直接測(cè)量海底高程,通過(guò)精密數(shù)值模型模擬海面高程,由此獲得通航水深,并提出了實(shí)時(shí)通航水深的應(yīng)用模式。為了建立與陸地地形相銜接的海底地形模型,以CGCS2000參考橢球面為垂直參考基準(zhǔn)面,深度基準(zhǔn)面采用POM（Princeton Ocean Model）模式進(jìn)行潮波數(shù)值模擬的方法構(gòu)建。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:數(shù)值模型精度較高,構(gòu)建的深度基準(zhǔn)面誤差在5 cm以內(nèi)。本文提出的方法改變了傳統(tǒng)的通航水深測(cè)量及服務(wù)模式,提供高效率、高精度通航水深、海圖水深數(shù)據(jù),可為船舶用戶提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)水深服務(wù)。 

【文章來(lái)源】：海洋通報(bào). 2020,39(04)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

各基準(zhǔn)面之間的關(guān)系

模式計(jì)算域選取范圍為37°N—41°N,117.5°E—122.8°E，水深數(shù)據(jù)來(lái)自TOPO2衛(wèi)星數(shù)據(jù)，近岸地區(qū)使用中國(guó)航海保證部出版的海圖和實(shí)測(cè)水深進(jìn)行調(diào)整，各網(wǎng)格點(diǎn)的潮汐調(diào)和常數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)自俄勒岡州立大學(xué)發(fā)布的海潮模型（http://volkov.oce.orst.edu/tides/YS.html），模式水平分辨率為1.2′×1.2′，模式網(wǎng)格格點(diǎn)數(shù)為200×265×13，由13個(gè)分潮組成：M2、K2、S2、O1、Q1、P1、N2、K1、M4、MS4、M6、Sa和Ssa。其中，Sa和Ssa分潮由T/P沿軌結(jié)果和沿岸驗(yàn)潮站結(jié)果利用Kriging法分別內(nèi)插正弦分量和余弦分量得到，其他分潮由數(shù)值計(jì)算得到。由POM模式分別運(yùn)行Q1、O1、P1、K1、N2、M2、S2、K2等8個(gè)分潮，開(kāi)邊界與T/P點(diǎn)的輸入都對(duì)應(yīng)單分潮的水位。淺水分潮也同時(shí)運(yùn)行，此時(shí)開(kāi)邊界與T/P點(diǎn)的輸入為MS4、M2、S2、M4與M6。垂直方向上分為13個(gè)sigma層，較好地?cái)M合了海底地形和海岸線，可以較好地反映真實(shí)的地形。海底地形和海岸線形狀對(duì)近岸潮汐的變化特征具有非常重要的影響，為直觀表征模擬區(qū)域的地形特征，模擬區(qū)域的地形和水深分布（圖2）。模式的內(nèi)模式時(shí)間步長(zhǎng)取60 s，外模式時(shí)間步長(zhǎng)取2 s，模式運(yùn)行480 h，最后48 h每小時(shí)輸出一次水位場(chǎng)，通過(guò)最小二乘調(diào)和分析法得到計(jì)算域內(nèi)各網(wǎng)格點(diǎn)上的潮汐調(diào)和常數(shù)。M2、K1、O1和S2分潮同潮圖如圖6所示，遲角采用東8區(qū)。

為了評(píng)估潮汐數(shù)值模擬的精度，選用14個(gè)長(zhǎng)期驗(yàn)潮站作為驗(yàn)證點(diǎn)（圖3），分別收集至少12個(gè)月的實(shí)測(cè)驗(yàn)潮數(shù)據(jù)，對(duì)驗(yàn)證點(diǎn)進(jìn)行調(diào)和分析。潮汐的調(diào)和常數(shù)具有穩(wěn)定性，由潮汐場(chǎng)模型內(nèi)插出驗(yàn)證點(diǎn)處的調(diào)和常數(shù)，將內(nèi)插得到的調(diào)和常數(shù)與由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得到的調(diào)和常數(shù)相比較來(lái)驗(yàn)證模擬精度。表1為其中4個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)處8個(gè)主要分潮的調(diào)和常數(shù)的對(duì)比，其中ΔH (cm）表示振幅差，Δg（°）表示遲角差。為直觀表征驗(yàn)潮點(diǎn)各分潮的振幅和遲角誤差，來(lái)檢驗(yàn)POM模擬精度，從圖4和圖5中可以看出，4個(gè)驗(yàn)潮點(diǎn)中除個(gè)別幾個(gè)分潮振幅和遲角誤差偏大之外，誤差都在允許的范圍內(nèi)。產(chǎn)生誤差的可能原因是為了提高計(jì)算效率，降低了地形的分辨率，模型分辨率不夠，在有些岸線彎曲程度復(fù)雜的地方處理不夠精細(xì)，還有可能就是水深資料不夠準(zhǔn)確，造成局部誤差過(guò)大。但總體來(lái)講，調(diào)和常數(shù)的計(jì)算值與實(shí)測(cè)調(diào)和常數(shù)值相差較小，模擬精度基本符合要求。通過(guò)對(duì)驗(yàn)證點(diǎn)的振幅差和遲角差分析，實(shí)現(xiàn)渤海M2、S2、K1、O14個(gè)主要分潮的伴隨同化數(shù)值模擬。所得4個(gè)主要分潮的調(diào)和常數(shù)精度為：振幅絕均差分別為1.4 cm、1.25 cm、1.37 cm、1.6 cm；遲角絕均差分別為：4.6°、7.3°、2.57°、4.27°，由于模擬區(qū)域受M2和K1分潮影響最強(qiáng)，較前人（高秀敏，2010；朱學(xué)明，2009）相比，本文研究的精度均有所提高。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[3]海岸帶等水位線信息提取與垂直基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換技術(shù)研究[D]. 申家雙.解放軍信息工程大學(xué) 2011
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碩士論文
[1]高精度動(dòng)態(tài)水深模型與服務(wù)研究[D]. 杜佳蕓.天津大學(xué) 2018
[2]渤、黃、東海潮汐潮流數(shù)值模擬研究[D]. 羅丹.上海海洋大學(xué) 2015
[3]渤海三維溫鹽流的數(shù)值模擬研究[D]. 鄭鵬.中國(guó)海洋大學(xué) 2013
[4]渤海潮波伴隨同化研究[D]. 高秀敏.國(guó)家海洋局第一海洋研究所 2010
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本文編號(hào)：3410554