潮汐調和分析
正文
把任意地點的潮位變化按展開式的諧波項分解為許多分潮,並根據潮位觀測數據計算各分潮的振幅和相位的方法,又稱潮汐諧波分析,是潮汐分析和預報的一種經典方法。分潮 就天體引潮力所引起的潮汐(天文潮)而言,其潮高ξ 可視為各種分潮的潮高之和。 式中σj為圓頻率;t為時間;Vj為t=0時的相位;K 為公共因子;Cj為振幅因子;Фj為緯度因子。分潮振幅由K、Cj和Фj三部分所組成:① K 等於0.268米,②Cj和分潮有關,③Фj決定於地理緯度φ。1883~1886年間,G.H.達爾文首先計算出主要分潮的上述各要素,給出其中一些重要分潮的名稱和符號。1921年,A.T.杜森給出更精確的結果,列出了Cj≥0.0001的分潮共 300多個。D.E.卡特賴特等人於70年代初期,利用最新天文數據重新計算的結果,列出了400多個分潮,其中主要分潮見表。 海洋中的潮汐,主要包括這些周期不同的振動,其振幅和相位因地而異,對某一定的地點來說,潮高可寫成 式中S0為平均海面高度;r為非天文因素產生的非周期性的水位變化;Hj和gj分別是分潮的振幅和遲角,它們只和地點有關,稱為潮汐調和常數。在此表達式中,大多數的分潮是由引潮力所產生的。其餘的分潮,按其成因可分為兩類:①由太陽輻射的周期性變化引起的分潮,其中最主要的是太陽年分潮Sa,其圓頻率為0.04107°/小時,周期為 1年。②由淺水非線性效應引起的分潮,其圓頻率是天文分潮頻率的倍數、和數或差數,例如M4,Ms4,Msf的圓頻率分別是2σM2,σM2+σS2,σS2-σM2,這些分潮只對淺海潮汐起著比較重要的作用。
調和分析 實際潮汐中所包含的分潮雖然數目很多,但實際上考慮的分潮通常只有幾十到一二百個。設考慮m個分潮,應計算的未知數是平均海面高度S0、各分潮的振幅Hi和遲角gi共2m+1個,所用的觀測資料一般是按一定的時間間隔(常用1小時)測定的潮位ξ(t1),ξ(t2),…,ξ(tw)。依照觀測序列的長度,大體上可將調和分析分為 3種類型:①短期,序列長度為一天至數天;②中期,半個月至數月;③長期,1年以上。
調和分析中所採用的一般方法是設計一組數字濾波器F嫵,計算。這些濾波器的特徵是它們的譜具有狹窄的以σj為中心的峰部,以便把圓頻率為σj的分潮分離出來。然後求解一些聯立方程組,並把濾波不完全所造成的偏差消除。濾波器峰部的寬度,總是受觀測時間的長度所限制,如果觀測時間不夠長,頻率很接近的分潮就分離不開,這時必須在這些分潮的調和常數之間引入預先給定的關係,例如假設它們的遲角相等,振幅之比等於相應的天文分潮振幅之比,然後把分潮分離。
參考書目
陳宗鏞編著:《潮汐學》,科學出版社,北京,1980。
W.H.Munk,D.E.Cartwright, tidal Spectroscopy and Prediction,PhilosophicalTransaction, Vol.A259,pp.533~581,1966.
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