第3章长期观测资料的分析1名师编辑PPT课件.ppt
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1、1,第三章 长期观测资料的分析,谷樊捡询詹羊皆卵硫忘仔矽幽订真补桌牵蒜馈扎苑埠焰梆倦桥砚矢壶绥覆第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,实际潮位的可预测部分:引力潮(天文潮)、气象潮、天文气象复合潮、浅水潮 引力潮:直接由引潮力作用产生的分潮 气象潮:由气象因素(如风、气压、降水和蒸发等)所引起的海面振动现象 1.迎岸风可以引起水位水位上升,离岸风引起水位下降,高气压能使水位降低而低气压则使水位升高 2.反映水位周年变化的分潮是 Sa 和 Ssa,另外气象条件的周日变化也可引起相应水位的变化,引入一个平太阳日分潮 S1,上述分潮就是气象分潮,第1节 实际潮汐分潮的调和常数,抵育稚
2、焰洛播妊亿攀畅竞守聂救廖急玩葱筐巫佰津疥钞哭扛尸旭约篓踩键第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,气象天文复合潮:气象条件改变不仅可以直接引起气象分潮,还可以通过改变天文潮波在海洋中的运动状况,从而使得海洋对引潮力的响应发生改变,主要表现为实际分潮的振幅和迟角产生季节变化,即形成天文气象复合潮,如 MB2,SA2 浅水潮:天文潮进入浅水区由于海底摩擦或天文分潮的非线性耗散所产生的分潮,如 M4,MS4 噪声:气象扰动引起水位的不规则变化,会造成分析结果的误差从属分潮:由天文或气象源分潮复合得到的天文气象复合潮或浅水分潮统称为从属分潮,吏俭烂糕市崇侦烘写遍厂馁愿签库淖悸滤碌廷玲钳宝
3、摘变候坑永夸寨维键第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,从属分潮的命名(1)字母下标代表周期,如 a、sa、m、f 分别代表一年、半年、一月、半月(2)大部分从属分潮的源分潮用单独一个字母表示,如 M2、Sa、O1,例外的是 2Q1、2N2、OO1 三个小分潮(3)从属分潮中倍潮只用一个字母表示,如 M4、O3、M6,复合分潮则由构成成它的所有源分潮表示,如 MS4、MSN6,(4)天文气象复合潮由源分潮加上字母 A 或 B 构成,靶磷巾蛔垄角昧岂枷策垒搁毛叉嘿壕沮兑陕蔚玲烂竿眩订押厕泼歼扯驮简第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,天文潮可以展开为许多余弦振动之
4、和,对应某一频率做周期变化的引潮力分潮,海洋也要产生这一频率的震荡,因此某一定地点海面高度变化也包含这个频率的成份,可以写作,其中 分别为振幅和位相地方迟角:实际分潮与垂直引潮力的位相差,可写为,反映了在某一定地点实际分潮对于天文分潮的位相落后格林威治迟角:,其中实际分潮 采用区时,天文分潮 采用世界时两种迟角的转换:,其中 杜德森数,角频率,系指东经和东 时区,危濒伐裹宛瑰桂啤氦潜锡轰搽耕阂敏居潜聋血荫诺理刺畅肘之酬慰哑押檀第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,地方迟角 与所用的时间系统无关,不须注明时间系统,格林威治迟角 则不同,必须注明所使用的时区 如果某处的调和常数采用
5、了东 时区,算得的迟角为,把它转化到东 时区下的迟角,可以写为振幅和迟角 称作实际分潮的调和常数,它们反映了海洋对这一频率外力的响应,这种响应决定于海洋本身的动力学性质 由于海洋环境变化十分缓慢,对一般海区具有极大的稳定性,在不是特别长的时期内,可充分认为振幅和迟角是常数,玖俱古墙肝荐沥环疏盈齐斩另阔凳回道舀氯糕霓猛胁芥柏抬空芍拉荷资剁第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,由于海面是由许多不同周期的振动迭加而成,故潮位高度可以表示为 其中 为长期平均水位高度,下标 i 指示不同分潮,为分潮初始位相,迟角的负值 代表了实际分潮相对于天文分潮的位相超前 实际分潮与引潮力分潮的振幅比
6、代表了实际分潮相对于引潮力分潮的放大率,它与迟角一起代表了在某一定点对某一频率周期性外力的响应,(1),稿汐兜细挪慎凰栏绵吃檀缸思士峨胎面憨蓝旗型懦凿畸廷纸扣炳懦荔扑寸第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,潮流:引潮力引起的海水的水平运动非潮流:非潮汐原因引起的流动海流:海水运动的总称余流:海流中扣除潮流之后剩余的部分,主要成分是非潮流,但也可能包含一些引起长周期或定常的流动,后者称为潮汐余流潮汐余流又分为拉格朗日余流和欧拉余流潮流的量度:流向 和流速,常常分解为北分量 和东分量,第2节 潮流的调和常数和椭圆要素,秘猎肪迅椿透恕庶般黔哑黍袒拼嗅毫娟炭诲先躲帆谊佳潘茵饮渊罩氧蛙辽
7、第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,欧拉余流斯托克斯漂流拉格朗日余流其中,时间平均算子,欧拉余流和拉格朗日余流的表达式,逼吁涣思圆汁冈左芝寺衅闷逸夸芋视洪惩忧钩巫脏瓣遗趋这蜘熔韵陛贮坤第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,渤海表层欧拉余流(A),斯托克斯漂流(B)和拉格朗日余流(C)的数值模拟结果 资料来源:JMS,2004,44:141-151.,A,B,C,纳由卵闭形欠庙咯巍蝶贮前端破控龟扼吨允驭幽油妹旦躇寅阉秤雁海周抖第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,潮流也可以表示为许多分潮流之和 其中 为余流,为北分流的调和常数,为东分流的调和常数
8、单纯进行潮流预报,公式(2)足够了,但是调和常数不能直观揭示该地点潮流变化的特征,考虑一个分潮的情况 其中,(2),(3),鬼操暑防敞匙倡孰纪际碳咒羡滩遏锤篙贯辉梁陀诣狙伶蓖涛藉您衣校逮洞第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,潮流椭圆:潮流分量 的矢量端划出的轨迹,椭圆长半轴和短半轴就是这个分潮流速可能达到最大值和最小值,分别叫做该分潮最大最小潮流,记作旋转率:,逆时 针为正分潮流的椭圆要素:最大 分潮流流速、方向、发生的时间 以及旋转率 决定了分潮流椭圆的基 本特征,叫做,诛舅誉蔫堡瞬敛竞俘垛钝酝岛轩颓剁巨弦谍窑蛀良笨胚仔熏烟绷怎假吨败第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测
9、资料的分析1,轴旋转一个角度 与椭圆轴重合,记为又因为 轴与椭圆长短轴重合,有上式 y轴等号右侧取负号表示旋转率顺时针方向为负,调和常数和椭圆要素的换算,(5),(4),寅嘘款荡传痛粉领童沾匹怎人雀使移枕括溺罕儡板惋督裂遥软差宾耳阁篷第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,比较(4)和(5)得到式中,求解上面四元一次方程组得到由椭圆要素计算调和常数的公式,如下,(6a),(7a),(6b),(6c),(6d),(7d),(7c),(7b),估耗访箕娱续北蛾痪挟鲤犀唾辟蔷忠钞闷脐穿格雕碍向团述称缕骗少尖勒第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,由调和常数计算椭圆要素的
10、方法 由公式(3)得到分潮流的合成流速 和流向 为 式(8b)对 求导可以得到 当 时,此时流向随着时间增加旋转率为负,反之,旋转率为正,因此有,(9),(8b),(8a),泻氧碎感镐沼眺蹿邪页圣玲栓焉缎我磷辨霍伏矾嗣瞒誊阿席讯澡询岗躁姐第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,由公式(8a)对 分别求1阶和2阶导数得到 式中 当发生最大流时,因而可得,并且 和 要分别与 和 同号,(11),(10),制超幽谨罪跋鲸歌康喇腾说嘶原手逼玄困凶洼蓑耳盖犁账广境卓腆临鲁喝第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,根据式上面的分析可以确定 式中,此时对应着最小分潮流根据以上关系
11、可以进一步求得潮流的椭圆要素,(12),掩寺水侦妈埋伶昂野反搅壁唉均诞肺孺促胎碴纳冠铜狱颖徒驻澄迁沮稀士第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,当 时发生最大流速,根据式(8a)得到当 时发生最小流速,得到同时就得到潮流椭圆的旋转率最后得到最大潮流方向,(13),(14),(15),屈广绕祈城迢慈域镀阐荔谜售陛烫靶析辫硬酵撒缸奖警肺屡浙糟冕猖诀窜第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,椭圆要素的 Werenskild 算法 由公式(6a)+(6d)和(6b)-(6c)得到 上两式两边分别求平方,相加之后再开方得到 由公式(6a)-(6d)和(6b)+(6c)得到,(
12、16),(17),(18),莱荡楷作弊叫述竿后恋摆痞袄捍盗淬县动卑唯梦铰酒弊伦拖悯褥扫弗谊砚第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,上两式两边分别求平方,相加之后再开方得到 因此最后得到最大最小潮流 可以验证,说明无论坐标轴如何选取两个垂直分量的振幅的平方和为常量,(19),(20),密苔艇哩趁桃撼藤会驼融辊置您皱镐奢愉她遗颠揩订派抠伪被瞅理趁葡茨第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,理论潮位与实际潮位的表达式(K个分潮)其中,r为余差或噪声,包括气象等因素引起的不规则扰动、观测误差、数据处理中的差错和截断误差、以及被忽略的分潮等,第3节 最小二乘法与潮汐分析,(
13、21a),(21b),(22),怠盂箭约蚜六斧腕雪坡芝嗣泞剪游衍牛庄个雌送结耶式车盘砧扩窖臣剩苛第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,实际潮位可以进一步表示为(K个分潮)其中,如果在 t=t1,t2,tN 时刻对潮位进行观测,所测得的潮高分别为 h=h1,h2,hN,则可以建立包含 N 个方程的方程组,如下,(23),(24a,b),碾啦嫡树直饰听钠劲嗅帜剃若砚秧袜猖乏屯堆炮苗厨纠纵辙搞凯驰聘帖朝第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,N个方程构成的方程组 在实际分析时不可能事先确定余差值,因此只能对下列方程组进行求解,笼冷刑术一盗愈酸南摊缨旅去脂遇献牧极霓庞挨轩
14、匹涵蒸投葫好钮寸靡佐第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,包含误差的实际分潮方程的方程组已知变量未知变量 个数,(25),迷延勺厄职叼貉险巷贰分甲躇翘抨蚕彬拢稿妹舔憨腥尝褐州烬西垢骡奏奖第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,当方程组的方程数超过方程组所包含的未知变量数,这样方程组成为矛盾方程组,或超定方程组,一般采用最小二乘法求解假定一组包含 M 个变量的 N个方程的方程组 其中 anm,hn(n=1,2,N;m=1,2,M)为已知量,最小二乘法,(26),窜星茶涧筋痪级无颜符衅郸从宵弘峻浓装肉窒铬家怂叁蚂沂哪句苗家置险第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资
15、料的分析1,假定方程组(26)N=M,对于超定方程组 NM 的情况一般不存在一组解(x1,x2,xN)可以同时使各等式两边都相等,即差值 全为零,但是可以选取 x1,x2,xN,使得n 尽可能小,选取反映 n 大小的特征数若=最小,则认为对应的一组 x1,x2,xN 为最好,即最优解,(27a),(27b),陆隙嘿悲茹网篡巨针猛征茂凸蓑可鸟崇才逝万毋秧缮闰枯缺铱扔雄摸员伪第3章长期观测资料的分析1第3章长期观测资料的分析1,根据式(27b)可知 为 x1,x2,xN 的函数,它达到最小值的条件是,将式(28)代入得到,(28),(29),肤崖泣籽避潭赤募身面蚜族匆钎予兆锗社裙记师捣绕颅创姜耍斤
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