潮汐模型和潮汐动力学在海洋潮汐与水位控制中的应用

潮汐模型是基于潮汐模型与余水位监控法的基础模型，其空间分辨率、包含的分潮及其精度等是该水位改正方法能否应用的关键。在潮汐变化平缓、验潮站分布密集的较小区域，可采用空间内插的方式构建潮汐模型:每个网格点处的分潮调和常数是由验潮站处的调和常数按克里格、多面函数等方法内插得到。此类方法称为经验法，构建的潮汐模型归类于经验模型。目前，潮汐模型的构建一般不采用经验法，而是普遍采用基于潮汐动力学理论的数值模拟方法。

牛顿利用万有引力定律给出了引潮力，进而发展了平衡潮理论。平衡潮理论能解释潮汐的许多最基本的现象，并通过展开获得了海洋潮汐的频谱结构。潮汐现象解释以及展开都是针对某一点处的引潮力，并不考虑海水的惯性、黏性和海底摩擦等相互作用，因此，该理论也称为潮汐静力学理论。法国著名科学家拉普拉斯是第一个用流体动力学的观点研究海洋潮汐的，进而发展形成了潮汐动力学理论。该理论认为海洋潮汐是海水在月球和太阳水平引潮力作用下的一种长波运动，潮波内无数的水质点以一定的位相差相继运动，于是构成了潮波的传播。水质点运动在铅直方向上表现为潮位的升降，在水平方向上表现为潮流。其中，大洋中的潮汐是月、日引潮力引起的强迫(或受迫)潮波运动，而大洋附属海一般可看作自由潮波，其能量的来源主要是由毗邻的大洋维持的，而不是引潮力直接作用在该海区的结果。比如，东海、黄海、渤海的潮波主要是太平洋的潮波由东海传入所致。前进潮波从大洋或外海传来，遇到大陆发生反射，在满足一定条件的情况下，反射波与入射波叠加可能形成驻波。驻波的节点处没有潮位振动，称为无潮点。在地转等原因的影响下驻波波面不是停留在原来的地点做上、下振动，而是绕无潮点旋转，也就是说在一个潮波系统中，潮波波面是绕无潮点旋转传播的，这又使得潮波具有旋转特征。所以海区或大洋的潮波系统叫做旋转潮波系统或前进－驻波系统。

潮波在传播过程中受到海底地形、惯性、地转效应、摩擦力、海岸线形状等因素的影响，可由潮波运动方程和连续方程等数学模型进行描述。对全球海洋或局部海域利用近代数值方法求解潮波动力学方程的过程，称为潮波数值计算或数值模拟。基于各动力学方程可模拟海域各网格点处海水随时间的运动，进而获得各网格点处的潮汐信息，即构建了潮汐模型。因此，从流体动力学观点研究潮波运动是认识海洋潮汐的一个更全面的方式。早期受限于计算能力，数值模拟采用简化的动力学方程、较低的网格空间分辨率、精度较低的水深数据，因此，数值模拟的精度较低，只能大致了解区域的潮汐空间分布信息。随着流体动力学理论的进步以及计算能力的大幅提升，数值模拟的精度越来越高。单纯利用潮波动力学方程构建潮汐模型的方法，称为纯动力学法，构建的潮汐模型归类于纯动力学模型。(www.xing528.com)

1992年发射升空的TOPEX/POSEIDON(T/P)卫星，因其定轨和测高的高精度以及利于潮汐提取的轨道周期设计，极大地促进了海洋潮汐数值模拟的研究。T/P系列卫星(T/P、Jason-1、Jason-2等)以约9.9156天的周期重复观测海域上沿迹各点处的海面高变化。对于沿迹上的一点，由卫星多年观测的水位数据，按潮汐分析方法可获得精确的潮汐参数。这与处理验潮站数据并无本质区别。卫星测高提供了海域上十分丰富的潮汐参数成果，通过同化技术可改善潮波数值模拟的精度。同化技术使得观测数据与动力学方程相互融合，发挥数据对方程的“拉动”作用。目前得到广泛使用的全球或局部潮汐模型基本都是同化模型。