CN105373684B - 一种基于月赤纬高度角的回归潮平均高高潮位的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明专利涉及一种基于月赤纬高度角的回归潮平均高高潮位的计算方法，其主要特点是包括：计算一个完整潮汐运动周期的逐时月赤纬高度角值；根据日潮特征海域的两个分潮迟角计算日潮龄值；计算顾及日潮龄值的月赤纬高度角值；将逐时潮汐预报值逐时月赤纬高度角值作精密配准，统计计算多组回归潮高高潮位及回归潮平均高高潮位的计算。本发明实现了日潮特征海域基于月赤纬高度角的回归潮平均高高潮位计算功能，弥补了已有海岸线定义不适用于日潮特征海域的缺陷，拓展了海岸线定义的内涵，适用于日潮特征海域进行的海岸线高度测量。

Description

一种基于月赤纬高度角的回归潮平均高高潮位的计算方法
技术领域
本发明属于海洋测绘海岸线测量技术领域，尤其是一种基于月赤纬高度角的回归潮平均高高潮位的计算方法。
背景技术
在海洋海岛礁地形测绘中，海岸线是海岛面积量算的基本依据，也是测制海岛地形图的重要要素。现有GB/T 7929-1995《地形图图式》、GB12319-1998《中国海图图式》及GB12327-1998《海道测量规范》等国家标准规定，海岸线是指平均大潮高潮的痕迹所形成的水陆分界线。对于半日潮特征海域，潮汐高低潮时刻取决于月相(朔、望)极值时刻，已有海岸线定义是没有问题的。对于日潮特征海域，潮汐高低潮时刻则主要取决于月赤纬极值时刻，平均高潮位不能描述日潮特征海域的高潮位，现有海岸线定义在日潮特征海域是无实际意义的。
对于日潮特征海域，如何给出海岸线新定义，在此基础上如何实现计算，是海洋海岛礁地形测绘中海岸线高度测量面临的新问题。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种设计合理、精度高且方法简单的基于月赤纬高度角的回归潮平均高高潮位的计算方法。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
一种基于月赤纬高度角的回归潮平均高高潮位的计算方法，包括以下步骤：
步骤1、以一个回归月为计算单位，从潮汐数据开始时刻起算，逐时精确计算一个完整潮汐运动周期的逐时月赤纬高度角值；
步骤2、根据日潮特征海域的两个分潮迟角计算日潮龄值；
步骤3、将步骤1得到的月赤纬高度角值作时间尺度因子为步骤2得到的日潮龄值的平移，得到顾及日潮龄值的月赤纬高度角值；
步骤4、将潮汐预报时间间隔为一小时、预报周期为一个完整潮汐运动周期的逐时潮汐预报值与步骤3得到的经时间平移后的月赤纬高度角值作精密配准，以一个回归月为单位统计计算多组回归潮高高潮位，最后计算回归潮平均高高潮位。
而且，所述一个回归月为27.32158天，所述一个完整潮汐运动周期为18.61年。
而且，所述步骤1计算一个完整潮汐运动周期的逐时月赤纬高度角值是通过月球在白道上的逐时真经度和逐时白赤交角精密计算得到的，具体计算公式为：
和
式中：δM表示月赤纬高度角值，lM为从Υ′起算的月球在白道上的逐时真经度，I表示白赤交角；s为从Υ′起算的月球平均经度，h为从Υ起算的太阳平均经度，p为从Υ′起算的月球近地点平均经度，ps为从Υ起算的太阳近地点平均经度，N为从Υ起算的月球升交点平均经度；Υ为春分点、Υ′为辅助春分点，σM为月球在白道上从A点起算的平均经度，A为白赤交点；eM为月球轨道偏心率，其取值为0.054900，m是太阳与月球运行速度的比值，其取值为0.074804。
而且，所述步骤2计算日潮龄值的方法为：
式中：分别表示K1、O1分潮迟角，t为日潮龄值。
而且，所述步骤4逐时潮汐预报值的计算方法为：
式中：h(t)为从当地平均海面起算的任意时刻t潮汐预报值，Hi和gi表示分潮振幅和迟角，fi和ui分别表示分潮交点因数和交点改正角，σi表示分潮角速率，vi表示分潮天文初位相，M13为13。
本发明的优点和积极效果是：
本发明通过理论分析和试验验证证明，揭示了日潮特征海域月赤纬高度角极值与回归潮高高潮位的强相关性，实现了日潮特征海域基于月赤纬高度角的回归潮平均高高潮位计算功能，弥补了已有海岸线定义不适用于日潮特征海域的缺陷，拓展了海岸线定义的内涵，适用于日潮特征海域进行的海岸线高度测量，为海洋海岛礁地形测绘日潮特征海域的海岸线如何定义及海岸线高度如何计算提出新的解决方案。
附图说明
图1是本发明的处理流程图；
图2是月球赤纬等相关天文变量的示意图；
图3是TideGauge验潮站部分时段的潮汐预报值与月赤纬值之间的关系图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
本发明是在日潮特征海域，将海岸线定义为回归潮平均高高潮位。本发明的计算方法包括如下一些内容：18.61年一个完整潮汐运动周期的逐时月赤纬高度角计算；日潮龄值计算；基于多个潮汐分潮调和常数作18.61年的逐时潮汐预报；顾及日潮龄值对月赤纬高度角与回归潮高高潮位作精密配准；回归潮高高潮位的统计及回归潮平均高高潮位的计算。
一种基于月赤纬高度角的回归潮平均高高潮位的计算方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、以一个回归月即27.32158天为一个计算单位，从潮汐数据开始时刻起算，逐时精确计算以18.61年为一个完整潮汐运动周期的逐时月赤纬高度角值。
在本步骤中，逐时月赤纬高度角值是通过月球在白道上的逐时真经度和逐时白赤交角精密计算得到的，具体计算方法如下：
图2给出了月赤纬等相关天文变量关系，其中A表示白赤交点，I表示白赤交角，MM0弧段表示月赤纬，这里用δM表示月赤纬高度角值，Υ为春分点、Υ′为辅助春分点，ω表示黄赤交角，数值为23.452°，i表示黄白交角，数值为5.145°。
在计算月赤纬高度角值δM时，需用以下数个基本天文变量：s为从Υ′起算的月球平均经度，h为从Υ起算的太阳平均经度，p为从Υ′起算的月球近地点平均经度，ps为从Υ起算的太阳近地点平均经度，N为从Υ起算的月球升交点平均经度，上述基本天文变量的计算公式如下：
其中n为Y年1月1日开始累积的日期序数(这里1月1日的n值为零)，m0为1900至Y年的累积闰年数，t为观测时刻。
从图2中ΔAMM0知，
其中lM为从Υ′起算的月球在白道上的真经度。
在ΔΥΩА中依球面三角形余弦定理得，
cos(180°-I)＝-cosω·cos i+sinω·sin i·cos N (7)
进一步依球面三角形正弦定理得，
sinν＝sinN·sini/sinI (8)
其中v＝ΥA，由于
sinAΩ＝sinN·sinω/sinI (9)
进一步依球面三角形余弦定理得，
cosAΩ＝cosN·cosv+sinN·sinv·cosω (10)
因此，
月球在白道上从A点起算的平均经度σM为，
σM＝AΩ+s-N (12)
其中eM为月球轨道偏心率即0.054900，m是太阳与月球运行速度的比值，即0.074804，其余参数见式(1)～(5)所示。至此，依式(6)、(13)可计算得到δM值。
步骤2、根据日潮特征海域的K1、O1两个分潮迟角计算日潮龄值。具体方法如下：
日潮龄t可采用下式得到，其中分别表示K1、O1分潮迟角。
步骤3、将步骤1得到的月赤纬高度角值作时间尺度因子为步骤2得到的日潮龄值的平移，得到顾及日潮龄值的月赤纬高度角值。
步骤4、将潮汐预报时间间隔为一小时、预报周期为18.61年的逐时潮汐预报值与步骤3得到的经时间平移后的逐时月赤纬高度角值作精密配准，以一个回归月为单位，统计计算多组回归潮高高潮位，最后计算回归潮平均高高潮位。具体方法如下：
在本步骤中，潮汐预报时间间隔为一小时、预报周期为18.61年的逐时潮汐预报值采用以下方法得到：从当地平均海面起算的任意时刻t潮汐预报值h(t)，采用如下计算：
式中Hi和gi表示分潮振幅和迟角，fi和ui分别表示分潮交点因数和交点改正角，σi表示分潮角速率，vi表示分潮天文初位相，M13为13。
在得到逐时潮汐预报值后，将逐时潮汐预报值与逐时月赤纬高度角值作精密配准，以一个回归月为单位，统计计算多组回归潮高高潮位。假定一个验潮站TideGauge共13个分潮调和常数如表1所示，由此知该验潮站潮汐类型数为2.40，所在海域为不正规日潮。
表1 TideGauge的13个分潮的调和常数
分潮 H(振幅,厘米) g(迟角,度)
Q1 6.00 235.8
O1 29.10 259.6
P1 10.40 300.5
K1 34.00 308.3
N2 5.80 270.6
M2 26.30 288.8
S2 10.10 321.5
K2 3.70 315.8
M4 0.20 130.1
MS4 1.60 23.7
M6 0.10 153.3
Sa 4.80 183.6
Ssa 0.79 26.1
根据日潮龄值t＝44小时，结合18.61年的月赤纬高度角值，作时间平移配准；进行以一个回归月为基本单位的回归潮高高潮位统计；对18.61年周期内所有回归潮高高潮位计算平均值，其中顾及日潮龄值对月赤纬高度角与回归潮高高潮位作时间配准的结果如图3所示。图3给出了TideGauge验潮站部分时段(2015-01-01～2015-01-25)的潮汐预报值与月赤纬值之间的关系，图中水平方向的浅灰色曲线表示月赤纬值，水平方向的深灰色曲线表示顾及日潮龄作时间平移后的月赤纬值，单位均为度；垂直方向曲线表示潮汐预报值，单位为cm。
经计算，TideGauge验潮站的回归潮平均高高潮位值为77.2厘米，即该站的海岸线高度值为77.2厘米。
本发明的回归潮平均高高潮位与传统海岸线定义中的多年平均大潮高潮面在基本概念、计算原则及方法上均不同，这种差异在不同潮汐类型海域是真实存在且不可替换的，将海岸线定义修订为平均大潮高潮面或回归潮平均高高潮位与海岸的交接线更科学。本发明适用于在日潮特征海域开展的海岛礁测绘海岸线高度值计算。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种基于月赤纬高度角的回归潮平均高高潮位的计算方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、以一个回归月为计算单位，从潮汐数据开始时刻起算，逐时精确计算一个完整潮汐运动周期的逐时月赤纬高度角值；
步骤2、根据日潮特征海域的两个分潮迟角计算日潮龄值；
步骤3、将步骤1得到的月赤纬高度角值作时间尺度因子为步骤2得到的日潮龄值的平移，得到顾及日潮龄值的月赤纬高度角值；
步骤4、将潮汐预报时间间隔为一小时、预报周期为一个完整潮汐运动周期的逐时潮汐预报值与步骤3得到的经时间平移后的月赤纬高度角值作精密配准，以一个回归月为单位统计计算多组回归潮高高潮位，最后计算回归潮平均高高潮位。
2.根据权利要求1所述的一种基于月赤纬高度角的回归潮平均高高潮位的计算方法，其特征在于：所述一个回归月为27.32158天，所述一个完整潮汐运动周期为18.61年。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于月赤纬高度角的回归潮平均高高潮位的计算方法，其特征在于：所述步骤1计算一个完整潮汐运动周期的逐时月赤纬高度角值是通过月球在白道上的逐时真经度和逐时白赤交角精密计算得到的，具体计算公式为：
和
式中：δM表示月赤纬高度角值，lM为从Υ′起算的月球在白道上的逐时真经度，I表示白赤交角；s为从Υ′起算的月球平均经度，h为从Υ起算的太阳平均经度，p为从Υ′起算的月球近地点平均经度，ps为从Υ起算的太阳近地点平均经度，N为从Υ起算的月球升交点平均经度；Υ为春分点、Υ′为辅助春分点，σM为月球在白道上从A点起算的平均经度，A为白赤交点；eM为月球轨道偏心率，其取值为0.054900，m是太阳与月球运行速度的比值，其取值为0.074804。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于月赤纬高度角的回归潮平均高高潮位的计算方法，其特征在于：所述步骤2计算日潮龄值的方法为：
式中：分别表示K1、O1分潮迟角，t为日潮龄值。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于月赤纬高度角的回归潮平均高高潮位的计算方法，其特征在于：所述步骤4逐时潮汐预报值的计算方法为：
式中：h(t)为从当地平均海面起算的任意时刻t潮汐预报值，Hi和gi表示分潮振幅和迟角，fi和ui分别表示分潮交点因数和交点改正角，σi表示分潮角速率，vi表示分潮天文初位相，M13为13。
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