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潮汐、潮流及海平面研究

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海平面是国家大地测量的高程基准。潮汐、潮流和海平面变化的观测、计算和预报不仅是物理海洋学中的重要问题,而且对航海、渔捞以及海域国民经济建设和军事活动都有实际意义。

1. 潮汐、潮流和海平面的观测 1948年以前,中国沿岸大约只有10来个验潮站,记录中错误甚多。目前已增至70多个。1958~1960年全国海洋综合调查期间,我国对近海海流观测付出巨大努力。从而对潮波分布的认识有了一个飞跃的提高。早期的潮汐观测主要是为了航海以致对潮汐变化比较重视,平时海平面变化则重视不够。故在观测中水尺零点常有随意调整而无详实记录的情况。近年来观测资料质量有了很大提高。

2. 潮波的数值计算 1970年我国开始用电子计算机进行潮波数值计算,对黄海东部已得出与实测符合良好的结果,现今数值模式已从二维发展到三维和多层模式,计算范围包含了整个渤、黄、东、南海以及许多港湾和河口。数值计算结果弥补了观测资料之不足。通过实测资料分析和数值计算,对中国近海潮汐潮流的分布已有了全面和相当确切的了解。

3. 潮汐、潮流预报 50年代以前,我国潮汐表只提供5个主港高低潮预报。1953年开始采用达尔文(Darwin)方法预报,包含11个分潮。1957年主港增至65个,附港269个。1964年开始逐步用电子计算机进行潮汐预报,采用杜德森(Doodson)方法,分潮增至60个。1981年开始采用自行设计的最小二乘分析方法,分潮增至115个,并引入天文-气象分潮。目前国内出版的潮汐表包含183个主港潮汐和17个航道潮流的预报。

由于潮流涉及三维空间,观测也比潮汐困难,故潮流预报主要采用永久性预报图表形式。1960年我国提出并采用了“准调和分潮方法”,较好解决了短期观测资料的分析问题。60~70年代初,采用前苏联杜瓦宁 (Duvin) 方法编制了永久潮流表。1973~1978年陆续编制出版了《中国近海潮流永久预报图表集》,该图表集的预报方法具有与杜瓦宁方法相当的准确度,而预报量减至1/10左右,其预报区域包括了渤、黄、东海,对马、台湾海峡和南海北部。

4. 潮汐动力学研究 海湾中潮波的解析求解是潮汐学的基本问题之一,称为泰勒 (Taylor)问题。我国学者于1965~1966年给出有摩擦的泰勒问题的解。近年来(1991)还给出含开边界条件和摩擦的泰勒问题的解。

60年代开始研究潮流垂直结构研究,至80年代给出一种解析解,从理论上导出潮流垂直结构的基本特征,并为观测结果所证实。70年代末以来,对潮波在浅水中的非线性效应做出许多重要成果,如非线性方程摄动解,摩擦非线性问题,杭州湾和南海东北部浅水潮波等。我国学者还对渤海和杭州湾的海底摩擦系数作了计算,其数值只有国际通用值的1/4至1/2。

5. 中国沿岸海平面变化研究 50年代以前我国高程基准十分混乱。1957年起采用青岛港1950~1956年7月平均海面作为全国高程零点,称作“黄海平均海水面”,但后来发现记录有错误,于是,1987年改用1952~1979年平面海面,称为“1985国家高程基准”,为我国大地测量高程的统一提供了基础数据。

通过验潮和大地水准测量,发现我国沿岸海平面自南向北下倾约70 cm,此坡度可诱生近海的北向海流。

关于海平面的长期变化有过大量研究,多数研究得出的我国沿海近50年来相对海平面上升率为0.1~0.15cm/a。河口区相对上升率较大(多由于地面沉降),引起政府重视。一些专家对未来海平面上升幅度作了预测。对国民经济发展决策有重要意义。

此外对于海平面的季节变化和年际变化,特别与厄尔尼诺的关系也做出很多研究,发现厄尔尼诺年我国南方水位出现下降现象。

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