基于JSCORS的全球海潮模型比較研究

董春來(lái)，蔣廷臣，周 立

(淮海工學(xué)院，江蘇連云港222005)

基于JSCORS的全球海潮模型比較研究

董春來(lái)，蔣廷臣，周 立

(淮海工學(xué)院，江蘇連云港222005)

針對(duì)沿海GPS高精度測(cè)量的要求，進(jìn)行海潮模型的效用分析?；贘SCORS網(wǎng)站的基準(zhǔn)信息數(shù)據(jù)，通過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與GAMIT軟件解算處理，繪圖對(duì)比CSR4.0、SCHW80與FES2004等3種常用海潮模型的改化修正效果，并取得區(qū)域性選擇海潮模型的合理結(jié)論。

JSCORS;海潮模型;GAMIT;比較研究

一、引 言

海洋潮汐是由于海水在太陽(yáng)和月亮引潮力作用下所產(chǎn)生的周期性漲落現(xiàn)象。海潮負(fù)荷潮是指海潮對(duì)固體地球產(chǎn)生的影響，是海潮對(duì)GPS高精度測(cè)量的影響因素之一。20世紀(jì)以來(lái)，隨著認(rèn)知與研究的發(fā)展，人們對(duì)海潮精度的要求越來(lái)越高，拉普拉斯所創(chuàng)立的潮汐動(dòng)力學(xué)理論，已難以滿足時(shí)代發(fā)展的需要，因此一系列海潮模型應(yīng)運(yùn)而生。在沿海區(qū)域?qū)嵤〨PS高精度測(cè)量，必須考慮海洋潮汐變化對(duì)定位精度的影響，合理地選用全球海潮模型無(wú)疑是普遍關(guān)注的重要論題。本文旨在研究海潮模型對(duì)沿海GPS高精度測(cè)量的修正效果及適用性，為高精度海潮測(cè)量研究提供借鑒。

二、海潮模型的效用分析

根據(jù)Farrell理論，海潮負(fù)荷可由海潮的瞬時(shí)潮高與格林函數(shù)褶積積分算得，采用格林函數(shù)解法，求解海潮負(fù)荷對(duì)測(cè)站位移的影響，得到海潮負(fù)荷的各個(gè)方向變化模型為

式中，ΔU、ΔS、ΔW分別表示t時(shí)刻海潮負(fù)荷所產(chǎn)生的測(cè)站U向(徑向)、S向和W向位移;ρ為海水密度; Hi(φ'，λ')為積分面元第i個(gè)分潮波瞬時(shí)潮高;φ、φ'為測(cè)站積分面元緯度;λ、λ'為測(cè)站積分面元經(jīng)度;A為測(cè)站到積分面元方位角;θ為球面角;Δ(φ，λ，t)表示測(cè)站位移負(fù)荷。通過(guò)Δ(φ，λ，t)可求出各分潮波位移改正的振幅與相位，再以此為基礎(chǔ)，可以求得測(cè)站位移負(fù)荷變形，即

式中，Δj(j=1，2，3)分別代表測(cè)站S向、W向與U向海潮負(fù)荷變形;N為潮波總數(shù);fi指與月球升交點(diǎn)經(jīng)度相關(guān)系數(shù);Aj指與測(cè)站第j個(gè)位移分量相適應(yīng)的第i個(gè)分潮波振幅;wit+xi+ui為第i個(gè)分潮波于t時(shí)刻地球固體潮而造成的相位延遲，其中，wi為第i個(gè)分潮波角頻率，xi為天文幅角數(shù)，ui為與月球升交點(diǎn)經(jīng)度相關(guān)的參數(shù);φj指格林尼治相位。

為了更好地與常用的直角坐標(biāo)系統(tǒng)相結(jié)合，結(jié)合式(1)與式(2)，解得三維直角坐標(biāo)形式的位移變化ΔX、ΔY、ΔZ為

由式(3)可以看出，ΔX、ΔY、ΔZ的數(shù)值與海潮模型的選擇有較大關(guān)系，表明海潮模型的選擇會(huì)影響全部海潮負(fù)荷改正的整體質(zhì)量。因此，進(jìn)行海潮改正時(shí)，要求合理選擇海潮模型，特別是符合區(qū)域沿海的海潮模型。

三、常用海潮模型基本信息比較

CSR4.0、SCHW80和FES2004海潮模型是目前普遍使用的3種全球海潮模型。其基本信息比較如表1所示。

表1 海潮模型基本信息

四、基于JSCORS的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為了推進(jìn)江蘇省信息化及測(cè)繪科技的發(fā)展，更好地服務(wù)于江蘇省國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，JSCORS系統(tǒng)于2006年12月建成投入運(yùn)行。至今，JSCORS系統(tǒng)包含有70個(gè)參考站點(diǎn)，其中，江蘇省內(nèi)67個(gè)，上海境內(nèi)3個(gè)。參考站點(diǎn)間距最長(zhǎng)83 km，最短12 km，平均50 km。為了研究沿海區(qū)域GPS測(cè)量的海潮影響狀況，以江蘇沿海CORS基站點(diǎn)為基礎(chǔ)，以連云港周邊基站點(diǎn)為參考，選取10個(gè)基站點(diǎn)構(gòu)成GPS網(wǎng)。站點(diǎn)如表2所示，網(wǎng)點(diǎn)及基線如圖1所示，基線總數(shù)為10×(10－1)/2=45條，基線號(hào)分別為1(BGDH-BTGU)、2(BGDH-BTGY)、3(BGDH-BTQD)、4(BGDHBTRD)、5(BGDH-BTDF)、6(BGDH-BTUZ)、7(BGDHDZXY)、8(BGDH-GTBH)、9(BGDH-GTYW)、10(BTGU-BTGY)、11(BTGU-BTQD)、12(BTGU-BTRD)、…、43(DZXY-GTBH)、44(DZXY-GTYW)、45(GTBHGTYW)。

表2 基站點(diǎn)名和代碼

圖1 試驗(yàn)方案站點(diǎn)及基線圖

五、海潮模型改化效果的比較分析

為了減小海潮對(duì)GPS高精度測(cè)量的影響，加入海潮模型改正是非常必要的，試驗(yàn)以江蘇CORS基站為例，探討適合于江蘇沿海特別是連云港沿海GPS測(cè)量的海潮影響改正模型。利用Excel對(duì)比分析CSR4.0、FES2004、SCHW80兩兩海潮模型改正對(duì)基線坐標(biāo)分量的偏差，如圖2～圖4所示。

圖2 SCHW80與FES2004對(duì)基線向量改正偏差

圖3 CSR4.0與FES2004對(duì)基線向量改正偏差

圖4 CSR4.0與SCHW80對(duì)基線向量改正偏差

對(duì)比分析圖2、圖3和圖4可知:

1)使用不同的海潮模型對(duì)GPS基線的改正是不相同的。在圖2中，SCHW80與FES2004全球海潮模型的X方向的差值最大可達(dá)1.2 mm，Y方向的差值可達(dá)3 mm，Z方向的差值可達(dá)1.2 mm;在圖3中，CSR4.0全球海潮模型與FES2004全球海潮模型的X方向的差值最大可達(dá)1 mm，Y方向的差值可達(dá)0.5 mm，Z方向的差值則小得多，僅有0.2 mm;在圖4中，CSR4.0全球海潮模型與SCHW80模型的X方向的差值可達(dá)1 mm，Y方向的差值可達(dá)3 mm，Z方向的差值達(dá)到1 mm。

2)海潮模型對(duì)GPS基線向量的不同改正分量也不相同。在圖2中，GPS基線向量的改正方向主要體現(xiàn)在Y方向上;在圖3中，GPS基線向量的改正方向主要體現(xiàn)在X方向上;在圖4中，GPS基線向量的改正方向主要也體現(xiàn)在Y方向上?？梢?jiàn)不同的海潮模型對(duì)GPS基線向量的改正存在著差異。

六、結(jié)束語(yǔ)

海洋潮汐作為沿海GPS高精度測(cè)量的關(guān)鍵誤差來(lái)源之一，在實(shí)施GPS高精度測(cè)量過(guò)程中必須合理選擇海潮模型。本文比較研究了修正海潮對(duì)GPS測(cè)量影響的CSR4.0、SCHW80與FES2004 3種海潮模型，運(yùn)用分析軟件包GAMIT及現(xiàn)代計(jì)算方法，基于沿海江蘇CORS參考站單網(wǎng)，試驗(yàn)分析了CSR4.0、SCHW80與FES2004 3種海潮模型修正效果。結(jié)果表明:

1)高精度GPS測(cè)量必須加入海潮模型改正，海潮對(duì)GPS測(cè)量基線坐標(biāo)分量的影響不同，一般來(lái)說(shuō)，Z方向最小，X方向次之，Y方向最大。

2)盡管海潮模型差異很小，但是仍存在差異，實(shí)施沿海高精度GPS測(cè)量，選擇適合局域的海潮模型，對(duì)于江蘇沿海GPS測(cè)量來(lái)說(shuō)，選用FES2004模型實(shí)施海潮影響改正較為有利。

［1］ 周旭華，吳斌，李軍.高精度大地測(cè)量中的海潮位移改正［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，2001，30(4):327-330.

［2］ 張捍衛(wèi)，鄭勇，趙方泉.海洋負(fù)荷潮汐對(duì)測(cè)站位移影響的理論研究［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2003，23(1):69-73.

［3］ 周江存，孫和平.近海潮汐效應(yīng)對(duì)測(cè)站位移的負(fù)荷影響［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2007，22(5):1340-1344.

［4］ 陳憲冬.GPS精密定位中的海潮負(fù)荷改正［J］.西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，41(4):429-432.

［5］ 許軍，暴景陽(yáng)，劉雁春，等.潮汐模型對(duì)利用衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)研究海平面變化的影響［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào):信息科學(xué)版，2006，31(6):503-507.

［6］ 袁林果，丁曉利，孫和平，等.利用GPS技術(shù)精密測(cè)定香港海潮負(fù)荷位移［J］.中國(guó)科學(xué):地球科學(xué)，2010，40(6):699-714.

A Comparative Analysis of Global Ocean Tide Model Based on JSCORS

DONG Chunlai，JIANG Tingchen，ZHOU Li

0494-0911(2012)08-0001-03

P731

B

2012-03-14

江蘇省海洋資源開(kāi)發(fā)研究院開(kāi)放基金(JSIMR10C01)

董春來(lái)(1963—)，男，安徽安慶人，副教授，主要研究方向?yàn)榇蟮販y(cè)量及數(shù)據(jù)處理。