基于JSCORS的全球海潮模型比較研究

董春來，蔣廷臣，周 立

(淮海工學院，江蘇連云港222005)

基于JSCORS的全球海潮模型比較研究

董春來，蔣廷臣，周 立

(淮海工學院，江蘇連云港222005)

針對沿海GPS高精度測量的要求，進行海潮模型的效用分析?；贘SCORS網站的基準信息數據，通過試驗設計與GAMIT軟件解算處理，繪圖對比CSR4.0、SCHW80與FES2004等3種常用海潮模型的改化修正效果，并取得區域性選擇海潮模型的合理結論。

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和月亮引潮力作用下所產生的周期性漲落現象。海潮負荷潮是指海潮對固體地球產生的影響，是海潮對GPS高精度測量的影響因素之一。20世紀以來，隨著認知與研究的發展，人們對海潮精度的要求越來越高，拉普拉斯所創立的潮汐動力學理論，已難以滿足時代發展的需要，因此一系列海潮模型應運而生。在沿海區域實施GPS高精度測量，必須考慮海洋潮汐變化對定位精度的影響，合理地選用全球海潮模型無疑是普遍關注的重要論題。本文旨在研究海潮模型對沿海GPS高精度測量的修正效果及適用性，為高精度海潮測量研究提供借鑒。

二、海潮模型的效用分析

根據Farrell理論，海潮負荷可由海潮的瞬時潮高與格林函數褶積積分算得，采用格林函數解法，求解海潮負荷對測站位移的影響，得到海潮負荷的各個方向變化模型為

式中，ΔU、ΔS、ΔW分別表示t時刻海潮負荷所產生的測站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個分潮波瞬時潮高;φ、φ'為測站積分面元緯度;λ、λ'為測站積分面元經度;A為測站到積分面元方位角;θ為球面角;Δ(φ，λ，t)表示測站位移負荷。通過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，可以求得測站位移負荷變形，即

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

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

由式(3)可以看出，ΔX、ΔY、ΔZ的數值與海潮模型的選擇有較大關系，表明海潮模型的選擇會影響全部海潮負荷改正的整體質量。因此，進行海潮改正時，要求合理選擇海潮模型，特別是符合區域沿海的海潮模型。

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的試驗方案設計

為了推進江蘇省信息化及測繪科技的發展，更好地服務于江蘇省國民經濟建設，JSCORS系統于2006年12月建成投入運行。至今，JSCORS系統包含有70個參考站點，其中，江蘇省內67個，上海境內3個。參考站點間距最長83 km，最短12 km，平均50 km。為了研究沿海區域GPS測量的海潮影響狀況，以江蘇沿海CORS基站點為基礎，以連云港周邊基站點為參考，選取10個基站點構成GPS網。站點如表2所示，網點及基線如圖1所示，基線總數為10×(10－1)/2=45條，基線號分別為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 基站點名和代碼

圖1 試驗方案站點及基線圖

五、海潮模型改化效果的比較分析

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

圖2 SCHW80與FES2004對基線向量改正偏差

圖3 CSR4.0與FES2004對基線向量改正偏差

圖4 CSR4.0與SCHW80對基線向量改正偏差

對比分析圖2、圖3和圖4可知:

1)使用不同的海潮模型對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1.2 mm，Y方向的差值可達3 mm，Z方向的差值可達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1 mm，Y方向的差值可達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1 mm，Y方向的差值可達3 mm，Z方向的差值達到1 mm。

2)海潮模型對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在Y方向上;在圖3中，GPS基線向量的改正方向主要體現在X方向上;在圖4中，GPS基線向量的改正方向主要也體現在Y方向上?？梢姴煌暮３蹦Ｐ蛯PS基線向量的改正存在著差異。

六、結束語

海洋潮汐作為沿海GPS高精度測量的關鍵誤差來源之一，在實施GPS高精度測量過程中必須合理選擇海潮模型。本文比較研究了修正海潮對GPS測量影響的CSR4.0、SCHW80與FES2004 3種海潮模型，運用分析軟件包GAMIT及現代計算方法，基于沿海江蘇CORS參考站單網，試驗分析了CSR4.0、SCHW80與FES2004 3種海潮模型修正效果。結果表明:

1)高精度GPS測量必須加入海潮模型改正，海潮對GPS測量基線坐標分量的影響不同，一般來說，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，實施沿海高精度GPS測量，選擇適合局域的海潮模型，對于江蘇沿海GPS測量來說，選用FES2004模型實施海潮影響改正較為有利。

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

［2］ 張捍衛，鄭勇，趙方泉.海洋負荷潮汐對測站位移影響的理論研究［J］.大地測量與地球動力學，2003，23(1):69-73.

［3］ 周江存，孫和平.近海潮汐效應對測站位移的負荷影響［J］.地球物理學進展，2007，22(5):1340-1344.

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

［5］ 許軍，暴景陽，劉雁春，等.潮汐模型對利用衛星測高數據研究海平面變化的影響［J］.武漢大學學報:信息科學版，2006，31(6):503-507.

［6］ 袁林果，丁曉利，孫和平，等.利用GPS技術精密測定香港海潮負荷位移［J］.中國科學:地球科學，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

江蘇省海洋資源開發研究院開放基金(JSIMR10C01)

董春來(1963—)，男，安徽安慶人，副教授，主要研究方向為大地測量及數據處理。