衛星海洋潮汐測量原理及其應用

敖新東　謝宏全　馬東洋　王亞娜　梅雪琴

摘 要：潮汐是地球上普遍存在的一種自然現象，它是在太陽和月亮引力的作用下，在地球的巖石圈、大氣圈和水圈中分別產生的周期性運動。本文主要介紹利用衛星對海洋潮汐形成的原理、測量的方式方法進行總結和歸納，以及海洋潮汐目前在環境保護、災害預防、電力等方面的應用做出具體的闡釋，詳細地說明了潮汐的可利用性以及對于未來建立環境友好型社會有著至關重要的作用。

關鍵詞：潮汐；潮汐測量；應用；周期性

中圖分類號：P228 文獻標志碼：A

大家都知道，由于月球和太陽對地球的引力作用導致地球表面海水會發生有規律的升降現象，此現象稱為潮汐。國內學者阮銳、申炳琦等人對于海洋潮汐測量的理論和方法都做出了詳細的闡釋。目前，我國常用的潮汐測量方法有聲測潮法和壓力式測潮法，GPS測潮法尚處于推廣應用階段。但其精度可以滿足海洋測量的要求。隨著科學技術的發展，現代測潮方法越來越多。潮汐測量技術已經從人工測量逐漸轉變為使用電子設備、衛星觀測，潮汐測量也從點到平面的發展，潮汐數據從潮汐信息的觀測到實時的潮汐信息的自動獲取。GPS潮汐測量、潮汐遙感是未來獲取潮汐數據的主要途徑。

1 潮汐形成的原理

潮汐是由于太陽、月球和地球相對位置的不斷改變以及地球受到太陽和月球的引力的合力不斷變化，導致海水周期性漲落的現象，導致這種現象的力稱之為引潮力。牛頓的萬有引力定律表明：引力的大小與兩個物體的乘積成正比，和兩個物體之間的距離成反比，月球和太陽對海洋潮汐的影響是海水周期性波動的原因，不管在其他行星上的作用力有多弱，月亮的作用大約是太陽的兩倍。在最近的表面上，圍繞地球的共同質量中心的軌道半徑明顯小于地球的軌道半徑。月球的引力將大于相應的慣性力，慣性力已無法再抵消，其合力與物體受地球引力的方向相反。如果該物體是海水，那么就會有漲潮。用同樣的方法來研究離月球最遠的地球上的物體。月球對物體的引力小于相應的慣性力，它們的合力與地球引力在這里的方向相反。它還使物體的引力明顯變小。因此，離月球最遠的海域也會出現漲潮。

2 潮汐測量的意義

潮汐測量也稱為驗潮，實際上是用來測量水位隨時間點的變化。潮汐站可分為短期潮汐站和長期潮汐站。臨時潮汐站和固定潮位控制站是基地。它主要用于計算平均海平面和平均海平面的深度計算。該計算需要連續兩年的水位數據。短期潮汐站是用來補充長期潮汐站的。結合長期潮汐站計算的深度資料。在水深測量過程中，通常需要對水位進行30天的觀測，并建立臨時潮汐站。用長期或短期潮汐臺站同時觀測潮汐臺站至少3天的平均海平面或深度基準。瞬時水位觀測與校正的檢測周期。

3 衛星海洋潮汐測量的方法

3.1 GPS驗潮

GPS潮汐測量技術是隨著差分GPS技術的發展而發展起來的一種新技術。它是目前GPS技術的主要發展方向之一。目前尚處于試驗階段。采用GPS實時動態RTK測量技術。該系統由GPS測量技術和數據傳輸技術組成。其工作原理是在參考站設置GPS接收機，連續觀測所有可見GPS衛星。所述觀測數據通過所述無線電傳輸裝置實時地發送到所述用戶觀測站。GPS接收機同時接收GPS衛星信號。參考站發送的數據由無線電接收裝置接收，并根據相對定位原理實時計算和顯示用戶站的三維坐標。

DGPS潮汐檢測分為靜態潮汐檢測和動態潮汐檢測。靜潮探測是指將DGPS潮汐站GPS接收天線放置在靠近海岸或海上固定位置的浮標或測量船上。利用海岸GPS接收機進行了載波相位差動態測量。給出了一種獲取瞬時海面高度的方法。動態測潮裝置是將DGPS測潮站的GPS接收天線置于船舶上。利用海岸的GPS接收機進行實時動態差分測量，從而獲得測量船瞬時的海面高度的測潮方式。利用GPS測量點到海面的距離的計算公式如下：

d= h-N-dant （1）

式中：d表示海面在規定高程系統下的高度；h代表GPS天線的WGS- 84橢球高度；N代表 WGS- 84參考橢球與所采用高程系統大地水準面的差值；dant代表GPS天線與海水面之間的高度。

3.2 潮汐遙感測量

潮汐遙感測量的原理與GPS潮汐測量的原理基本相同，都是組合式的測量方法。它是將高度計搭載在衛星上，然后測量海面的高低起伏，從中獲取有效的高程數據來計算出有關潮汐的有效數據。這種方法快捷經濟，覆蓋的范圍廣，但精度較低。要想獲取高精度的有效的潮汐數據必須要開發出高精度的傳感器搭載在衛星上才可以。

4 潮汐的應用

4.1 潮汐在環境保護方面的應用

潮汐能是由潮汐力引起的海水周期性波動產生的一種能量。這是一種可再生能源，儲量巨大，有待開發。我國海岸線全長32000km。大陸海岸線18000km，島嶼海岸線14000km，具有豐富的潮汐能源資源。潮汐能具有清潔、可再生的特點，如果使用得當，則可再生利用。它將大大改善以煤為基礎的能源消費結構，減少一次能源燃燒產生的有害物質，對改善空氣質量具有重要意義。

4.2 潮汐在自然災害預防方面的應用

最近幾年全球的自然災害經常發生，造成了很大的人員傷亡和財產損失，如2004年的印尼海嘯、2008年的緬甸熱帶風暴和中國四川汶川地震等，使人們對自然災害的預報更加重視。潮汐的規律和潮汐的作用是一個比較煩瑣的地球物理問題，潮汐和其他的自然現象對于自然災害的預報有著重要作用。通過收集更多的信息，找到它們之間的聯系，要比單一的研究自然災害更有效。

4.3 潮汐在電力方面的應用

利用潮汐發電和普通的水力發電原理相同，都是通過具有一定高度的勢能差，將勢能轉換為動能進而轉換為電能的過程。利用潮汐發電必須滿足兩個條件：第一：潮汐必須很大，有足夠的勢能。第二：必須要有合適的地理環境。

結語

目前潮測的方式很多，其中比較常用的是聲學式測潮和壓力式測潮，GPS測潮目前還處于發展階段，其精度還不能滿足測量需求。而潮汐遙感測量我國還在探索階段，所以利用衛星和傳感器對海洋潮汐測量依然需要繼續探索。

參考文獻

[1]阮銳.潮汐測量與驗潮技術的發展[J].海洋技術，2001，20（3）：68-71.

[2]翟國君，黃謨濤，吳中鼎，等.海道測量潮汐計算與應用[J].海洋測繪，2006，26（4）：1-5.

[3]李征航，龔曉穎，劉萬科.導航衛星自主定軌中潮汐攝動影響分析[J].大地測量與地球動力學，2009，29（2）：76-81.

[4]梁冠輝，周興華，周東旭，等.基于后處理載波相位差分GPS技術的驗潮浮標[J].海洋測繪，2017，37（3）：49-52.

[5]申炳琦.淺析潮汐原理及其應用[J].中文信息，2017（2）：134-135.