申请/专利权人：国家海洋局第一海洋研究所;青岛海洋科学与技术国家实验室发展中心

申请日：2018-12-12

公开（公告）日：2023-06-30

公开（公告）号：CN109726349B

主分类号：G06F17/10

分类号：G06F17/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.06.30#授权;2019.07.23#实质审查的生效;2019.05.07#公开

摘要：本发明公开了一种提高潮波势能和潮能通量计算精度的推算方法，在计算潮波势能和潮能通量时引入固体潮和径向位移负荷潮的计算，包括如下计算步骤：时间平均势能的计算、固体潮ζb的计算、势能计算具体公式、能通量密度F的计算。本发明的有益效果：本发明在计算潮波势能和潮能通量时引入了固体潮和径向位移负荷潮的计算，大大提高了潮波势能和潮能通量计算精度，从而提高了计算潮能耗散的准确度。

主权项：1.一种提高潮波势能和潮能通量计算精度的推算方法，其特征在于，在计算潮波势能和潮能通量时引入固体潮和径向位移负荷潮的计算，包括如下计算步骤：时间平均势能为： 其中ζb为固体潮，ζl为径向位移负荷潮；固体潮ζb的计算公式为：ζb＝h2Pg2其中P为原始引潮势，h2为love数，g为重力加速度； 即，其中，R和U经计算得，Φ和C因分潮而异，其中对半日潮和全日潮Φ分别等于 ζb可表为： 势能计算具体公式，对一特定分潮，ζ可表示为：ζ＝Hcosωt-G8故对该分潮为： 上述9、1011三项之和即为PE，ρ和g可分别取1.035×103kgm3，9.80ms2，所得PEn的单位为kgs2＝Jm2，如果对某网格点，它代表的网格面积为ΔS，则该网格面积内包含的势能为PEnΔS，单位为J；其中ΔS的算法如下：设网格中心点纬度为网格纬向宽度为Δλ，径向高度为为方便Δλ，均先化为弧度为单位，球台侧面积M＝2πRh，又 因为如取sinx＝x，则相对误差为x26，若取则相对误差为0.0000127，0.0000508，故M可近似取作对于宽度为Δλ的部分，其面积等于乘上Δλ2π，即 对一个海区内的PEnΔS进行叠加，可得该海区的总PE值，为便于检查和分析，先算总PEn值，其中n＝1,2,3，再相加得总PE值；能通量密度F的计算，要计算某一断面的潮能通量，首先要计算出潮能通量密度，通过自海底至海面单位宽度断面，在一个潮周期平均单位时间的潮能通量叫做能通量密度，其计算公式如下： 其中，北分量Fx，Fy分别为：

全文数据：一种提高潮波势能和潮能通量计算精度的推算方法技术领域本发明属于潮能通量和潮能耗散技术领域，具体涉及一种提高潮波势能和潮能通量计算精度的推算方法。背景技术潮汐和风是驱动海洋内部混合的主要机械能来源，潮能通量和潮能耗散在全球海洋研究中也是个热点问题，Taylor1919首次利用潮能底边界层耗散公式计算了全球的潮能耗散，Jefferys1920又利用边界层耗散公式计算了全球的潮能耗散，并认为大部分潮能耗散于沿岸浅水海域，Egbert2001等利用6年的卫星高度计资料，结合浅水方程，估算出大约有25％-30％的正压潮能由于地形影响而在深水区转化为内潮能。计算全球海域潮能通量及潮能耗散需要覆盖全海域的潮汐潮流数据的支持，但是过去的研究只考虑了海洋潮汐的作用，并没有考虑固体潮和径向位移负荷潮的影响，使得计算结果仍不能达到令人满意的程度。本发明在计算潮波势能和潮能通量时引入了固体潮和径向位移负荷潮的计算，大大提高了潮波势能和潮能通量计算精度，从而提高了计算潮能耗散的准确度。发明内容为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种提高潮波势能和潮能通量计算精度的推算方法。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种提高潮波势能和潮能通量计算精度的推算方法，在计算潮波势能和潮能通量时引入固体潮和径向位移负荷潮的计算，包括如下计算步骤：时间平均势能为：其中ζ为海洋潮汐；ζb为固体潮，ζl为径向位移负荷潮，ζs＝ζb+ζl；ρ为海水密度；g为重力加速度。固体潮ζb的计算公式为：ζb＝h2Pg2其中P为原始引潮势；h2为love数；g为重力加速度。即，其中，P为原始引潮势；R为地球半径，取平均值6.371×106m；U为与地，月质量及距离有关的常数此符号也用于代表东分量潮流调和常数的振幅，计算时注意区别；Φ为原始引潮势中与纬度有关的分潮系数；C为原始引潮势中各分潮系数；v为原始引潮势中各分潮的位相。R和U经计算得，Φ和C因分潮而异，其中对半日潮和全日潮Φ分别等于为北纬其中，为纬度，北纬为正，南纬为负；λ为经度，东径为正，西径为负。参照Fangetal1999的式5略去节点因子和相角订正，省略共同的初位相V0，并采用格林尼治时间，ζb可表为：其中Hb和Gb为固体潮调和常数的振幅和迟角；ω为分潮角速率；t为时间。势能计算具体公式，对一特定分潮，ζ可表示为：ζ＝Hcosωt-G8故对该分潮为：其中，为计算点单位面积势能的一个潮周期之平均值；ρ为海水密度；g为重力加速度；H和G为潮汐调和常数的振幅和迟角；Hb和Gb固体潮调和常数的振幅和迟角；Hl和Gl为径向位移负荷潮调和常数的振幅和迟角。上述9、1011三项之和即为，ρ和g可分别取1.035×103kgm3，9.80ms2，所得的单位为kgs2＝Jm2，如果对某网格点，它代表的网格面积为ΔS，则该网格面积内包含的势能为ΔS，单位为J；其中ΔS的算法如下：设网格中心点纬度为φ，网格纬向即东西向宽度为Δλ，径向即南北向高度为为方便Δλ，均先化为弧度为单位，由《数学手册》1979，下简记数79，p82，球台侧面积M＝2πRh，又因为如取sinx＝x，则相对误差为x26，若取则相对误差为0.0000127若相当于1°，0.0000508若相当于2°，故M可近似取作2πR2Δφcosφ，对于宽度为Δλ的部分，其面积等于2πR2Δφcosφ乘上Δλ2π，即ΔS＝R2ΔλΔφcosφ12对一个海区内的ΔS进行叠加，可得该海区的总PE值，为便于检查和分析，先算总PEn值n＝1,2,3，再相加得总PE值；能通量密度F的计算，要计算某一断面的潮能通量，首先要计算出潮能通量密度，通过自海底至海面单位宽度断面，在一个潮周期平均单位时间的潮能通量叫做能通量密度，其计算公式如下：其中，东分量Fx和北分量Fy分别为：其中，F为能通量密度；D为计算点水深；ρ为海水密度；g为重力加速度；H和G为潮汐调和常数的振幅和迟角；Hb和Gb固体潮调和常数的振幅和迟角；Hl和Gl为径向位移负荷潮调和常数的振幅和迟角；U和ξ为潮流东分量调和常数的振幅和迟角；V和η为潮流北分量调和常数的振幅和迟角。进一步，对于最靠近北极的一圈网格，由于球冠的面积也是M＝2πRh，故公式12仍然适用，R是地球半径，可取其平均值R＝6.371×106m。本发明的有益效果：本发明在计算潮波势能和潮能通量时引入了固体潮和径向位移负荷潮的计算，大大提高了潮波势能和潮能通量计算精度，从而提高了计算潮能耗散的准确度。具体实施方式下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1：一种提高潮波势能和潮能通量计算精度的推算方法，在计算潮波势能和潮能通量时引入固体潮和径向位移负荷潮的计算，包括如下计算步骤：时间平均势能为：其中ζ为海洋潮汐；ζb为固体潮，ζl为径向位移负荷潮，ζs＝ζb+ζl；ρ为海水密度，g为重力加速度。固体潮ζb的计算公式为：ζb＝h2Pg2其中P为原始引潮势，h2为love数。即，其中，P为原始引潮势；R为地球半径，取平均值6.371×106m；D为计算点水深；U为与地，月质量及距离有关的常数也用于代表东分量潮流调和常数的振幅，计算时注意区别；Φ为原始引潮势中与纬度有关的分潮系数；C为原始引潮势中各分潮系数；v为原始引潮势中各分潮的位相。R和U经计算得，Φ和C因分潮而异，其中对半日潮和全日潮Φ分别等于为北纬其中，为纬度，北纬为正，南纬为负；λ为经度，东径为正，西径为负。C的取值因分潮而异，主要数值如下：Love数主要分潮数值如下：参照Fangetal1999的式5略去节点因子和相角订正，省略共同的初位相V0，并采用格林尼治时间，ζb可表为：其中Hb和Gb为固体潮调和常数的振幅和迟角；ω为分潮角速率；t为时间。和如下表，其中λ为东经，计算中以度为单位；Hb和Gb值：其中南半球为负值,西半球λ为负值。势能计算具体公式，对一特定分潮，ζ可表示为：ζ＝Hcosωt-G8故对该分潮为：其中，为计算点单位面积势能的一个潮周期之平均值；ρ为海水密度；g为重力加速度；H和G为潮汐调和常数的振幅和迟角；Hb和Gb固体潮调和常数的振幅和迟角；Hl和Gl为径向位移负荷潮调和常数的振幅和迟角。上述9、1011三项之和即为，ρ和g可分别取1.035×103kgm3，9.80ms2，所得的单位为kgs2＝Jm2，如果对某网格点，它代表的网格面积为ΔS，则该网格面积内包含的势能为ΔS，单位为J；其中ΔS的算法如下：设网格中心点纬度为φ，网格纬向即东西向宽度为Δλ，径向即南北向高度为为方便Δλ，均先化为弧度为单位，由《数学手册》1979，下简记数79，p82，球台侧面积M＝2πRh，又因为如取sinx＝x，则相对误差为x26，若取则相对误差为0.0000127若相当于1°，0.0000508若相当于2°，故M可近似取作2πR2Δφcosφ，对于宽度为Δλ的部分，其面积等于2πR2Δφcosφ乘上Δλ2π，即ΔS＝R2ΔλΔφcosφ12对一个海区内的ΔS进行叠加，可得该海区的总PE值，为便于检查和分析，先算总PEn值n＝1,2,3，再相加得总PE值；能通量密度F的计算，要计算某一断面的潮能通量，首先要计算出潮能通量密度，通过自海底至海面单位宽度断面，在一个潮周期平均单位时间的潮能通量叫做能通量密度，其计算公式如下：其中，东分量Fx和北分量Fy分别为：其中，F为能通量密度；D为计算点水深；ρ为海水密度；g为重力加速度；H和G为潮汐调和常数的振幅和迟角；Hb和Gb固体潮调和常数的振幅和迟角；Hl和Gl为径向位移负荷潮调和常数的振幅和迟角；U和ξ为潮流东分量调和常数的振幅和迟角；V和η为潮流北分量调和常数的振幅和迟角。在本实施例中，对于最靠近北极的一圈网格，由于球冠的面积也是M＝2πRh，故公式12仍然适用，R是地球半径，可取其平均值R＝6.371×106m。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种提高潮波势能和潮能通量计算精度的推算方法，其特征在于，在计算潮波势能和潮能通量时引入固体潮和径向位移负荷潮的计算，包括如下计算步骤：时间平均势能为：其中ζ为海洋潮汐；ζb为固体潮，ζl为径向位移负荷潮，ζs＝ζb+ζl；ρ为海水密度；g为重力加速度。固体潮ζb的计算公式为：ζb＝h2Pg2其中P为原始引潮势；h2为love数；g为重力加速度。即，其中，P为原始引潮势；R为地球半径，取平均值6.371×106m；U为与地，月质量及距离有关的常数也用于代表东分量潮流调和常数的振幅，计算时注意区别；Φ为原始引潮势中与纬度有关的分潮系数；C为原始引潮势中各分潮系数；v为原始引潮势中各分潮的位相。R和U经计算得，Φ和C因分潮而异，其中对半日潮和全日潮Φ分别等于为北纬其中，为纬度，北纬为正，南纬为负；λ为经度，东径为正，西径为负。参照Fangetal1999的式5略去节点因子和相角订正，省略共同的初位相V0，并采用格林尼治时间，ζb可表为：其中Hb和Gb为固体潮调和常数的振幅和迟角；ω为分潮角速率；t为时间。势能计算具体公式，对一特定分潮，ζ可表示为：ζ＝Hcosωt-G8故对该分潮为：其中，为计算点单位面积势能的一个潮周期之平均值；ρ为海水密度；g为重力加速度；H和G为潮汐调和常数的振幅和迟角；Hb和Gb固体潮调和常数的振幅和迟角；Hl和Gl为径向位移负荷潮调和常数的振幅和迟角。上述9、1011三项之和即为，ρ和g可分别取1.035×103kgm3，9.80ms2，所得的单位为kgs2＝Jm2，如果对某网格点，它代表的网格面积为ΔS，则该网格面积内包含的势能为ΔS，单位为J；其中ΔS的算法如下：设网格中心点纬度为φ，网格纬向即东西向宽度为Δλ，径向即南北向高度为为方便Δλ，均先化为弧度为单位，由《数学手册》1979，下简记数79，p82，球台侧面积M＝2πRh，又因为如取sinx＝x，则相对误差为x26，若取则相对误差为0.0000127若相当于1°，0.0000508若相当于2°，故M可近似取作2πR2Δφcosφ，对于宽度为Δλ的部分，其面积等于2πR2Δφcosφ乘上Δλ2π，即ΔS＝R2ΔλΔφcosφ12对一个海区内的ΔS进行叠加，可得该海区的总PE值，为便于检查和分析，先算总PEn值n＝1，2，3，再相加得总PE值；能通量密度F的计算，要计算某一断面的潮能通量，首先要计算出潮能通量密度，通过自海底至海面单位宽度断面，在一个潮周期平均单位时间的潮能通量叫做能通量密度，其计算公式如下：其中，东分量Fx和北分量Fy分别为：其中，F为能通量密度；D为计算点水深；ρ为海水密度；g为重力加速度；H和G为潮汐调和常数的振幅和迟角；Hb和Gb固体潮调和常数的振幅和迟角；Hl和Gl为径向位移负荷潮调和常数的振幅和迟角；U和ξ为潮流东分量调和常数的振幅和迟角；V和η为潮流北分量调和常数的振幅和迟角。2.根据权利要求1所述的一种提高潮波势能和潮能通量计算精度的推算方法，其特征在于，对于最靠近北极的一圈网格，由于球冠的面积也是M＝2πRh，故公式12仍然适用，R是地球半径，可取其平均值R＝6.371×106m。

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