潮汐調和分析是潮汐分析的一種方法。潮汐分析有多種方法：有調和分析、潮高線性組合濾波、最小二乘法及回響分析等，其中以潮汐調和分析最為常見。也叫諧波分析，是富利葉分析的一種具體套用。傅氏分析是指把任意周期函式展開成傅立葉級數，而把任意非周期函式表示為富氏積分的一整套數學方法。
經典的潮汐分析方法，在引用這一分析原理時，首先把實測潮位記錄中的各分潮(如太陰分潮系、太陽分潮系等)分離出來，再進行調和分析。求出每一分潮的振幅和位相角，再經天文因素訂正後，即得該分潮的調和常數。用潮汐調和分析可推算一定期間內的潮汐變化和分析該區的潮汐性質。
基本介紹
- 中文名：潮汐調和分析
- 外文名：harmonic tidal analysis
- 方法：調和分析、潮高線性組合濾波
- 套用：潮汐分析和預報
- 分析對象：天體引潮力所引起的潮汐
- 學科：海洋工程
介紹,資料的前期處理,分潮選擇和觀測時間長度選擇,分析計算原理,
介紹
分析有多種方法：有調和分析、潮高線性組合濾波、最小二乘法及回響分析等，其中以潮汐調和分析最為常見。也叫諧波分析，是傅立葉分析的一種具體套用。傅氏分析是指把任意周期函式展開成富利葉級數，而把任意非周期函式表示為富氏積分的一整套數學方法。經典的潮汐分析方法，在引用這一分析原理時，首先把實測潮位記錄中的各分潮（如太陰分潮系、太陽分潮系等）分離出來，再進行調和分析。求出每一分潮的振幅和位相角，再經天文因素訂正後，即得該分潮的調和常數。用潮汐調和分析可推算一定期間內的潮汐變化和分析該區的潮汐性質。長期觀測得知，潮汐是由一系列諧和振動組成的，每一諧和振動，稱為一個分潮，分潮的周期同引潮力各分場的周期一一對應。
資料的前期處理
這部分工作包括觀測數據的平滑、間斷觀測數據的處理以及不合理觀測數據的捨棄。對於一些包含高頻振動的觀測記錄像海流觀測，若直接以較大的間距取樣，高頻部分會影響分析的結果,若取的夕很小，又會導致計算時間太長，這時候就需要對數據進行平滑,平滑後取樣的間隔就可以比較大。平滑可以手工進行也可以通過計算機進行。
對於由於特殊原因導致觀測記錄不完整,數據包含間隔記錄時，可以採用以下辦法進行處理：
一、補插缺測值。若缺測記錄不超過一天可以考慮用這個方法處理，可以通過手工把潮位連成光滑曲線，讀出缺測時刻的水位值或者通過計算機插值。
二、用自報值補足缺測值。若缺測超過一天，用補插法有時會有較大的誤差。若缺測時間與總的觀測時間相比僅是一個很小部分時可以使用。先給缺測處人為賦值，令它們等於平均海平面或用前後巧或天的觀測值來代替它們，然後用數據進行預報,報出缺測處潮位，代替原來賦予的值，再進行二次分析，一直進行下去，直至調和常數不再變為止。
觀測數據中包含著由各種原因引起的誤差，如果有個別記錄，包含的誤差異常大，則應予捨棄。可以手工處理也可以通過計算機給出判斷準則進行處理。
分潮選擇和觀測時間長度選擇
實際水位可以看作是許多調和分潮迭加的結果。不過在實際分析中只能選取其中有限個較主要的分潮，使得利用這些分潮能夠得到一個良好的計算結果，這就存在一個選取分潮的問題。分潮的選取與觀測時段的長度、兩個觀測記錄之間的時間間隔都有關係，如果與這兩者搭配不好的話，就可能得到不準確的結果，甚至可能計算不出結果來。對於間隔為的樣本，有兩個角速率不同的振動，當兩者角速率滿足一定條件時它們就會發生混淆現象。實際潮汐分析中，通常採用間隔為小時的樣本，此時只有角速率等於或高於二小時即。小時或周期等於或小於小時的振動才能與較低頻率的振動相混淆。而實際海洋中的潮汐，除了江河中以外，一般來說這樣高頻的振動是很微弱的，故混淆現象不需要考慮。即使需要考慮這些高頻振動，則一般來說,它們的虛像也不大會與低頻振動相重疊。但當樣本時間間隔取得比較大時,對於混淆問題要給予適當注意。
在所有的分潮都不會出現混淆現象的情況下，計算結果的準確度還會與觀測的時段長度有密切關係，如果選擇的分潮和觀測時段合適的話，就能獲得儘可能準確的分析結果。在分潮的角速率預先知道的情況下，一般要求觀測時段的長度要大於任意兩個分潮的會合周期在這期間內，這兩個分潮的位相差變化了360°）
觀測時段長度選取的分潮與觀測時段長度必須相適應，使得任兩個分潮的角速率之差要小於2π/N△t，N△t為觀測時段長度。如果差值都大於2π/N△t，則認為觀測時段長度足夠長。
目前通常以一年左右的資料做分析選取355天或369天，這樣就己經能夠消除各個主要分潮的相互影響，幾乎能夠把所有的短周期分潮分離開來，所以按此長度進行分析，能取得受干擾影響較小，而對正常潮汐變化的代表性較好的調和常數。
分析計算原理
長期觀測得知，潮汐是由一系列諧和振動組成的，每一諧和振動，稱為一個分潮，分潮的周期同引潮力各分場的周期一一對應。
每一分潮可用公式h=Rcos(qt+V0+u—K)來表示，式中h為分潮的潮高，R為分潮的振幅，它是變化的，若以多年平均值H代替，則為R=fH，f是分潮振幅的一個改正因子(叫節點因數)，它是時間的函式，通常取一年中間時求算。q是分潮的角速率(根據分潮可以確定)。V0+v為觀測期間開始日世界時零時假想天體的位相角。K為由於海底摩擦、慣性力等引起的高潮時落後於月中天時刻的位相角。
所以，分潮表達式可進一步寫成h=fHcos(qt+Vo+u—K)式中f，q，Vo+u均為已知，若求出每一分潮的H及K，則分潮便可求。H和K稱分潮的潮汐調和常數。若調和常數已知，分潮的潮高便可求得，把各分潮相加，便可推算未來的潮汐。根據實測記錄，用調和分析的方法可求得調和常數值。計算調和常數的工作相當繁贅，但現在利用電子計算機在幾分鐘內就可完成。
