全球海潮模型研究进展

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2015.05.0579

阐述潮汐分析方法和建模方法,归纳总结了FES,CSR,GOT,NAO,TPXO,EOT,DTU,HAMTIDE及OSU系列全球海潮模型的建立机构、使用数据及构建方法等。对比分析2010年后出现的几种新的海潮模型(FES2012,EOT11a,DTU10和HAMTIDE11a)在南大洋的M2振幅,发现模型间差异主要集中在浅水及极地地区,其中极地地区高精度卫星测高数据的缺少及海冰的季节性变化,是导致建模精度较差的主要原因。最后对海潮模型的发展方向提出一些建议。

关键词: 卫星测高, 验潮站, 潮汐分析, 海潮模型, 南极

The theories of tidal analysis and methods of ocean tide modeling are presented at first,and a series of global ocean tide models (FES,CSR,GOT,NAO,TPXO,EOT,DTU,HAMTIDE and OSU) are summarized, including their affiliations, data, and methods of modeling. The amplitude differences of M2 constituent of four new models (FES2012,EOT11a,DTU10,HAMTIDE11a) which released after 2010 are provided to show that shallow-water and polar sea are the main different regions. The main reasons leading to a poor accuracy in polar sea tidal modeling are the lack of highly accurate altimetry data and the presence of sea ices. Some suggestions are proposed for the future study of ocean tide modeling.

Key words: Satellite altimetry, Tide gauge, Tidal analysis, Ocean Tide Model, Antarctica.

中图分类号:

P731.23

表1 测高卫星汇总

Table.1 Summary of Altimetry Satellites

卫星名称	机构	运行时间	轨道倾角 $/ °$	轨道高度 /km	重复周期 /天	测高精度 /cm
Skylab	NASA	1973.05—1974.02	50	425	-	85~100
Geos-3	NASA	1975.04—1978.12	115	840	3,17	25~50
Seasat	NASA	1978.06—1978.10	108	800	3,17	20~30
Geosat	US Navy	1985.03—1990.01	108	800	23,17	10~20
ERS-1	ESA	1991.07—2000.03	98.5	785	3,35,168	10
T/P	NASA/CNES	1992.08—2005.10	66	1336	10	3
ERS-2	ESA	1995.04—2011.07	98.5	800	3,35,168	10
GFO	US Navy/NOAA	1998.02—2008.10	108	800	17	3.5
Jason-1	NASA/CNES	2001.11—2013.07	66	1336	10	3.3
Envisat	ESA	2002.03—2012.05	98.5	800	35	4.5
ICESat-1	NASA	2003.01—2010.08	94	590	8,91	10
Jason-2	NASA/CNES	2008.07—	66	1336	10	2.5~3.4
Cryosat-2	ESA	2010.04—	92	717	369	-
HY-2A	CAST	2011.08—	99.34	971	14	-
SARAL/AltiKa	ISRO/CNES	2013.02—	98.54	790	35	-
Sentinel-3	EUMETSAT/ESA	预计2015年发射	98.65	814	27	-
Jason-3	NASA/CNES	预计2015年发射	66	1336	10	-
ICESat-2	NASA	预计2017年发射	94	496	91	-

表1 测高卫星汇总

Table.1 Summary of Altimetry Satellites

卫星名称	机构	运行时间	轨道倾角 $/ °$	轨道高度 /km	重复周期 /天	测高精度 /cm
Skylab	NASA	1973.05—1974.02	50	425	-	85~100
Geos-3	NASA	1975.04—1978.12	115	840	3,17	25~50
Seasat	NASA	1978.06—1978.10	108	800	3,17	20~30
Geosat	US Navy	1985.03—1990.01	108	800	23,17	10~20
ERS-1	ESA	1991.07—2000.03	98.5	785	3,35,168	10
T/P	NASA/CNES	1992.08—2005.10	66	1336	10	3
ERS-2	ESA	1995.04—2011.07	98.5	800	3,35,168	10
GFO	US Navy/NOAA	1998.02—2008.10	108	800	17	3.5
Jason-1	NASA/CNES	2001.11—2013.07	66	1336	10	3.3
Envisat	ESA	2002.03—2012.05	98.5	800	35	4.5
ICESat-1	NASA	2003.01—2010.08	94	590	8,91	10
Jason-2	NASA/CNES	2008.07—	66	1336	10	2.5~3.4
Cryosat-2	ESA	2010.04—	92	717	369	-
HY-2A	CAST	2011.08—	99.34	971	14	-
SARAL/AltiKa	ISRO/CNES	2013.02—	98.54	790	35	-
Sentinel-3	EUMETSAT/ESA	预计2015年发射	98.65	814	27	-
Jason-3	NASA/CNES	预计2015年发射	66	1336	10	-
ICESat-2	NASA	预计2017年发射	94	496	91	-

表2 全球海潮模型

Table.2 Global ocean tide models

名称	时间	参考文献	国家	机构	数据		分辨率 /°	构建方法
名称	时间	参考文献	国家	机构	测高卫星	验潮站	分辨率 /°	构建方法
Schw80	1980	6	美国	NSWC	无	有	1	流体动力学模型
FES94.1	1994	10	法国	FTG	无	有	0.5	流体动力学模型
FES95.2	1995	10	法国	FTG	T/P	有	0.5	同化模型
FES98	1998	10	法国	FTG	无	有	0.25	同化模型
FES99	1999	11	法国	FTG	T/P	有	0.25	同化模型
FES2004	2004	12	法国	FTG	T/P,ERS-2	有	0.125	同化模型
FES2012	2012	13	法国	FTG	T/P,ERS-1/2,Jason-1/2,Envisat	未加入	0.0625	同化模型 (完善中)
CSR3.0	1994	14	美国	CSR	T/P	无	1	经验模型
CSR4.0	1999	15	美国	CSR	T/P	无	0.5	经验模型
GOT99.2b	1999	16	美国	GSFC	T/P	无	0.5	经验模型
GOT00.2	2000	16	美国	GSFC	T/P,ERS-1/2	无	0.5	经验模型
GOT4.7	2008	17	美国	GSFC	T/P,ERS-1/2,GFO	无	0.5	经验模型
GOT4.8	2011	17	美国	GSFC	T/P,ERS-1/2,GFO	无	0.5	经验模型
GOT4.9	2011	17	美国	GSFC	T/P,ERS-1/2,GFO	无	0.5	经验模型
GOT4.10	2011	17	美国	GSFC	ERS-1/2,GFO,Jason-1/2	无	0.5	经验模型
NAO.99b	2000	18	日本	NAO	T/P	无	0.5	同化模型
TPXO5	2000	19	美国	OregonSU	T/P,ERS-2	有	0.5	同化模型
TPXO6.2	2005	19	美国	OregonSU	T/P	有	0.25	同化模型
TPXO7	2008	19	美国	OregonSU	T/P,ERS-2,Jason-1	有	0.25	同化模型
TPXO8	2011	19	美国	OregonSU	T/P,ERS-2,Jason-1/2,ERS-1/2,Envisat	有	0.25	同化模型
EOT08a	2008	21	德国	DGFI	T/P,ERS-1/2,GFO,Jason-1,Envisat	无	0.125	经验模型
EOT10a	2010	22	德国	DGFI	T/P,ERS-2,Jason-1/2,Envisat	无	0.125	经验模型
EOT11a	2011	23	德国	DGFI	T/P,ERS-2,Jason-1/2,Envisat	无	0.125	经验模型
AGO06a	2006	25	丹麦	DTU	T/P,ERS-1/2,GFO,Jason-1,Envisat	无	0.25	经验模型
DTU10	2010	24	丹麦	DTU	T/P,ERS-2,GFO,Jason-1/2,Envisat	无	0.125	经验模型
HAMTIDE11a	2011	26	德国	UH	T/P,Jason-1	无	0.125	同化模型
OSU12	2012	27	美国	OSU	T/P,GFO,Jason-1,Envisat	无	0.25	经验模型

表2 全球海潮模型

Table.2 Global ocean tide models

名称	时间	参考文献	国家	机构	数据		分辨率 /°	构建方法
名称	时间	参考文献	国家	机构	测高卫星	验潮站	分辨率 /°	构建方法
Schw80	1980	6	美国	NSWC	无	有	1	流体动力学模型
FES94.1	1994	10	法国	FTG	无	有	0.5	流体动力学模型
FES95.2	1995	10	法国	FTG	T/P	有	0.5	同化模型
FES98	1998	10	法国	FTG	无	有	0.25	同化模型
FES99	1999	11	法国	FTG	T/P	有	0.25	同化模型
FES2004	2004	12	法国	FTG	T/P,ERS-2	有	0.125	同化模型
FES2012	2012	13	法国	FTG	T/P,ERS-1/2,Jason-1/2,Envisat	未加入	0.0625	同化模型 (完善中)
CSR3.0	1994	14	美国	CSR	T/P	无	1	经验模型
CSR4.0	1999	15	美国	CSR	T/P	无	0.5	经验模型
GOT99.2b	1999	16	美国	GSFC	T/P	无	0.5	经验模型
GOT00.2	2000	16	美国	GSFC	T/P,ERS-1/2	无	0.5	经验模型
GOT4.7	2008	17	美国	GSFC	T/P,ERS-1/2,GFO	无	0.5	经验模型
GOT4.8	2011	17	美国	GSFC	T/P,ERS-1/2,GFO	无	0.5	经验模型
GOT4.9	2011	17	美国	GSFC	T/P,ERS-1/2,GFO	无	0.5	经验模型
GOT4.10	2011	17	美国	GSFC	ERS-1/2,GFO,Jason-1/2	无	0.5	经验模型
NAO.99b	2000	18	日本	NAO	T/P	无	0.5	同化模型
TPXO5	2000	19	美国	OregonSU	T/P,ERS-2	有	0.5	同化模型
TPXO6.2	2005	19	美国	OregonSU	T/P	有	0.25	同化模型
TPXO7	2008	19	美国	OregonSU	T/P,ERS-2,Jason-1	有	0.25	同化模型
TPXO8	2011	19	美国	OregonSU	T/P,ERS-2,Jason-1/2,ERS-1/2,Envisat	有	0.25	同化模型
EOT08a	2008	21	德国	DGFI	T/P,ERS-1/2,GFO,Jason-1,Envisat	无	0.125	经验模型
EOT10a	2010	22	德国	DGFI	T/P,ERS-2,Jason-1/2,Envisat	无	0.125	经验模型
EOT11a	2011	23	德国	DGFI	T/P,ERS-2,Jason-1/2,Envisat	无	0.125	经验模型
AGO06a	2006	25	丹麦	DTU	T/P,ERS-1/2,GFO,Jason-1,Envisat	无	0.25	经验模型
DTU10	2010	24	丹麦	DTU	T/P,ERS-2,GFO,Jason-1/2,Envisat	无	0.125	经验模型
HAMTIDE11a	2011	26	德国	UH	T/P,Jason-1	无	0.125	同化模型
OSU12	2012	27	美国	OSU	T/P,GFO,Jason-1,Envisat	无	0.25	经验模型

表3 两极地区4个主要分潮的模型预测振幅与验潮站测量振幅比较(cm)

Table.3 RMS and RSS between the tidal amplitudes from model outputs and tide gauge measurements for the four major tidal constituents in the Arctic and Antarctic, Respectively(cm) (from Stammer)

北极	GOT4.8	OSU12	DTU10	EOT11a	HAMTIDE11a	FES2012	TPXO8
M2	4.83	4.82	3.91	4.61	4.11	4.66	5.89
S2	2.24	2.22	2.56	2.44	7.11	3.36	1.93
K1	3.20	3.17	2.89	2.85	3.00	3.30	1.44
O1	1.78	1.77	1.60	1.36	1.25	1.52	1.19
RSS	6.47	6.43	5.72	6.09	8.83	6.80	6.47
南极	GOT4.8	OSU12	DTU10	EOT11a	HAMTIDE11a	FES2012	TPXO8
M2	3.80	-	3.10	3.48	3.20	4.27	3.14
S2	3.49	-	4.74	4.80	3.26	4.53	2.37
K1	4.01	-	5.38	5.83	3.36	4.63	2.22
O1	0.88	-	1.09	1.23	0.78	1.50	0.53
RSS	6.59	-	7.89	8.41	5.72	7.90	4.55

表3 两极地区4个主要分潮的模型预测振幅与验潮站测量振幅比较(cm)

Table.3 RMS and RSS between the tidal amplitudes from model outputs and tide gauge measurements for the four major tidal constituents in the Arctic and Antarctic, Respectively(cm) (from Stammer)

北极	GOT4.8	OSU12	DTU10	EOT11a	HAMTIDE11a	FES2012	TPXO8
M2	4.83	4.82	3.91	4.61	4.11	4.66	5.89
S2	2.24	2.22	2.56	2.44	7.11	3.36	1.93
K1	3.20	3.17	2.89	2.85	3.00	3.30	1.44
O1	1.78	1.77	1.60	1.36	1.25	1.52	1.19
RSS	6.47	6.43	5.72	6.09	8.83	6.80	6.47
南极	GOT4.8	OSU12	DTU10	EOT11a	HAMTIDE11a	FES2012	TPXO8
M2	3.80	-	3.10	3.48	3.20	4.27	3.14
S2	3.49	-	4.74	4.80	3.26	4.53	2.37
K1	4.01	-	5.38	5.83	3.36	4.63	2.22
O1	0.88	-	1.09	1.23	0.78	1.50	0.53
RSS	6.59	-	7.89	8.41	5.72	7.90	4.55

图1 南大洋上4个全球海潮模型的M2振幅分布图

Fig.1 Amplitude of M2 Constituent of the four ocean tide models in the Southern Ocean A：EOT11a,B：FES2012,C：HAMTIDE11,D：OSU12

图2 四个海潮模型 M2分潮的振幅差异(cm)

Fig.2 Amplitude difference (cm) of M2 constituent of four ocean tide models A：EOT-HAM,B：EOT-OSU,C：EOT-FES,D：FES-HAM,E：FES-OSU,F：HAM-OSU

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Advances in Global Ocean Tide Models