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南海海域潮汐与深度基准面模型构建及应用研究

一、引言

1.1研究背景与意义

南海，作为中国南部的重要海域，总面积约350万平方千米，北起广东省南澳岛与台湾岛南端鹅銮鼻一线，南至加里曼丹岛、苏门答腊岛，西依中国大陆、中南半岛、马来半岛，东抵菲律宾，通过海峡或水道东与太平洋相连，西与印度洋相通，是一个东北-西南走向的半封闭海。其地理位置极其关键，是连接太平洋和印度洋的重要通道，被誉为“亚洲地中海”。每年全球有25%的海上航运量要经过南海运往各大洲，我国通往国外的39条航线中，有21条通过南沙群岛海域，60%的外贸运输从南沙经过，中日韩等国85%以上的石油进口需要经过南海，美国从亚太地区进口的各种重要原料90%要经过南海航道运回北美，在国际航运中占据着举足轻重的地位。同时，南海还蕴藏着丰富的自然资源，涵盖了渔业资源以及石油、天然气、可燃冰等重要的矿产资源，被称为“第二个波斯湾”，具有巨大的经济开发价值，对保障我国的能源安全和经济可持续发展意义重大。

在国防安全层面，南海是我国南部的重要安全屏障，有效控制此海域，能使我国防御纵深增加上千公里，对于抵御强敌入侵、维护陆地安全具有突出意义，是我国海军战略前出的重要通道，对突破岛链束缚、实现海洋战略目标起着关键作用。

海洋测绘作为获取海洋地理信息的重要手段，对于认识海洋、开发利用海洋资源以及保障海上活动安全至关重要。潮汐和深度基准面是海洋测绘中的关键要素，建立高精度的南海海域潮汐模型与深度基准面模型具有多方面的重要意义。

潮汐模型能够准确描述海洋潮汐的变化规律，对于海洋工程建设，如港口、码头的规划与建设，跨海大桥、海底隧道的设计等，提供了不可或缺的潮汐信息。在海洋资源开发方面，潮汐模型有助于合理安排海上石油开采、海洋渔业捕捞等活动，提高资源开发效率，减少潮汐变化带来的风险。对于海上航行安全而言，准确的潮汐信息能够帮助船只合理规划航线，避免因潮汐导致的搁浅、触礁等事故，保障船舶航行安全。

深度基准面是海洋深度测量的起算面，其确定的合理性直接影响着海图水深的准确性。统一、科学的深度基准面模型能够确保不同时期、不同区域的海图具有一致性和可比性，为航海导航、海洋工程勘察、海洋资源开发等提供可靠的基础数据。在航海领域，准确的深度基准面信息能使航海人员根据海图准确判断船舶所处位置的水深，避免因水深不明而造成航行危险；在海洋工程建设中，深度基准面模型为工程选址、设计和施工提供了重要的高程参考，确保工程的安全性和稳定性；在海洋划界等涉及国家主权和海洋权益的事务中，深度基准面的精确确定对于维护国家利益具有重要的法律和实际意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1潮汐模型研究现状

潮汐模型的发展经历了多个阶段，早期主要基于验潮站的实测数据进行分析，建立简单的潮汐调和模型。随着海洋观测技术的不断进步，特别是卫星测高、海洋遥感等技术的广泛应用，潮汐模型的精度和覆盖范围得到了显著提升。

在全球潮汐模型方面，国外学者取得了一系列重要成果。如丹麦技术大学（DTU）研发的DTU系列潮汐模型，该模型利用多年的卫星测高数据和海洋潮汐理论，通过数据同化等方法不断优化模型参数，在开阔海域具有较高的精度，能够较好地描述全球大洋的潮汐变化。法国空间研究中心（CNES）等机构联合开发的FES系列潮汐模型，融合了多源观测数据，包括卫星测高、海底压力计观测等，对潮汐的高频和低频成分都有较好的模拟能力，在大西洋、地中海等海域得到了广泛应用和验证。美国俄勒冈州立大学推出的TPXO系列潮汐模型，采用了先进的数值模拟方法和数据同化技术，考虑了复杂的海洋地形和地球物理因素，在全球各大洋都有较高的精度表现，是目前国际上应用较为广泛的潮汐模型之一。

国内学者也在潮汐模型研究方面做出了重要贡献。例如，中国科学院海洋研究所的研究团队基于数值模拟方法，对中国近海及南海海域的潮汐进行了深入研究，考虑了南海复杂的地形地貌、岸线特征以及与周边海域的相互作用，建立了适用于南海区域的潮汐模型。通过与实测数据对比分析，该模型在南海北部等区域对主要分潮的模拟精度达到了厘米级。国家海洋局第一海洋研究所利用多源卫星测高数据和验潮站资料，对南海潮汐进行了精细化建模，通过改进数据处理方法和模型参数优化，提高了模型在近海区域的精度，为南海海洋资源开发、海洋工程建设等提供了重要的潮汐数据支持。

尽管潮汐模型在精度和覆盖范围上取得了显著进展，但在南海海域仍存在一些问题和挑战。南海地形复杂，包括深海盆、大陆架、岛礁等多种地形地貌，不同区域的潮汐特性差异较大，这对潮汐模型的精度和适应性提出了更高要求。目前的潮汐模型在浅海区域和复杂地形区域，如南沙群岛附近海域，由于海底地形变化剧烈、海洋动力过程复杂，模型的模拟精度仍有待提高。卫星测高