学习潘海东博士的《潮汐调和分析原理和应用》和调和分析软件S_Tide

潘海东博士在B站（用户名：ocean_tide）分享了他的电子书《潮汐调和分析原理和应用》，以及他开发的潮汐调和分析工具包S_Tide，非常厉害。

水文同事在进行潮汐预报的时候，会经常说到调和分析和调和常数，博主一听到这些名词就懵圈，不明所以。而《潮汐调和分析原理和应用》开篇就讲潮汐调和分析求解分潮振幅和迟角的过程本质就是最小二乘拟合。作为测绘专业的学生，我们对最小二乘法还算熟悉。
测绘专业的学生一般会学习自由网平差，解算误差方程就是用到最小二乘法，以误差的平方和最小作为约束，求取观测值的最优估值。具体解算的过程是先输入观测值的初始值，求得误差值，计算误差值的平方和，然后再用新的观测值（初始值+误差值）重新计算，求得新的误差值，计算新误差的平方和，二次平方和相减，如果平方和的差值不满足要求，继续迭代，直至满足要求。

对于测绘专业学生，课程要求用C语言实现组误差方程和解算误差方程。有了matlab，我们只需要组误差方程，解算误差方程交给matlab。

《潮汐调和分析原理和应用》先讲了一个曲线拟合的例子，如下图散点图，用最小二乘法拟合出图中余弦函数公式。

潮汐调和分析类似，水位被认为是一系列分潮（余弦函数）线性叠加的结果，见下图的公式。潮汐调和分析就是求取函数中的未知数。分潮的角频率已知，未知数只有振幅和迟角。

潘海东博士在潮汐调和分析软件T_Tide的基础上开发更为强大的S_Tide。与T_Tide一样，S_Tide也是用matlab开发的。为了方便使用，S_Tide还带一个图形化用户界面（GUI），没有matlab基础的同学也能使用它进行潮汐调和分析和预报。

（1）Step1 导入数据，输入数据文件必须是csv或者是xls，数据必须是均匀采样，缺测要设置为NaN。

（2）Step2 设置采样间隔1小时和纬度46.2。

（3）Step3生成调和常数并保存。

调和常数如下：

（4）Step4回报720小时潮位。

（5）Step6，Step7预报乘潮水位。

乘潮水位是指具有一定时间间隔且可用以通航的某一高潮水位。在海港工程的设计和施工中常常要求提供此值。虽然这个值是出现在高潮前后，但科学地掌握它仍需进行若干计算及研究，否则就可能因通航水位设计过浅而影响通过能力，或因疏浚过深而造成不必要的浪费。因此，合理选用乘潮水位有着重要的经济价值。

乘潮水位包括高潮乘潮水位和低潮乘潮水位。前者多用于船舶进出港航道或船坞，后者适用于利用低潮位延时进行水工建筑物的施工作业。

乘潮水位计算有2个参数，分别是乘潮时间和累计概率。

下图是乘潮为时间2个小时，保证率90%的乘潮计算结果。

小结

S_Tide对R. Pawlowicz编制的T_Tide存在的各种问题进行了改进，比如T_TIDE无法处理长时间数据（18.61年），无法处理不均匀采样数据。 S_TIDE是一个更为普适的方法，可以广泛应用于各种潮汐资料的分析，甚至是非潮序列的研究（用来提取日循环，月循环，半年循环，年循环，8.85年循环，18.61年循环等）。另外，S_Tide教程非常地详细，非专业人士也能看懂。

参考文献

潮汐调和分析原理与应用——20220310南京大学_哔哩哔哩_bilibili

S_TIDE相比T_TIDE优势 - 哔哩哔哩

致所有的S_TIDE使用者：你们的贡献不会被忽视 - 哔哩哔哩