駱敬新，劉克修，范文靜，祁冬梅，劉振民

(國家海洋信息中心 天津 300171)

1 前言

全球海平面觀測系統(tǒng) (GLOSS)，是由政府間海洋學(xué)委員會 (IOC)在1985年成立的一項(xiàng)國際間的合作計(jì)劃，由世界氣象組織 (WMO)和政府間海洋學(xué)委員會 (IOC)聯(lián)合成立的海洋學(xué)和海洋氣象學(xué)技術(shù)聯(lián)合委員會 (JCOMM)為其提供技術(shù)支持，代表了世界水位觀測技術(shù)的前沿。我國水位觀測以海洋站觀測為主，通過對沿岸水位的觀測，獲取觀測數(shù)據(jù)，開展潮汐潮流預(yù)報，風(fēng)暴潮等海洋災(zāi)害預(yù)警報，海平面與氣候變化研究等一系列的研究和實(shí)際應(yīng)用，在海洋領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。通過對GLOSS現(xiàn)狀的研究，了解其目前工作的重點(diǎn)、技術(shù)現(xiàn)狀、工作中的注意事項(xiàng)和要求，為我國的海洋站觀測提供一些引導(dǎo)性建議，使我國海洋站觀測的資料和成果更加完善，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊，應(yīng)用價值得到更大效能的發(fā)揮。

2 全球海平面觀測系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 全球海平面觀測系統(tǒng)的發(fā)展階段和目標(biāo)

全球海平面觀測系統(tǒng)從1985年成立，發(fā)展到今天經(jīng)歷了幾個主要的發(fā)展階段。GLOSS建立之初，其主要目的是配合科學(xué)研究的需要，對全球及區(qū)域的水位觀測進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理。1990年，形成了由全球約300個觀測站組成的核心網(wǎng)絡(luò)。到1997年，根據(jù)科學(xué)研究和應(yīng)用的需要，以及在數(shù)據(jù)使用中暴露出來的一些問題，確立了下一步的4個工作重點(diǎn):① 水位觀測要滿足海平面變化的長期趨勢和加速度的研究;②利用水位觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)對衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn);③水位觀測盡量滿足大洋環(huán)流研究的需要;④將全球定位系統(tǒng)GPS對陸地高程變化的監(jiān)測納入到計(jì)劃中來。

1997年以后網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)快速發(fā)展，并且在此過程中經(jīng)歷了印度洋海嘯 (2004年)和日本的海嘯 (2011年)全球矚目的災(zāi)害性事件，GLOSS也不斷地升級和調(diào)整，到 2012年，GLOSS強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)2個方面的工作:① 核心網(wǎng)絡(luò)中的各站的水位觀測數(shù)據(jù)要完成實(shí)時/準(zhǔn)實(shí)時的上報，為滿足這一需要針對驗(yàn)潮站的供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集平臺和通訊程序包進(jìn)行升級。GLOSS強(qiáng)調(diào)，這樣做最大的好處能夠及時地發(fā)現(xiàn)觀測站點(diǎn)的故障，提高站點(diǎn)運(yùn)行性能，保障業(yè)務(wù)化海洋學(xué)的順利運(yùn)行。②核心網(wǎng)絡(luò)的所有驗(yàn)潮站配備全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS)，這一升級主要用于配合衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)，更好地確定相對于地心的海平面上升速度以及局地海平面變化［1］。

2.2 GLOSS的資料中心

GLOSS目前主要包含6個全球的資料中心，其中5個，包括持久海平面中心 (Permanent Service For Mean Sea Level)、延時資料中心(Delayed Mode Data Centre)、快速資料中心(Fast Delivery Center)、水位聯(lián)合檔案中心(Joint Archive for Sea Level)、水位實(shí)時資料監(jiān)控中心 (Sea Level Station Monitoring Facility)已經(jīng)運(yùn)行多年，另外一個驗(yàn)潮站的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)資料中心 (TIGA)正在建設(shè)之中。

2.3 GLOSS水位觀測數(shù)據(jù)在科學(xué)和實(shí)際中的應(yīng)用

水位觀測數(shù)據(jù)是最有用的海洋學(xué)要素之一，傳統(tǒng)的應(yīng)用是用于潮汐表編制和港口運(yùn)行，除此，對于科學(xué)家開展海洋環(huán)流和全球氣候變化研究、對于沿岸工程和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)設(shè)計(jì)、業(yè)務(wù)化海洋學(xué)的運(yùn)行 (例如風(fēng)暴潮或海嘯產(chǎn)生的洪澇預(yù)、警報)都有重要的作用。

2.3.1 海平面的長期變化研究，大洋環(huán)流研

究，特別是衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)校正

進(jìn)行海平面變化趨勢及加速度的研究。此應(yīng)用尤其注重?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。水位觀測資料必須被認(rèn)真地校準(zhǔn)、檢查和評價，觀測數(shù)據(jù)也必須連測到基本水準(zhǔn)點(diǎn)，進(jìn)一步校準(zhǔn)到國家高程基準(zhǔn)網(wǎng)，甚至校準(zhǔn)到全球高程基準(zhǔn)網(wǎng)，而且所有的這些過程都應(yīng)該被記錄下來，很好地保存，以提高水位觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為觀測數(shù)據(jù)的高效應(yīng)用提供保障［2］。

水位觀測資料還可用于幫助海洋環(huán)流振蕩的監(jiān)測，幫助開展沿岸上升流的監(jiān)測和研究，在海峽兩岸的水位觀測可以監(jiān)測狹窄通道海流的變化，位于深海海島站的水位觀測數(shù)據(jù)還用于對渦旋的辨別和研究，特別是對于用于大洋環(huán)流研究的衛(wèi)星高度計(jì)資料，通常需要利用準(zhǔn)確的水位觀測資料進(jìn)行數(shù)據(jù)訂正和對比驗(yàn)證。

2.3.2 沿岸工程和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)設(shè)計(jì)

眾所周知，在沿岸防御設(shè)施和其他基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)時，通常需要沿岸水位極值的概率估計(jì)，確保能夠抵御可能出現(xiàn)的洪澇風(fēng)險。這當(dāng)然也需要連續(xù)多年的水位觀測資料，而且準(zhǔn)確度越高越好。

2.3.3 確定高程基準(zhǔn)

許多國家陸地高程測量的基準(zhǔn)都是以一段時間的某地的平均海平面為基礎(chǔ)的，這個高程基準(zhǔn)用途廣泛，作用巨大，在聯(lián)合國海洋法公約上經(jīng)常引用此類基準(zhǔn)，政府間的劃界也常常以此為依據(jù)。例如我國的黃海高程基準(zhǔn)、吳淞高程基準(zhǔn)等等基準(zhǔn)均屬于這種情況。理論最低潮位通常被用于設(shè)定潮汐預(yù)報或海圖的基準(zhǔn)，理論最低潮位的推算，也需要以持續(xù)一段時間的觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。

2.3.4 業(yè)務(wù)化海洋學(xué)的應(yīng)用

水位觀測數(shù)據(jù)應(yīng)用于風(fēng)暴潮的預(yù)報模型中已有多年的歷史，它為預(yù)報模型的業(yè)務(wù)化運(yùn)行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，除此還應(yīng)用于生態(tài)和水質(zhì)模型預(yù)報之中。

自從2004年印度洋海嘯后，為滿足海嘯監(jiān)測和預(yù)警需要，提高了對水位數(shù)據(jù)高頻觀測和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅?005年，印度洋海嘯預(yù)警系統(tǒng) (IOTWS)建立并開始業(yè)務(wù)化運(yùn)行。太平洋海嘯預(yù)警系統(tǒng) (PTWS)以及其他區(qū)域性的業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)，如:加勒比地區(qū)、東北大西洋、地中海等地的海嘯預(yù)警系統(tǒng)也基于高頻觀測和傳輸?shù)乃粩?shù)據(jù)建立起來。

2.3.5 潮汐表編制和港口運(yùn)行

自從18世紀(jì)以來潮汐表就是水位觀測資料最主要的產(chǎn)品之一。雖然潮汐表的制作不需要長期的數(shù)據(jù)支持也可以完成，但是由于自然或人為的原因常常會引起當(dāng)?shù)爻毕卣鞯淖兓?，因此長期進(jìn)行水位監(jiān)測及時掌握當(dāng)?shù)爻毕卣鞯淖兓瑢τ诔毕淼母率欠浅１匾?。港口運(yùn)行更是依賴于實(shí)時監(jiān)測的水位資料，其實(shí)也可以算作業(yè)務(wù)化海洋學(xué)的一部分。

各種應(yīng)用之間可以相互依賴相互促進(jìn)，例如:在工程設(shè)計(jì)時，由于沿岸的工程和基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)壽命通常幾十年甚至超過1個世紀(jì)，因此在工程設(shè)計(jì)，進(jìn)行極值估計(jì)時要考慮海平面上升的長期變化趨勢;另外一個例子就是在業(yè)務(wù)化海洋學(xué)應(yīng)用之前先開展質(zhì)量的監(jiān)控，很快地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異常和錯誤，并及時糾正錯誤，對形成高質(zhì)量的延時數(shù)據(jù)有很大的促進(jìn)作用，從而有利于延時資料的應(yīng)用。

3 全球海平面觀測技術(shù)現(xiàn)狀及要求

GLOSS有專門的協(xié)調(diào)組和專家組，編制相應(yīng)的技術(shù)手冊，為各成員國提供技術(shù)的支持和幫助。截至目前已經(jīng)完成了Ⅰ～Ⅳ版的《水位觀測技術(shù)手冊》 (Manual on Sea Level Measurement and Interpretation)的發(fā)布，分別發(fā)布于1985年、1994年、2000年和2006年。每個版本都是根據(jù)當(dāng)時的形勢需要，介紹最適用的和最前沿的技術(shù)和要求，舊的版本仍然會包含部分有意義的內(nèi)容，因?yàn)椴恍枰龠M(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，所以在新的版本中沒有提及，如果想對水位觀測技術(shù)有更深入的了解，需要對4本手冊都進(jìn)行詳細(xì)的閱讀 (www.pol.ac.uk/psmsl/manuals)。

3.1 驗(yàn)潮站和觀測儀器

《水位觀測技術(shù)手冊》對驗(yàn)潮站站址選擇和驗(yàn)潮井設(shè)置的條件和要求、水位觀測儀器進(jìn)行了詳細(xì)地介紹，按照儀器的不同類型，分別介紹了其結(jié)構(gòu)、原理、性能、優(yōu)缺點(diǎn)，甚至價格區(qū)間。

水位觀測儀器的主要類型有:標(biāo)桿或水尺;浮力式水位計(jì);以上在前3版介紹。第4版主要介紹了以下儀器:壓力水位計(jì);聲學(xué)水位計(jì);激光驗(yàn)潮儀。

3.2 基準(zhǔn)控制和連測

在《水位觀測技術(shù)手冊》的4個版本中對潮高基準(zhǔn)控制和連測都有介紹，且越新的版本越強(qiáng)調(diào)了其重要的作用。

(1)介紹基準(zhǔn)和連測的一些概念和測量要求，包括基本水準(zhǔn)點(diǎn) (TGBM)、GPS水準(zhǔn)點(diǎn)(GPSBM)、連測點(diǎn) (CP)、驗(yàn)潮水尺零點(diǎn)、國家連測網(wǎng)、海圖基準(zhǔn)等。

(2)局地水準(zhǔn)點(diǎn)之間連測，要求要定期對局地水準(zhǔn)點(diǎn)網(wǎng)進(jìn)行高精度的連測，至少每年重復(fù)一次，并由負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)對測量結(jié)果充分地做好記錄，連測頻率的確定取決于該地區(qū)的地質(zhì)條件，在不穩(wěn)定的地面，需要進(jìn)行更頻繁的水準(zhǔn)連測。

(3)廣域的水準(zhǔn)連測通常延伸到10 km或更遠(yuǎn)的距離，可以監(jiān)測局地基本水準(zhǔn)點(diǎn)的變化情況，能夠判斷局地相對海平面的變化是否適用于周邊更廣闊的區(qū)域。但是由于連測距離遠(yuǎn)所以誤差會比較大，使用時應(yīng)該注意。

(4)潮位基準(zhǔn)的大地測量技術(shù)和方法，包括:GPS測量技術(shù)、DORIS測量技術(shù)、絕對重力測量。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)主要包括以下幾種類型:無線電廣播，適于較近距離;公共電話交換網(wǎng)用戶中繼線撥號或?qū)Ｓ秒娫捑€;在固定線路不可行的地方，利用手機(jī)通訊;互聯(lián)網(wǎng)技術(shù);更偏遠(yuǎn)的地區(qū)，可以使用移動衛(wèi)星通訊;全球電信系統(tǒng)(GTS)是被廣泛應(yīng)用于氣象組織進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸和交換的系統(tǒng)，建議推廣應(yīng)用于水位數(shù)據(jù)傳輸中。

3.4 資料處理技術(shù)和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

《水位觀測技術(shù)手冊》的幾個版本對資料處理的技術(shù)陸續(xù)進(jìn)行了簡單介紹，例如:傳統(tǒng)的資料提取方法、質(zhì)量控制方法、極值估計(jì)法等。

GLOSS中由延時數(shù)據(jù)中心和水位聯(lián)合檔案中心開展延時資料的質(zhì)量控制。目前隨著實(shí)時和準(zhǔn)實(shí)時資料量的增大和需求的增加，對實(shí)時的資料質(zhì)量控制功能更加關(guān)注。實(shí)時資料質(zhì)量控制的目的是檢出尖峰和缺測等異常情況，在數(shù)據(jù)顯示在公共Web頁面和風(fēng)暴潮預(yù)報同化系統(tǒng)之前完成自動檢測。“快速和高效”要求必須利用數(shù)據(jù)質(zhì)量控制軟件完成這項(xiàng)工作。目前，比利時佛蘭德斯海洋研究所開發(fā)了GLOSS實(shí)時資料監(jiān)控系統(tǒng)。手冊還專門強(qiáng)調(diào)了防止數(shù)據(jù)錯誤的方法之一是連續(xù)數(shù)據(jù)流的人工監(jiān)視，例如，英國的風(fēng)暴潮預(yù)報服務(wù)系統(tǒng)，西班牙港務(wù)局開發(fā)的水位數(shù)據(jù)質(zhì)量控制系統(tǒng)。質(zhì)控軟件和人工監(jiān)視相結(jié)合應(yīng)該是相對完美的質(zhì)量控制手段。

3.5 水位測量新技術(shù)

對浮標(biāo)載GPS和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)進(jìn)行了簡單的介紹。

3.6 GLOSS對水位觀測的要求

《水位觀測技術(shù)手冊》中指出:水位觀測的目標(biāo)是在任何時候，在任何潮汐、海浪、海流、天氣等條件下水位記錄準(zhǔn)確度都應(yīng)該優(yōu)于1 cm。GLOSS對水位觀測的具體要求如下:

3.6.1 水位數(shù)據(jù)觀測頻率要求

如果用于海嘯預(yù)警則需要有1分鐘或甚至更短時間間隔 (15秒)，驗(yàn)潮站應(yīng)該盡量配備海嘯信號記錄設(shè)備;有可能的情況下最好也記錄下波浪信號，這要求水位觀測的采樣頻率為1秒。如果要避免波浪的影響則要經(jīng)過足夠長一段時間的平均，一般持續(xù)時間為6分鐘或15分鐘。各種應(yīng)用對驗(yàn)潮站的觀測頻率要求見表1。

表1 各種應(yīng)用對驗(yàn)潮站的觀測頻率要求［1］

3.6.2 驗(yàn)潮儀計(jì)時要準(zhǔn)確

驗(yàn)潮儀的計(jì)時同樣影響水位精度，驗(yàn)潮儀的計(jì)時精度要優(yōu)于1分鐘，一般電子驗(yàn)潮儀都具有秒或更好的精度，但為保證其準(zhǔn)確性，防止時間的漂移，觀測設(shè)備的時鐘校準(zhǔn)功能仍非常必要。

3.6.3 基本水準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置和連測

水位觀測必須相對于一個固定、永久的當(dāng)?shù)鼗舅疁?zhǔn)點(diǎn)，并與幾個輔助的標(biāo)志物進(jìn)行連測，以防止其移動或破壞。另外應(yīng)定期 (至少每年)進(jìn)行基本水準(zhǔn)點(diǎn)和驗(yàn)潮零點(diǎn)之間的連測，準(zhǔn)確度要求達(dá)到毫米量級，如果驗(yàn)潮儀處于不穩(wěn)定的地面，必須開展更頻繁的水準(zhǔn)連測。

3.6.4 配備GPS/GNSS大地監(jiān)測設(shè)備

用于研究長期趨勢、海洋環(huán)流和高度計(jì)訂正的水位觀測需要配備GPS接收機(jī) (或其他大地測量設(shè)備)，其位置要與驗(yàn)潮儀盡可能的接近，并定期 (至少每年)進(jìn)行GPS水準(zhǔn)點(diǎn)和驗(yàn)潮零點(diǎn)、基本水準(zhǔn)點(diǎn)之間的連測。

3.6.5 數(shù)據(jù)的記錄與傳輸

水位觀測站要求在觀測站當(dāng)?shù)赜涗洿鎯?shù)據(jù)的同時還要配備自動數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，通過衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)等將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾LOSS的相應(yīng)數(shù)據(jù)中心。

3.6.6 開展其他要素的輔助觀測

水位觀測應(yīng)該進(jìn)行大氣壓力的輔助觀測，如果有可能的話也要開展風(fēng)和其他環(huán)境參數(shù)的觀測，這些要素與水位數(shù)據(jù)分析直接相關(guān)。

3.6.7 觀測儀器和方法改變時的要求

當(dāng)水位觀測在由一個“更好的”方式取代時，水位數(shù)據(jù)的時間序列記錄可能會出現(xiàn)系統(tǒng)性跳躍。不同的儀器均存在系統(tǒng)誤差，新技術(shù)與舊的技術(shù)相比在概念理解上必然有一些差別，在獲得足夠的經(jīng)驗(yàn)之前，必須始終沿用舊的方式。

3.6.8 開展實(shí)時/準(zhǔn)實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸和質(zhì)量監(jiān)控

實(shí)時數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控中心要定期 (每天)進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢查，將儀器故障告知操作者，保證數(shù)據(jù)形成長期穩(wěn)定的時間序列。在進(jìn)行系統(tǒng)升級時優(yōu)先考慮那些不能進(jìn)行實(shí)時或準(zhǔn)實(shí)時傳輸資料的站，也就是不能進(jìn)行實(shí)時質(zhì)量監(jiān)控的那些站。

4 對我國海洋觀測站工作的啟示

通過對全球水位觀測系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的研究，得到對我國海洋站觀測的一些啟示:

4.1 加強(qiáng)水位觀測基準(zhǔn)的核定和連測，監(jiān)測觀測站附近地面的升降運(yùn)動

局地的相對海平面變化的原因重要的組成可能是陸地的縱向升降運(yùn)動，為了確定相對于地心的全球海平面升降和局地海平面的變化，驗(yàn)潮站附近縱向陸地球垂直運(yùn)動的監(jiān)測和準(zhǔn)確的大地連測是非常必要的。

從水位數(shù)據(jù)應(yīng)用的角度，統(tǒng)一的水位觀測基準(zhǔn)對于海平面長期變化趨勢研究、衛(wèi)星高度計(jì)的校準(zhǔn)、海洋環(huán)流研究、業(yè)務(wù)化海洋學(xué)運(yùn)行等都是非常重要的。GLOSS《水位觀測技術(shù)手冊》中每一個版本都拿出一個重要的章節(jié)對驗(yàn)潮基準(zhǔn)控制和連測的概念、技術(shù)方法、管理要求進(jìn)行詳細(xì)的介紹，對于驗(yàn)潮站附近大地高程變化的監(jiān)測更是反復(fù)強(qiáng)調(diào)。

從1997年GLOSS將GPS監(jiān)測地面沉降納入到計(jì)劃之中，到現(xiàn)在正在建設(shè)的GNSS資料中心，充分體現(xiàn)了GNSS對地面高程連續(xù)監(jiān)測的重要性。GLOSS技術(shù)材料中指出GPS接收器要盡量安裝在離驗(yàn)潮站接近的地方，距離大約幾百米以內(nèi)，要定期 (至少每年)進(jìn)行GPS水準(zhǔn)點(diǎn)與基本水準(zhǔn)點(diǎn)的連測［2］。

最近幾年我們國家對基準(zhǔn)核定工作給予了高度的重視，技術(shù)得到了很大的提高，管理也越來越完善，取得了不少的成果，但是如果要想使基準(zhǔn)核定工作更加完善，仍需要大家繼續(xù)努力。例如:我們國家海洋站從2008年開始開展GPS觀測，到目前為止由于時間序列短、穩(wěn)定性差等問題，目前還沒有充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。提高GNSS觀測技術(shù)和管理水平、資料處理能力、加強(qiáng)GNSS資料的應(yīng)用以及建立GNSS資料管理和監(jiān)控中心，對于提高驗(yàn)潮站基準(zhǔn)核定的能力有很大的幫助。

4.2 以提高數(shù)據(jù)的可用性為目的來開展海洋站觀測工作

數(shù)據(jù)的不同應(yīng)用對于觀測的準(zhǔn)確性、觀測頻率和傳輸時效提出了不同的要求。最早的水位觀測數(shù)據(jù)主要用于潮汐表的制作、港口運(yùn)行、高程基準(zhǔn)的制定等方面，對水位觀測準(zhǔn)確度或觀測頻率要求不是特別高。目前為了滿足氣候變化研究預(yù)測、大洋環(huán)流研究、風(fēng)暴潮、海嘯預(yù)警等需要，對觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度、觀測頻率和數(shù)據(jù)傳輸頻率有了更高的要求。以目前的觀測儀器和設(shè)備的能力以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，在技術(shù)上滿足上述要求已經(jīng)不存在困難，但是往往由于局限于傳統(tǒng)的觀測思路和方法，造成獲取的觀測數(shù)據(jù)不完整、準(zhǔn)確率低，不能滿足部分應(yīng)用需要。如果所有的應(yīng)用都被重視，在有限的人力投入、適度經(jīng)濟(jì)支持的基礎(chǔ)上，為驗(yàn)潮站觀測確定更加科學(xué)合理的工作內(nèi)容和流程，完善的管理制度，那么獲取的數(shù)據(jù)將會更加準(zhǔn)確、完整，取得的結(jié)果才能滿足上述各種應(yīng)用的需要，數(shù)據(jù)的可用性得到最大效能的發(fā)揮。

4.3 各觀測要素之間有著重要的相關(guān)，會對水位觀測的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，應(yīng)該重視和加強(qiáng)各他要素的同步觀測

氣象學(xué)要素對水位觀測數(shù)據(jù)影響比較大，典型事例就是風(fēng)暴潮增減水，其中有2個關(guān)鍵的氣象因素:氣壓和風(fēng)。1 hPa的氣壓增加會導(dǎo)致海平面降低1 cm，風(fēng)對海面的拖曳力和風(fēng)速的平方成正比［2］;水位如何進(jìn)行時空變化與風(fēng)驅(qū)動海洋環(huán)流和海洋上層熱容量相關(guān)［1］;氣溫、氣壓、水溫等可能會影響部分水位觀測儀器的準(zhǔn)確性。

因此，開展氣壓、風(fēng)、降水、水溫、鹽度、海流、海浪、地面沉降、能見度和相對濕度等要素的觀測，對于保障水位觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，充分發(fā)揮水位觀測數(shù)據(jù)的可用性有很大的作用。

4.4 盡量維護(hù)數(shù)據(jù)的均一、穩(wěn)定并正確填報

當(dāng)水位觀測在由一個“更好的”方式取代時，水位時間序列記錄可能會出現(xiàn)系統(tǒng)性跳躍。不同的儀器均可能存在系統(tǒng)誤差，新技術(shù)與舊的技術(shù)相比在概念理解上必然有一些差別，在獲得足夠的經(jīng)驗(yàn)之前，必須始終沿用舊的方式。儀器的更換造成的數(shù)據(jù)差異比實(shí)際測量誤差要大得多［2］。

驗(yàn)潮零點(diǎn)的變動、環(huán)境的變化、儀器的變更、站址的變遷等會直接造成數(shù)據(jù)的不均一、不穩(wěn)定，影響氣候變化研究和結(jié)論，對水位資料的使用效果也會產(chǎn)生大大的影響。除此以外，其他各觀測要素的均一性、穩(wěn)定性同樣也需要保證。例如:溫鹽傳感器因?yàn)樯矬w滋生，導(dǎo)致觀測結(jié)果產(chǎn)生漂移;降水觀測儀器在維護(hù)時因?yàn)榍逑?，造成觀測數(shù)據(jù)結(jié)果有降水記錄;氣壓、氣溫、風(fēng)等要素的觀測也要注意其觀測儀器高度的變化會對數(shù)據(jù)不均一造成嚴(yán)重的影響［3－4］，因此一定要注意儀器高程的變化，正確的填寫數(shù)據(jù)報表文件，尤其文件表頭中的高程信息。

4.5 加強(qiáng)元數(shù)據(jù)信息的記錄和收集

水位的研究內(nèi)容廣泛，簡單的水位高低的測量不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，數(shù)據(jù)必須被認(rèn)真地校準(zhǔn)、檢查和評價，必須連測到基本水準(zhǔn)點(diǎn)，進(jìn)一步連測到國家高程系統(tǒng)，甚至全球高程系統(tǒng)。所有的這些過程都應(yīng)該被記錄，存成文件，存檔，認(rèn)真保護(hù)起來，以便以后作為重要的資源應(yīng)用到工程建設(shè)和長期氣候變化等工作之中［2］。GLOSS的各資料中心都開展了元數(shù)據(jù)的收集和使用，其他國家在進(jìn)行水位觀測時，也非常注重元數(shù)據(jù)的采集和保存，例如:美國NOAA的水位觀測，從其水位與海流觀測網(wǎng)(TideandCurrents.noaa.gov)發(fā)布的信息可以看到除水位觀測數(shù)據(jù)，其中還收集了基準(zhǔn)連測、站位、環(huán)境、儀器等大量元數(shù)據(jù)信息。

在氣候變化研究時，資料的均一化檢驗(yàn)和處理必須以元數(shù)據(jù)信息為依據(jù)，這些信息包括:觀測站的地理信息、歷史沿革信息等;局地環(huán)境信息;儀器信息 (儀器類型、儀器的安裝和防護(hù)、資料記錄和傳輸方式)、觀測過程實(shí)踐(觀測人員、要素、時次、常規(guī)維護(hù)、觀測現(xiàn)場的數(shù)據(jù)校正)，數(shù)據(jù)處理過程 (數(shù)據(jù)計(jì)量單位、計(jì)算方法、質(zhì)控處理方法等)、歷史事件 (社會和政策變化、夏時制)等［5］。

因此，首先應(yīng)該進(jìn)一步明確元數(shù)據(jù)信息的內(nèi)容，建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保證信息的完整，然后認(rèn)真地記錄、歸檔和存儲，為數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制處理、均一化提供依據(jù)，從而使觀測數(shù)據(jù)的可用性大大提高。

5 總結(jié)

為了獲取準(zhǔn)確有效的水位觀測資料和成果，使水位觀測資料的應(yīng)用價值得到更大效能發(fā)揮，在我國的海洋站觀測工作中，以下幾個方面應(yīng)該尤其給以重視:要注意加強(qiáng)水位觀測基準(zhǔn)的核定和連測，充分發(fā)揮全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)應(yīng)有的作用，監(jiān)測并確定觀測站附近地面升降運(yùn)動;要以提高數(shù)據(jù)的可用性為目的開展海洋站觀測工作;各觀測要素之間有著重要的相關(guān)，應(yīng)該重視和加強(qiáng)各要素的同步觀測以提高水位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性;盡量維護(hù)數(shù)據(jù)的均一、穩(wěn)定，并正確填報數(shù)據(jù)文件;要加強(qiáng)元數(shù)據(jù)信息的記錄和收集。

［1］The WMO/IOC Joint Technical Commission for Oceanography and Marine Meteorology(JCOMM).The Global Sea level Observing System IMPLEMENTATION PLAN 2012［EB/OL］.［2013 －10 － 10］.http://www.gloss － sealevel.org/publications/documents/GLOSS_Implementation_Plan_2012.pdf.

［2］The WMO/IOC Joint Technical Commission for Oceanography and Marine Meteorology(JCOMM).Manual on Sea Level Measurement and Interpretation Volume IV:An Update to 2006［EB/OL］.(2006 －09 －21)［2013 －10 －10］.http://www.psmsl.org/train_and_info/training/manuals/manual_14_final_21_09_06.pdf.

［3］國家海洋局北海分局.GB/T14914海濱觀測規(guī)范［M］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［4］天津大學(xué)水文水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室.海洋石油工程環(huán)境水文分析計(jì)算［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1983.

［5］李慶祥.氣候資料均一性研究導(dǎo)論［M］.北京:氣象出版社，2011.