dmi.dk DANISH METEOROLOGICAL INSTITUTE TECHNICAL REPORT Tidevand ved de danske vandstandsstationer Vibeke Huess Palle Bo Nielsen, Farvandsvsenet

Transkript

1 DANISH METEOROLOGICAL INSTITUTE TECHNICAL REPORT 0-1 Tidevand ved de danske vandstandsstationer Vibeke Huess Palle Bo Nielsen, Farvandsvsenet Jacob Woge Nielsen ISSN X ISSN (printed) (online) dmi.dk Copenhagen 00

2 blank side

3 Indhold 1 Indledning 1 Tidevandsanalyser og prediktioner 1.1 Data Programmel Benyttelse af forskellige programmer Kriterier for nye konstituentst Resultater Opdatering af konstituentst Konstituentst tilfjet Konstituentst opdateret med betydelig forbedring Konstituentst opdateret med lille forbedring Tidsplan for opdatering af konstituentst Vertikalt referenceniveau 8 5 Opsummering 8 Referencer 9 Bilag: 1 6 Database: Historik over danske tidevandskonstituentst 1

4 Tabeller 1 Benyttede tidevandsfrekvenser Danske vandstandstationer med analyseret tidevand... 5 Figurer 1 Eksempel pa forbedring af tidevandsberegningen M ved de danske tidevandsstationer

5 1 1 Indledning Det ocielle ansvar for beregning af tidevandet for de danske farvande er placeret hos Farvandsvsenet, der hvert ar udgiver tidevandstabeller for de danske, frske og grnlandske farvande. Farvandsvsenet varetager desuden kontakten til The United Kingdom Hydrographic Oce, der udgiver de globale tidevandstabeller Admiralty Tide Tables. Pa DMI benyttes beregninger af tidevandet for de danske kyster, dels internt til brug for stormodsvarslingen, dels pa internettet under hvor vandstandsobservationer, tidevand og prognoser for vandstand prsenteres i et samarbejde mellem DMI, Farvandsvsenet, Kystdirektoratet og en rkke amter, kommuner og havnemyndigheder. For at sikre overensstemmelse mellem Farvandsvsenets tidevandstabeller og de beregninger, der benyttes i stormodsvarslingen samt prsenteres pa internettet, blev det besluttet i 001 at udarbejde en flles database pa Farvandsvsenet og DMI med konstituentst for samtlige danske stationer, der beregnes tidevand for. I forbindelse med udarbejdelsen af denne flles database er tidevandskonstituentsttene for de danske farvande blevet revideret i et samarbejde mellem Farvandsvsenet og DMI, og for langt de este stationer er konstituentsttet blevet udskiftet efter en ny analyse. Derudover er tidevandet blevet beregnet for en del stationer, der ikke tidligere har vret analyseret. Resultatet af samarbejdet er en database, der indeholder et flles tidevandskonstituentst for alle analyserede danske stationer. Nye stationer kan tilfjes. Databasen indeholder udover de aktuelle konstituentst en historisk liste over hvilke konstituentst, der tidligere har vret benyttet pa hver enkelt station. Fremtidige rettelser og tilfjelser til det flles konstituentst vil blive udfrt i samarbejde mellem de to institutioner. En historisk oversigt over udskiftningen af konstituentsttene pa hver enkelt station er vedlagt i appendiks 6. Tidevandskonstituenterne er i databasen angivet med amplituder i cm og faser i grader (UTC). Tidevandsanalyser og prediktioner.1 Data Ud fra et nske om at fa klarhed over analysegrundlaget bag tidevandskonstituentsttene er hver enkelt station gennemgaet og tidevandet re-analyseret, hvis analysen var baseret pa enten et ukendt datast eller et begrnset antal observationer (ofte kun 1- ar). Dette viste sig at vre tilfldet for samtlige stationer, bortset fra Esbjerg, hvor tidevandet blev grundigt analyseret i 1994 (Hvidberg-Knudsen et al., 1994) og koordineret mellem Farvandsvsenet og DMI i 1998 (Nielsen and Nielsen, 1998). Tidevandet er derfor re-analyseret for alle andre stationer end Esbjerg. Derudover er tidevandet blevet bestemt for en del vandstandsstationer, der ikke tidligere var analyseret. En dataperiode pa 8 ar (1/ /1 1999) er valgt som analyseperiode. For stationer hvor observationerne ikke er tilgngelige for hele denne periode anvendtes det optimalt tilgngelige datast til analysen. Tabel viser samtlige danske stationer med analyseret tidevand. Dataperioden benyttet til de nye tidevandsanalyser ses ud for hver enkelt station. Fra lokaliteter med malere fra ere institutioner (Vida, Hornbk og Gedser) er data fra DMI's

6 malere benyttet til de nye analyser. For de tre jyske vestkyststationer Torsminde, Hvide Sande og Thyborn eksisterer foruden en havnemaler ogsa en maler udenfor havnen, og tidevandet er analyseret for bade kyst-og havnemaleren.. Programmel De nye tidevandsanalyser er foretaget pa DMI med analyseprogrammet TIRA fra Proudman Oceanographic Laboratory, England (Bell et al., 1999). Til tidevandsprediktion benyttes pa DMI programmet TIDES udviklet pa DMI af Karsten Bolding Kristensen (ingen reference). Ved DMI er desuden M. FOREMANs programpakke fra Institute of Ocean Sciences, Canada til radighed til bade analyse og prediktion (herefter kaldet FOREMAN programmet) (Foreman, 1977). Ved Farvandsvsenet benyttes det hollandske GETIJSYS program udviklet af Delft Hydraulics (GETIJSYS, 199) til bade analyse og prediktion. De nye tidevandsanalyser er foretaget med TIRA programmet som separate 1-ars analyser og analyseret for de 63 frekvenser vist i tabel Benyttelse af forskellige programmer Ved benyttelse af forskellige tidevandsprogrammer til analyse og prediktion introduceres mulige fejlkilder forarsaget af: - forskellige denitioner af tidevandskonstituenterne - forskellige korrektioner for konstituenternes ulste satellitter (nodalkorrektioner) I de re tidevandsprogrammet nvnt her(tira, GETIJSYS, FOREMAN og TIDES) eksisterer to forskellige denitioner for den daglige konstituent S 1,ogdenarlige konstituent S a (se nedenfor). Det skal derfor sikres inden benyttelse af et prediktionsprogram at faserne, der indgar i konstituentsttet, for disse to konstituenter er konsistente med prediktionsprogrammets denitioner. Fasedenitioner for S 1 Fra tidevandsundersgelsen i Esbjerg blev det fundet, at der var en forskel pa denitionen af S 1 fasen mellem Farvandsvsenet og DMI konstituentsttene pa 30 (Nielsen and Nielsen, 1998). Programpakkerne TIDES, GETIJSYS og TIRA benytter samme fasedenition for S 1, hvorimod FOREMAN programmet benytter en fase, der er 30 strre. I den flles database er fasedenitionen fra TIDES, GETIJSYS og TIRA programmerne benyttet. Hvis FOREMAN programmet benyttes til en prediktion, skal der derfor lgges 30 til den S 1 fase, der star opfrt i den flles database. Fasedenitioner for S a I FOREMAN og TIDES programpakkerne benyttes en fasedenition for S a pa 0 svarende til et maksimum d. 1. januar, hvorimod GETIJSYS og TIRA denerer en S a fase pa 0 svarende til et

7 3 Frekvensgruppe Konstituentnavn Langperiodiske frekvenser S a,s sa,m m,ms f,m f Daglige frekvenser Q 1, 1,Q 1, 1,O 1,MP 1,M 1,,, P 1,S 1,K 1 1,, 1,J 1,SO 1,OO 1 Halvdaglige frekvenser OQ,MNS,N,, N,, OP,MA,M,MB,MKS,L /MN,T,S,R,K, MSN,KJ,SM 8 timers frekvenser MO 3,M 3,SO 3,MK 3,SK 3 Kvart-daglige frekvenser MN 4,M 4,SN 4,MS 4 MK 4,S 4,SK 4 4 timers frekvenser MN 6,M 6,MSN 6,MS 6,MK 6,SM 6, MSK 6 3 timers frekvenser M 8 Tabel 1. De 63 frekvenser, der er analyseret for i de nye 1 ars tidevandsanalyser foretaget med TIRA programmet. maksimum ved forarsjvndgn. I den flles database er der for S a fasen benyttet denitionen med 0 ved forarsjvndgn (dvs. denitionen fra GETIJSYS og TIRA). Ved anvendelse af TIDES eller FOREMAN til prediktion skal der derfor lgges 77 til den S a fase, der star opfrt i den flles database..3 Kriterier for nye konstituentst For hver enkelt af de analyserede stationer blev et nyt konstituentst sammensat med de konstituenter, der udviste fasestabilitet over de analyserede ar. Stabilitetskravet var at standardafvigelsen var mindre end 0.For amplituden blev benyttet et simpelt minimumskrav pa 1 mm. Kvaliteten af et konstituentst er vurderet ud fra en antagelse om, at et mindre residual (beregnet tidevand - observeret vandstand) betyder en bedre tidevandsberegning. Residualet bestar dels af et atmosfrisk genereret bidrag og dels af et bidrag fra fejl i tidevandsamplituden og fasen. Testen af konstituentsttenes kvalitet er foretaget med TIDES programmet pa to ars perioden Det konstituentst, der gav den mindste standardafvigelse i residualet, blev vurderet til at vre af bedst kvalitet. 3 Resultater Resultaterne fra de nye tidevandsanalyser ses i tabel. I tabellen er vist samtlige danske stationer med analyseret tidevand, datagrundlaget bag den nye tidevandsanalyse, forbedringen i residualet med tidevandsberegningen foretaget med henholdvis det gamle og nye konstituentst for testperioden 1/1-1/ (malt som en formindskelse af standardafvigelsen af residualet). Desuden ses hvornar en eventuel opdatering af konstituentsttet er sket/ vil ske. De nye konstituentst giver for de este stationer en vis forbedring af residualet. For Grena og Ballen var de hidtil benyttede konstituentst hos Farvandsvsenet og DMI ikke ens, og forbedringen med det nye konstituentst er vist i forhold til begge tidligere benyttede

8 4 konstituentst. Datagrundlaget bag tidevandsanalyserne var for mange af de eksisterende konstituentst ukendt. For en del stationer, hvor det nye konstituentst gav blot en lille forbedring i forhold til det gamle konstituentst, er sttet derfor blevet udskiftet ud fra nsket om at kende dataperioden, der har indgaet i tidevandsanalysen. I afsnit 3.1 er status for udskiftningen af konstituentsttene opsummeret. I gur 1 er vist et eksempel pa forbedringen i tidevandsberegningen, der er opnaet ved at udskifte konstituentsttet. Det viste eksempel er for Arhus og viser tidsserier for den observerede vandstand og det beregnede tidevand med henholdsvis det gamle og nye konsituentst for perioden maj. Reduktionen af standardafvigelsen af residualet for Arhus pa 0.8 cm skyldes bade en forbedret fase- og amplitudebeskrivelse af tidevandet. Et overblik over tidevandsblgens strrelse og udbredelse igennem de danske farvande kan fas fra gur. Figuren viser amplitude og fase for den strste konstituent, manens halvdaglige tidevandskonstituent M,ved hver enkelt station.

9 5 Station nr Analyseret Forbedring af Opdateret pr. dataperiode st.afv. [cm] Vida ,95, /1 003 Ballum ,95, /1 003 Havneby /1 003 Brns 6143 nov 00-sep 01 Ny 1/1 00 Mand 5346 nov 00-sep 01 Ny 1/1 00 Ribe /1 00 Esbjerg nej Hvide Sande Kyst , /1 00 Hvide Sande Havn Ny 1/1 00 Torsminde Kyst /1 003 Torsminde Havn Ny 1/1 00 Ferring Ny 1/1 00 Thyborn Kyst Ny 1/1 00 Thyborn Havn /1 003 Hanstholm /1 001 Hirtshals /1 001 Skagen /1 003 Frederikshavn /1 00 Hals Barre Ny 1/1 00 Grena /0.10 1/1 00 Arhus /1 00 Ballen /0.13 1/1 00 Fredericia /1 00 Kolding 33 juli 99 - juni 00 Ny 1/1 00 Abenra Ny 1/1 00 Fynshav Ny 1/1 00 Tabel. Danske vandstandsstationer med analyseret tidevand. Prediktion af tidevandet er foretaget med de nye konstituentst for to ars perioden Forbedringen i standardafvigelsen af residualet er angivet for tidligere analyserede stationer. Til sammenligning er residualets standardafvigelse af strrelsen cm for Vestkyststationerne med aftagende variabilitet ind gennem de indre danske farvande til 15-0 cm. Tabellen fortstter pa nste side. 1: rapporteres af Farvandsvsenet til The United Kingdom Hydrographic Oce (til brug for Admiralty Tide Tables). : angivet i forhold til konstituentsttet benyttet tidligere pa henholdsvis DMI og Farvandsvsenet. 3: maleren er blevet yttet

10 6 Station nr. Analyseret Forbedring af Opdateret pr. dataperiode st.afv. [cm] Slipshavn /1 00 Spodsbjerg /1 00 Sj. Odde /1 00 Korsr /1 00 Hornbk /1 003 Kbenhavn Ny 1/1 003 Nordre Rse Fyr ,97-99 Ny 1/1 00 Drogden Fyr /1 00 Rdvig /1 00 Hesns /1 00 Gedser /1 003 Rdby Ny 1/1 00 Rnne Ny 1/1 00 Tejn Ny 1/1 00

11 7 3.1 Opdatering af konstituentst Konstituentst tilfjet Konstituentst er blevet tilfjet databasen for flgende stationer, der ikke tidligere har vret analyseret for tidevand: Brns Thyborn Kyst Rdby Mand Hals Barre Nordre Rse Hvide Sande Havn Kolding Rnne Torsminde Havn Abenra Tejn Ferring Fynshav 3.1. Konstituentst opdateret med betydelig forbedring Konstituentsttet for flgende stationer er blevet udskiftet, da det nye konstituentst gav en forbedring i standardafvigelsen pa mere end 0.1 cm i residualet: Vida Frederikshavn Korsr Ballum Ballen Drogden Fyr Hvide Sande Kyst Arhus Hanstholm Fredericia Hirtshals Slipshavn Konstituentst opdateret med lille forbedring Konstituentsttet for flgende stationer er blevet udskiftet, da det nye konstituentst ikke gav et darligere resultat end det gamle st (en forbedring i residual standardafvigelsen pa op til 0.1 cm): Havneby Grena Rdvig Ribe Spodsbjerg Hesns Torsminde Kyst Sjllands Odde Gedser Thyborn Havn Hornbk Skagen Kbenhavn 3. Tidsplan for opdatering af konstituentst Tidevandstabellerne for Danmark indeholder 16 stationer. Tabelvrdierne er beregnet med de opdaterede st fra 00 og frem. For flgende 7 stationer sker opdateringen dog frst med virkning fra 1/1 003: Havneby, Torsminde Kyst, Thyborn Havn, Skagen, Hornbk, Kbenhavn og Gedser. Desuden opdateres sttene for Vida og Ballum til internetprsentationen pa ligeledes pr. 1/1 003.

12 8 4 Vertikalt referenceniveau Det beregnede tidevand, der ses pa internetprsentationen under angives relativt til Dansk Vertikal Reference, DVR90, dvs. tidevandets middelvrdi er lig med stationens middelvandstand. Dette referenceniveau er valgt ud fra et nske om, at der skal vre overensstemmelse mellem referenceniveauet for kurverne, der prsenteres pa for tidevand og for observeret vandstand. I tidevandstabellerne udgivet af Farvandsvsenet angives tidevandet relativt til referenceniveauet for skort. For stationer vest for Skagen angives tidevandet derfor i forhold til middelspringtidslavvande (Mean Low Water Spring, MLWS), der deneres som MLWS = Z 0 ; (M + S ) hvor Z 0 er middelvandstanden og M og S amplituden for henholdsvis manens og solens strste tidevandsbidrag. I Farvandsvsenets tidevandstabeller er Z 0 sat til nul. For stationer st for Skagen (inklusiv denne) angives tidevandet i Farvandsvsenets tabeller med middelvrdi nul. For sammenligning mellem tidevandet i Farvandsvsenets (FRV) tidevandstabeller og DMI's beregninger under glder derfor flgende sammenhng: for stationer vest for Skagen: T DMI -T FRV =Z 0 -(M +S ) MLWS for stationer st for Skagen: T DMI -T FRV =Z 0 5 Opsummering Tidevandet er blevet gennemgaet for samtlige danske stationer, der beregnes tidevand for, og konstituentsttene revideret for de este stationer. Herved har vi faet klarhed over hvilket datagrundlag og analyseprogram, der ligger til grund for konstituentsttene. Ved opdateringen er der sket en forbedring i tidevandsprediktionen for en del stationer. Desuden er tidevandet blevet analyseret for 14 stationer, der ikke tidligere har vret analyseret for tidevand. De opdaterede og nye konstituentst er samlet i en database tilgngelig hos bade Farvandsvsenet og DMI, og fremtidige rettelser og tilfjelser af tidevandskonstituenter for de danske farvande vil ske i samarbejde mellem de to institutioner. Ved benyttelse af denne database sikres det, at der i fremtiden vil vre overensstemmelse mellem de tidevandsberegninger, der udgives af Farvandsvsenet og de tidevandsberegninger, der prsenteres pa internettet under

13 9 Litteratur Bell, C., J. M. Vassie, and P. L. Woodworth, POL/PSMSL Tidal Analysis Software Kit 000 (TASK-000), Permanent Service for Mean Sea Level, CCMS Proudman Oceanographic Laboratory, Bidston Observatory, Birkenhead, Merseyside CH43 7RA, U.K., Foreman, M. G. G., Manual for Tidal Heights Analysis and Prediction, Institute of Ocean Sciences, Victoria B.C, Canada, GETIJSYS, GETIJSYS software package version , Delft Hydraulics, Delft, Holland, 199. Hvidberg-Knudsen, M., K. Bolding, J. Nielsen, and O. Brink-Kjr, Analyse af tidevand i Esbjerg, Dansk Hydraulisk Institut, Hrsholm, Nielsen, P. B., and J. W. Nielsen, Analyse og prediktion af tidevand i Esbjerg., Intern note. Farvandsvsenet og DMI., 1998.

14 Århus: vandstand Århus: tidevand gammelt sæt Århus: tidevand nyt sæt Århus: residual gammelt sæt Århus: residual nyt sæt 0 [cm] /05 10/05 10/05 10/05 11/05 11/05 11/05 11/05 1/05 Figur 1. Eksempel pa forbedring af tidevandsberegningen ved benyttelse af nyt konstituentst. Pa guren ses observeret vandstand for Arhus (sort kurve) og tidevand beregnet med henholdsvis det gamle (rd kurve) og nye konsituentst (bla kurve) for perioden maj. De stiplede linier viser residualet (tidevandsprediktion - observeret vandstand) for begge tidevandsprediktioner. En forbedring af bade tidevandsfasen og amplituden ses med det nye konstituentst.

15 Figur. Amplituden (verst) og fasen (nederst) for M ved de danske tidevandsstationer. Ved Bornholm er der intet M tidevand. 11

16 HC st nr. HC st Maler Data Software Anv. Anv itt Bemrkning Station 1 15 HC FRV Ballen 9HC FRV DMI HC Ballum 4 HC KDI 9-93,95,97-99 DMI HC FRV 1993 Drogden 6HC FRV DMI 00-1 gml. 3 HC??? X Esbjerg 31 HC FRV 1986, 88, 91 og 93 Foreman?1995 X 19 HC FRV? FRV X Maske og maske HC DMI 100 ar (DMI analyse) DMI 000- X Maske HC KDI DMI 00- Ferring 1 gml. 8 HC??? "altid" X Fredericia 14 HC DMI DMI 00- X 1 gml. 7 HC??? "altid" X Frederikshavn 15 HC DMI DMI 00- X 1 6HC DMI DMI 00- Fynshav 1 gml. 7 HC??? X St kan ikke rekonstrueres Gedser 4 HC FRV FRV-data X 6HC DMI DMI 003- X HC Grena 17 HC FRV DMI 00- Barre 1 14 HC FRV 1996 FRV Hals 1 gml. 7 HC??? -001 X Hanstholm 1 HC DMI DMI 00- X 1 gml. 7 HC?? -? X Havneby 19 HC KDI? 1998-? X HC KDI DMI 003- X 3 1 4HC 1993 Hesns 5HC FRV DMI 00-1 gml. 7 HC?? -001 X Hirtshals 11 HC KDI DMI 00- X 1 10 HC FRV FRV-data (199+) ere? X Hornbk 8HC?? alle andre ar X 1 HC DMI DMI 003- X 3 Sande (havn) 1 18 HC KDI DMI 00- Hvide Sande (kyst) 1 16 HC KDI 1991,93 og 94 fra 1996 el.97 X Hvide 4 HC KDI DMI 00- X 1 6 Database: Historik over danske tidevandskonstituentst

17 HC st nr. HC st Maler Data Software Anv. Anv i TT Bem Station 1 5HC Kol. Kom DMI 00- Kolding 1 gml. 7 HC? "altid" X Korsr 4HC DMI DMI 00- X 1 7HC? "altid" X Kbenhavn 5HC DMI DMI 003- X Rse 1 9 HC FRV 1995,-1999 DMI 00- Nordre 1 6 HC Ribe 1 HC KDI DMI HC DMI DMI 00- Rdby 1 HC Rdvig 4HC FRV DMI HC FRV DMI 00- Rnne Odde 1 8 HC Sjllands 15 HC FRV DMI HC X Skagen 19 HC FRV DMI gml. 8 HC X Slipshavn 6HC DMI -99 DMI 00- X 1 7HC Spodsbjerg 10 HC FRV DMI HC DMI DMI 00- Tejn (havn) 1 gml. 9 HC Thyborn 18 HC el. 3? St kan ikke rekonstrueres 15 HC HC KDI DMI 003- X? 4 (Kyst) 1 15 HC KDI DMI 00- Thybonrn (havn) 1 16 HC KDI DMI 00- Torsminde (kyst) FRV: fr 1995 via st. i Esbjerg Torsminde 15 HC HC KDI DMI 003- X? HC Vida 3 HC DMI 9,95,97-99 DMI 003-4HC Abenra Kom -99 DMI -00 Abenra 7HC Abenra Kom DMI gml. 7 HC "altid" X Arhus 10 HC DMI DMI 00- X 13