精密引潮力的计算及其影响因素分析

天球参考系转换、勒让德函数计算是精密引潮力计算的两个核心工作.为了确保计算结果的准确性,采用两种彼此相互独立的算法公式进行检核计算.对于天球参考系转换,分别采用基于春分点的岁差章动转换和基于CIO的无旋转原点转换两种方法,转换参数分别采用IERS 2003、2010规范推荐的4组参数模型;对于勒让德函数计算,分别采用勒让德函数的递推算法、完全规格化缔合勒让德函数的递推算法两种数学模型;计算结果验证了引潮力计算过程与数据成果的准确性.以德国BFO测站为例,计算得到1962年1月1日至2015年8月1日54年内,时间间隔为1小时的精密引潮力时间序列,统计结果表明引潮力的量值在149459.841×10~(~(-11))ms~(-2)(10~(~(-11))ms~(-2)=1 nGal)以内.同时对精密引潮力计算中的各类影响因素进行计算与分析,计算结果表明:岁差章动模型更新、以及两种天球参考系转换方法之间的差异对引潮力的影响可完全忽略不计;地球扁率、极移、参考框架偏差、历表更新对引潮力影响的量值分别在1.891×10~(~(-11))ms~(-2)、0.586×10~(~(-11))ms~(-2)、0.032×10~(-11)ms~(-2)、0.012×10~(-11)ms~(-2)以内,这些因素在高精度引潮力计算中不能忽略;而地球时与世界时转换、径向法向转换对引潮力的影响分别达到916×10~(-11)ms~(-2)、476×10~(-11)ms~(-2),忽略这两个因素将会导致计算结果错误.     

应用精密引潮力位展开建立刚体地球章动序列

通过对Melchior P.潮汐与章动理论的改进，给出了高阶日月引潮力位引起的岁差章动力矩，建立了刚体地球极移和章动的联合动力学方程，由此对天球中间极（CIP）进行了严格的理论定义. 在各阶潮汐力矩的作用下，得到CIP轴岁差章动的表达式. 通过推导发现，奇数阶引潮力位产生的岁差章动力矩使得黄经章动和交角章动出现了异向项（即：黄经章动出现了cos项，交角章动出现了sin项）. 最后利用郗钦文精密引潮力位展开，建立了737项刚体地球章动序列. 新的章动序列是IERS2003采用的刚体地球章动序列REN2000（包含678个日月章动项）的一个补充.     

地球引潮力极大值和强潮汐周期性指数的建立与定性分析

日、月对地球表层海水的引潮力导致潮汐的周期性变化是一种成熟理论.地球除具有日、月、年潮汐规律外,还具有明显的准1800年、200年、50~70年、18.6年、9.3年和2.5~7年不同尺度的周期.本文通过将地球赤道半径和月球轨道半径投影到黄道面上,标定二者矢量半径之和的模的极值状态,创建了引潮力极大值和强潮汐的周期性指数KSEM.这对探讨和预测潮汐的时间分布和推断地球自转角速度变化规律提供了一种新途径.行星系统中木星和金星对地球的摄动影响最突出,但目前还没有一个行之有效的模型将日、地、月、木星、金星作为一个统一整体,对地球潮汐极值状态进行刻画.通过辨析这五大天体运动预设的位置关系的结构特征,进而考察KSEM指数与月球升交点和月球近地点会合周期的对应关系,以及对月球轨道运动不同的特征周期的叠加和定性分析,这对探讨强潮汐周期、厄尔尼诺现象和地震的时间分布规律提供了重要参考.     

27.3及13.6 d周期的大气潮

对比分析了25 a (1973~1998年)的日长(Length of day, 以下简称LOD)、大气环流及月球相位随时间的变化. 发现伴随着月球相位的交替变化, 地球大气的纬向风速场、地球位势高度场及LOD作27.3及13.6 d的周期振荡. 每5~9 d (平均6.8 d), 随着月球视赤纬角从0°变为最大值(绝对值)或从最大值变为0°, 全球纬向风速场、地球位势高度场及LOD经历一次突然变化. 这种周期性的大气振荡, 被视为一种大气潮. 对比月球视赤纬角变化及与其对应的LOD、大气纬向风速场及地球位势高度场变化, 分析了10个大气潮个例. 月球对地球大气引潮力作用的周期变化, 是引发27.3及13.6 d周期大气潮的主要原因. 月球对地球大气的作用是巨大的, 它引起大气纬向风速场及地球位势高度场的变化. 当月球围绕地球运转至天赤道上空时, 月球视赤纬角等于0°, 这时月球对大气的引潮力最大, 大气的纬向风速增加, 地球的自转角速度减小, 日长(LOD)增加. 反之, 当月球视赤纬角最大(绝对值), 月球对大气的引潮力减小, 大气纬向风速减小, 地球的自转角速度增加, LOD减小. 27.3及13.6 d周期的大气潮值得更深入地研究. 月球对地球大气的引潮力作用, 应该在大气环流及中短期天气预报模式中予以考虑.     

基于EEMD的太阳引潮力与太阳黑子周期相关性分析

行星对太阳的引潮力作用与太阳黑子变化的关系一直存在着争议.争议存在的原因是多方面的,其中缺乏准确系统的八大行星对太阳引潮力的合力时间变化序列是一个重要部分.本文在行星系统对太阳引潮力合力的计算公式和方法上做出改进,计算既考虑引潮力对称分布特征又考虑行星轨道偏心率影响的八大行星对太阳引潮力矢量和,获得了其在1700-1999年间的变化序列.行星对太阳的引潮力矢量和与太阳黑子相对数时间序列具有非线性、非平稳特性,因此利用聚合经验模态分解方法(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)分解两序列,并分析它们分解出的一系列本征模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMFs)周期的对应性以及相关性.结果显示:太阳黑子的约0.34 a、约0.71 a、约1.15 a周期以及Schwabe周期、Hale 周期、Double-Hale 周期、Gleissberg周期、Suess周期都能在太阳引潮力中找到近似对应的周期;互相关分析表明太阳黑子的Schwabe周期、Hale周期、Gleissberg周期、Suess周期的IMF分量与引潮力相似周期的IMF分量均呈显著正相关(P＜0.01),相关系数分别可达0.329、0.272、0.637、0.949,表明行星对太阳的引潮力可能是太阳黑子形成与变化的一个影响因子;但是两序列周期的方差贡献率所占密度差异较大,行星引潮力的亚年～年际尺度周期所占比重较高,而太阳黑子相对数年代际尺度周期所占比重较高,显示行星对太阳的引潮力不是太阳黑子形成和变化的主要驱动因子.     

内核地球自转动力学理论的研究进展(Ⅰ)-理论基础

地球固体内核(SIC)和地球其余部分之间的引力和压力的耦合作用引起了一个力矩,从而对地球的章动运动产生影响.由于SIC的转动惯量和整体地球转动惯量相比是非常小的,因此可以认为SIC的动力学效应只是导致一个新的章动本征模,其频率与自由核章动(FCN)相差不太远,且对地球章动产生了一个微弱的共振影响.本文在文献[1]理论的基础上,对内核地球自转动力学理论进行了更加深入和详细的研究,顾及到高阶引潮力位的影响,介绍了研究内核地球自转的基本假设和定义,引潮力位的复数球函数表示,复数矢量球函数的基本理论等.     

岁差章动极移对轨道根数的影响

基于岁差章动和极移的理论模型,以及卫星受摄运动的高斯方程,本文研究了岁差章动和极移对开普勒轨道根数的影响.除了定性分析的理论推导外,本文还根据定性理论公式给出了定量的计算分析,从而获得了卫星轨道解析理论中处理岁差章动极移所需要的理论依据.岁差章动对开普勒轨道根数的影响是比摄动力低一阶的,极移的影响是低二阶的.因此对于一阶轨道解析理论,岁差章动和极移的影响全部是二阶的从而可以忽略不计.对于卫星轨道二阶解析理论,仅一阶摄动力需要考虑岁差章动的影响,其余可以全部忽略不计.由于只有地球扁率摄动是一阶的,所以只有地球扁率摄动J_2项需要考虑岁差章动的影响.在定轨时间段小于三天时,岁差章动在这期间的变化量是二阶,所以可以把岁差章动的影响看成是不变的.本文结论对解析定轨具有指导意义.     

内核地球自转动力学理论的研究进展(Ⅰ)

地球固体内核（SIC）和地球其余部分之间的引力和压力的耦合作用引起了一个力矩，从而对地球的章动运动产生影响.由于SIC的转动惯量和整体地球转动惯量相比是非常小的，因此可以认为SIC的动力学效应只是导致一个新的章动本征模，其频率与自由核章动（FCN）相差不太远，且对地球章动产生了一个微弱的共振影响.本文在文献〔1〕理论的基础上，对内核地球自转动力学理论进行了更加深入和详细的研究，顾及到高阶引潮力位的影响，介绍了研究内核地球自转的基本假设和定义，引潮力位的复数球函数表示，复数矢量球函数的基本理论等.     

地球和月球的弹性潮汐形变解

本文根据一个由较新的月震、月球形状、月球重力及月球天平动资料所建立的真实月球内部结构模型,解算了在地球和太阳的引潮力作用下月球表面的弹性潮汐形变。得到了表征月球弹性潮汐形变的特征数--月球勒夫数。这个结果与国外一些学者采用假想或简单月球模型所得结果有较大不同。同时,本文还根据近年来出现的新的地球模型,再次求解了地球的静态勒夫数。结果表明,采用不同的地球模型对解算地球的静态弹性潮汐形变的结果影响很小。     

内核地球自转动力学理论的研究进展(Ⅵ)—— 章动转换函数和内核的动力学效应

本文是序列文章的第六篇，其主要内容包括：讨论了两种章动转换函数表达式以及它们系数之间的关系，指出了前人给出系数值的缺陷，以及某些公式表述的错误；基于内核地球模型的有关参数，利用Mathematica数学分析软件计算了PREM和1066A地球模型在FULL理论、MTIC和FIC近似下的章动本征模频率和章动转换函数的有关系数；计算了内核动力学对受迫章动的影响，结果表明其影响已在目前VLBI可检测的量级内.本文对地球章动转换函数进行了较完整的论述，期望对进一步研究地球自转动力学起重要作用.     

汶川M_S8.0地震天体引潮力和温度变化过程

地震是地应力达到一定程度后,短时间内发生的剧烈构造运动,反映的是地球构造应力积累达到一定强度后释放的突变过程.这一过程是复杂的,受多种因素作用的.我们计算了汶川8.0级地震天体引潮力变化,结果表明,本次地震发生在天体引潮力最低(2008年5月4日)→最高峰(5月14日)→最低(5月21日)周期的高峰区域内,表明当震源处岩石中的构造应力积累到岩石破裂滑动的临界状态时,受到适当方向上的天文潮汐应力触发的作用,可能发生地震.同时,利用天体引潮力最低(5月4日)为背景温度,逐日相减的方法,提取5月5～16日逐日温度变化图(图1 .     

基于category5月球内部结构模型的月球重力固体潮理论值计算

在地球、太阳和其他行星的引潮力的作用下,月球表面上任一点重力值将产生周期性的变化称为月球重力固体潮理论值.研究月球重力固体潮有助于我们更好地了解月球的内部结构、地壳运动以及月球的演化过程,这也为登月任务和月球探测提供了重要的科学依据,帮助我们更好地探索和理解月球的特性和性质.本文阐明了月球重力固体潮形成原因,根据category5月球内部结构模型计算出月球重力潮汐因子,依据Newcomb理论,采用ELP2000-85解析星历和Eckhardt月球天平动模型,提出一个计算月球重力固体潮理论值的方法,选取Apollo11作为测站,以波形图的形式输出该测站一天、一个月、一年的月球重力固体潮理论值,并探索讨论月球重力固体潮与月震的关系.结果表明：该测站一天、一个月、一年的月球重力固体潮理论值,最大值分别为：-1309μGal、-1290μGal、-1277μGal;最小值分别为：-1343μGal、-2349μGal、-2349μGal;与地球重力固体潮(这里选择与Apollo11经度纬度相同的坐标作为测站相比),月球重力固体潮变化相对简单,但波动幅度较大;推测月球的重力固体潮与深源月震之间可...     

地球扁率在其历史上的变化

地球的形状变化是地球演化研究的基本问题之一.为了确定地球形状的变化需要了解各个地质历史时期其扁率的变化.根据地球的扁率公式,得到扁率与地球的半径、质量和角速度关系.通过推测地球的半径、质量和角速度的变化量,计算出地球各个时期的扁率.地球的扁率自形成以来总体趋势在减小.地球是个固液混合的椭球体,在各个地质历史时期中地球扁率的真实值应该小于计算的扁率值.     

地震活动性与日月引潮力相关性统计分析

基于ISC地震记录,利用天体动力学中二体问题的轨道方程和摄动理论,确定发震时刻太阳在地面的投影点位置,并进一步计算出太阳相对震中的地心天顶距,将地震按天顶距的大小进行统计,得到地震的太阳天顶距地震频度分布。同样的方法,可得地震的月球天顶距地震频度分布。统计发现:地震的太阳天顶距地震频度和月球天顶距地震频度分布表现出一致的规律性,且较大地震和小地震的活动规律不同,较大地震丛集发生在太阳(月球)天顶距0°和180°附近,与地面引潮力的绝对值分布有较好的一致性;而小地震多丛集在太阳(月球)天顶距60°和120°附近。在此基础上,我们对地震的日月天顶距同时进行统计,建立了日月天顶距地震概率密度分布,结果表明,日月投影点及其对蹠点周围,较大地震发生的概率较高。     

地球自转角速度长周期变化对太阳轨道运动特征的一种响应机制

地球自转角速度的季节性和年变化的成因已达成基本共识,但更长时间尺度的周期性变化成因尚无定论,它们或归因于太阳活动、日月引潮力、地壳反弹、大气圈波动或行星摄动的影响等.直至目前,地球自转变化的规律和机制还没有完全弄清楚.研究发现:根据行星会合指数(K)标定太阳轨道运动特征的方法是可行的.通过对行星会合指数(K)的FFT检测发现太阳轨道运动周期与前人研究的地球自转日长(LOD)变化周期具有极强的相关性.太阳轨道运动在受到行星系统力矩作用的同时,致使近日行星轨道运动受到太阳引力作用的波动影响而产生扰动.受太阳巨大引力作用的牵制,导致地球轨道角动量和太阳轨道角动量的变化具有正相关关系.根据地球轨道角动量和自转角动量之和守恒,进而推断地球自转角速度的变化对太阳轨道运动特征的响应,这在思想方法上是一种突破.     

太阳活动与地震有关吗?

一般认为,其它天体的活动,主要是太阳喷射粒子到达地球引起电离层浓度的变化及月球对地球大气的潮汐作用,是产生地磁日变、季节变化和11年左右周期变化的原因。在地震前后,人们经常观测到地磁场的异常变化。这种与地震有关的地磁异常变化,来源于何处呢?会不会同样是太阳等天体活动引起地磁的异常变化,而这种地磁的异常变化,又促使地震的发生     

2001年发生厄尔尼诺事件的天文条件

据 2 0 0 1年 8月 2 3日《长春晚报》报道 ,最近上海天文台预测 ,厄尔尼诺事件将在今年年末发生 .笔者在1999年就曾预报 2 0 0 0～ 2 0 0 1年将发生厄尔尼诺事件 ,并在 2 0 0 1年进一步预测其发生时间在 2 0 0 1年末[1～ 3 ] .当太阳、地球和月球大致成一线 ,月球处于近地点 ,地球处于春分、秋分或近日点 ,地球扁率发生最大变化 ,是发生厄尔尼诺事件的天文条件 .行星冲日 ,亦称为特殊天象组合期 ,地球自转异常减慢[2～ 8] ,会对厄尔尼诺事件的发生起强化作用 .关于潮汐对地球气候影响的研究在近年来取得了令人瞩目的成果 .地壳、地幔排液排…     

基于一种单纯形邻域与多角色进化策略算法的重力固体潮信号独立成分分析

在重力固体潮信号中,反映地球、太阳、月亮等天体相对运动的潮汐谐波是相互独立的.所以,在重力固体潮的谐波分析中,只有提取出谐波中的独立成分,才能与相应的天体潮汐谐波对应.据此,本文提出一个重力固体潮信号的分解模型.该模型描述地球自转产生的潮汐谐波与月球、太阳相对于地球轨道变化产生的潮汐谐波的正交分解关系.为了从信号处理的角度实现这一模型描述的正交分解关系,本文提出了一种基于单纯形邻域与多角色进化策略的智能优化算法的独立成分分析方法,对重力固体潮信号进行独立成分分析,有效地从重力固体潮信号中提取出三个独立分量:一个为反映月球、太阳相对于地球轨道变化产生的长周期波系分量,一个为反映地球自转产生的日波系分量,一个为反映地球自转产生的半日波系分量.最终,从这些分解出的独立分量中进一步提取出具体谐波成分.     

全球地震过程及其机理

对比研究地震、月震、火星震和金星震有助于认识物质现代运动的本质和揭示地震过程的物理实质。3.1类地行星的地震活动3.1.1月震活动性月球是地球的天然卫星,月球距离地球384400km,它在空间运动过程中主要受地球和太阳影响。月球质量为7.35×1026g(地球质量等于5.977×1027g),体积为21.99×109km3,月球平均密度等于3.34g/cm3(地球密度等于5.52g/cm3)。在30亿年时界上,月球相对平静,很久前就已冷却。通过月球面热辐射不超过1026erg/a(地球上热损耗达1028erg/a),月球面上有超深断裂和弱化带的全球系统。图3.1月球内部结构图月球内部结构可分成…     

内核地球自转动力学理论的研究进展(Ⅴ)—— 地球自转耦合运动方程组

本文是序列文章的第五篇，其内容包括：基于连续介质力学的基本理论，在考虑到地球的自引力、液核对核幔边界的压力和外部引潮力的作用下，严格地给出了地幔的角动量方程.利用前文的有关结论，进而给出了整体地球自转的动力学方程和内核地球模型的地球自转耦合运动学方程组.本文顾及了高阶岁差章动力矩对地球自转的影响，因而在理论上扩展了文献〔1〕给出的理论模型.本文的理论对进一步研究在高阶岁差章动力矩作用下的内核地球章动是非常有意义的.