大气和带谐潮汐对日长高频变化的影响

用国际地球自转服务提供的高精度日长序列△LOD(IERS(EOP99CO4)，和由美国国家环境预报中心(NCEP)对过去的气象资料进行重新分析和计算，提供的轴向大气角动量序列(AAM)来研究大气和带谐潮汐对地球自转变化(△LOD)中高频振荡激发的贡献。由Multitaper功率谱分析表明，△LOD序列在9．13d(天)、13．63d、13．66d、27．55d周期时呈现出比较强的谱峰，这些谱都在95％的显著性水平以上，有比较强的信噪比。从△LOD和AAM之差值序列谱分析结果及地球带谐响应系数k的估计，表明大气不是△LOD的高频变化的主要激发源。根据理论潮汐周期可知，有可能存在其它的激发源，如海洋对地球自转变化的激发。这还有待于进一步深入探讨。     

大气对地球自转参数（ERP）的高频激发

本文采用１９８３—１９９２年期间由空间大地测量技术观测和归算的地球自转参数（ＥＲＰ）序列，以及由全球气象资料归算的大气角动量（ＡＡＭ）序列，分析和研究了大气对地球自转参数的日长变化（ＬＯＤ）和极移（ｘ和ｙ）在一个月时间尺度以内的高频激发作用，得到的主要结果如下：１大气对ＬＯＤ分量高频潮汐的估计值存在着影响，但是，潮汐形变参数ｋ／ｃ随时间和频率的变化却是受非大气因素的扰动引起的．２．大气可以解释３０天以下ＬＯＤ非潮汐的大部分变化．３．极移分量３０天以内的高频变化也主要由大气激发．ｘ分量与大气的相关性要强于ｙ分量，而且更为稳定，主要表现为平均时间尺度约为２７天的波动，大气对这个波动的贡献可达７０％．     

大气角动量和日长间季节性不平衡

本采用国际时间局（BIH）和美国喷气推进实验室（JPL）提供的日长变化序列（LOD）和美国气象中心（NMC）及日本气象厅（JMA）推导出的大气角动量（AAM）来重新检测固体地球和大气之间的季节性差异。从4种滤波序列中发现由AAM推出的LODatm周年变化高于观测的LOD约17％,而LOD的半年振幅变化超出LODatm的约30％。本还讨论了几种因素，例如洋流中季节性变化，气象中的系统误差，平流层风的贡献，核的惯量矩作用，空气质量的重新分布补尝及其他未知的激发源来解释它们之间不平衡，今后10年，在研究角动量不平衡中，将用固体地球－大气－海洋动力学系统来代替简单的固体地球－－大气的两体动力学系统。海洋对这季节性不平衡可能有重要贡献。     

地球自转日长变化(LOD)和大气角动量(AAM)所对应的动力系统

利用一个多分维的分形地应的一维映射可以用子波变换反演出来,对地自转日长（ＬＯＤ）资料和大气角动量（ＡＡＭ）资料进行子波变换说明,在２０年尺度上、周年尺度和２－３２年尺度上,ＬＯＤ和ＡＡＭ的突变时间基本一致,所反演出的不同层次上分岔时间的分段映射动力系统也极其相似。     

大气、陆地水储量和海水质量分布变化与地球低阶引力场球谐系数的关系

大气、固体地球及海洋组成了一个复杂、变化的地球动力学系统，这一系统中的任一质量分布变化都将产生地球引力场变化。采用全球7000多个地面气象台站的月平均降水及温度资料、NCEP提供气压月均值、TOPEX／Poseidon卫星测高资料和WOA98海水温度及盐度模型计算了大气、陆地水储量和海水质量分布变化引起地球低阶引力场系数变化。比较综合大气、陆地水储量和海水质量分布变化对带谐项J2，J3，J4影响的计算结果和人卫激光卫星的测定结果，可以看出，大气、陆地水储量和海水质量分布变化是引起地球低阶引力场系数周年变化的重要激发源。     

大气角动量资料源的变化对研究日长变化激发的贡献

本文采用1979—1995年间由空间大地测量技术观测和归算的日长变化（△LOD）序列,以及由美国国家气象中心（NMC）和美国国家环境预测中心与美国国家大气研究中心（NCEP／NCAR）利用全球气象资料各自归算的大气角动量（AAM）序列,重新分析、研究和估计了大气对△LOD的激发作用,比较了上述各个大气角动量序列对△LOD激发贡献,得到的主要结果如下：1．NCEP／NCAR用同化后的全球气象资料重新归算的AAM序列比原来NMC的序列具有系统均匀化、噪声小和分辨率高的特点,以及和日长变化的符合度更好．2．采用NCEP／NCAR重新归算的AAM来研究大气在从亚季节性到年际时间尺度上对非潮汐△LOD的激发贡献,得到进一步改善的结果,尤其是在准两年时间尺度上．但是大气仍不能解释全部△LOD化,可能存在其它激发源．3．大气对△LOD高频潮汐项的估计值影响较小,并从△LOD中解算出周年和半年潮汐参数估计的初步结果．     

大气对地球自转季节性变化的贡献

采用１９７９－１９９５年期间新的大气角动量资料,研究了大气在季节性时间尺度上对日长变化和极移的贡献。结果表明,考虑了风和大气压的贡献后,大气在周年和半年时间尺度上对日长变化的贡献分别可达９５％和８８％。同时还给出了大气对极移激发的定量结果,其中,大气的周年尺度上对极移Ｘ分同的贡献为１６％,对Ｙ分量的贡献为４３％;在半年尺度上海洋的贡献,才能进上步解决地球自转激发的问题。     

大气和极移的高频变化比较

采用从1988－1999年的现代技术测定的高精度极移序列EOP（IERS97C04）推导出激发函数χ^m）和美国国家环境预测中心和美国国家大气研究中心（CNEP／NCAR）提供的大气角动量激发函数χp和χib^p，使用几种数据分析方法，分析了大气对极移高频振荡（12－42cpy)激发贡献，复数小波变换和功率谱分析表明，χ^m和χ^p序列在高频段内呈现比较强的谱峰，它们具有相似的谱特征，比较而言，χib^p在这个频率段内比χ^p要弱些，χ^m和χ^p之间的相关系数分别为0．75（逆向）和0．6（顺向），两个序列之间的平方相关谱的估计值分别在0．5－0．9之间（负频）和0．4－0．6（正频），相位谱表明χ^p(AAM)超前x^m一天左右，这些大气是极移高频变化的主要激发源，特别是在逆向运动上具有更大的贡献，由于它们之间位相差和振幅变化的不稳定性，说明可能存在AAM以外的其他激发源，这个问题有待进一步深入研究。χ     

由PREM模型参数计算地球自转的周期变化

弹性地球在日月引潮力势作用下的形变引起其转动惯量的改变，从而导致地球自转速率的变化．本文利用PREM地球模型所给的物质密度和弹性等参数分布．计算日月引潮力势产生的地球形变附加势，进而计算转动惯量的变化．最后得到一系列包含周期同引潮势带谐项、振幅大于1微秒的自转速率周期变化系数．     

Researches in China on the Effects of Tides on the Earth Rotation

In this paper the tidal phenomena on the Earth are concisely specified, including solid tides, ocean tides and atmospheric tides due to the luni-solar tide-generating force, and the Earth pole tide due to the motion of the Earth's rotation axis (polar motion); as well as their effects on the Earth rotation. The outcomes of scientific researches of Chinese astronomers on these topics are described in some detail. These researches deal with the mechanisms responsible for tidal effects on the earth rotation, and on the measurements of the Earth rotation parameters. Finally, the effects discovered by Chinese researchers on the measurements of the period and change in period of pulsars are discussed. These effects are very small in magnitude but not negligible.     

Influence of the Atmospheric Tides on the Earth Rotation

Spectral analysis of the components of the relative atmospheric angular momentum vector is performed based on the series of these components for the 6 h intervals within the period of 1958–2000. These series have been computed in the Subbureau of the Atmospheric Angular Momentum of the International Earth Rotation Service using the NCEP/NCAR reanalysis of atmospheric observations. The basic harmonics of diurnal tides are determined. New results on the fortnight's and week's duration oscillations of the equatorial components of the atmospheric angular momentum are obtained. The zonal tides transformation mechanisms in the atmosphere are discussed. It is shown that the main mechanism of the zonal tides effect on the atmospheric variability is the amplitude modulation of daily oscillations of the relative atmospheric angular momentum. The effects of the atmospheric tides on the Earth rotation are discussed.     

日长的十年尺度波动分析和核幔电磁耦合

分析了１８００ ～１９９５ 年的日长年均值（ △ Ｌ Ｏ Ｄ Ｙ） 观测资料表明：日长（ △ Ｌ Ｏ Ｄ Ｙ） 的十年波动明显大于观测噪声水平。用小波变换方法分析了△ Ｌ Ｏ Ｄ Ｙ 观测资料, 表明△ Ｌ Ｏ Ｄ Ｙ 的十年尺度的周期为６０ａ （ 年） 和３０ａ（ 年） , 所对应的振幅为１ ｍｓ 和０ ．５ｍｓ 左右。文中采用国际地球自转服务中心提供的（ Ｅ Ｏ Ｐ Ｃ０４９７ 的日长（ △ Ｌ Ｏ Ｄ Ｃ０４９７） 序列以及由美国国家环境预测中心和美国国家大气研究中心（ Ｎ Ｃ Ｅ Ｐ／ Ｎ Ｃ Ａ Ｒ） 利用全球气象资料归算的大气角动量（ Ａ Ａ Ｍ） 序列进行低通滤波分析, 日长和大气角动量在十年尺度上的波动不一致, 大气角动量只影响到日长短于年际以上时间尺度的变化。文中用理论近似来计算核幔电磁耦合力矩的轴向分量, 它与天文观测△ Ｌ Ｏ Ｄ 资料推出的力矩量级相当, 核幔电磁耦合假说可作为△ Ｌ Ｏ Ｄ 的十年尺度波动的可能机制     

样本输入方式对极端学习机预报日长变化的影响

针对极端学习机(Extreme Learning Machine,ELM)用于日长(Length-Of-Day,LOD)变化预报过程中,样本输入方式对预报结果的影响进行了研究。采用跨度、连续和迭代3种样本输入方式对日长变化进行预报。结果表明,不同的样本输入方式对预报结果有很大影响,样本按跨度输入的预报精度最低;样本采用连续输入方式在短期和中长期预报中预报精度较高,但计算速度较慢,较适合中长期预报;样本按迭代输入方式的短期预报精度稍优于连续输入方式,而中长期预报精度则不如连续输入方式,但具有较高的预报效率。这对于日长变化的实时快速预报有着较高的现实意义。     

日长变化与地磁场变化的时滞相关分析

利用历史地磁场模型资料和日长资料,计算和分析了1840~2000年期间地磁场变化与日长变化的互相关特点。结果表明,地磁变化与日长变化存在时滞相关。地磁场强度参数的变化比日长变化超前7.5~10a(年);地磁场西向漂移参数比日长变化滞后,其中,西漂分量.λ12和.λ23滞后7.5a,而地磁场的平均漂移速度和纬度漂移分量滞后20~22.5a。     

SSTA年代际变化对ENSO事件的调制作用以及它与LOD、SOI等的关系研究

用带通滤波方法从日长变化(LOD)、南方涛动指数(SOI)和Nino各海区海面温度异常变化(SSTA)等资料中提取年际和年代际变化分量,研究了Nino3．4海区SSTA的年代际分量对ENSO事件的调制作用．研究发现,除了年际分量之外, SSTA的年代际分量对ENSO事件的表征和监测有重要影响．当ENSO事件比较强时,SSTA年代际变化分量的作用倾向于使ENSO事件的时间延长,并使事件的极端温度增大;当ENSO事件比较弱时,在SSTA年际变化中没有检测到的事件,可借助于年代际变化分量的调制作用得到检测．还研究了SSTA年际和年代际变化与SOI、热带太平洋海平面气压异常(SLPA)和信风异常(TWA),以及大气角动量(AAM)和海洋角动量(OAM)轴向分量(χ3)的相应变化之间的频谱相干性．结果表明在年际尺度上,SSTA与LOD、SOI、SLPA、TWA、大气角动量的轴向分量(χω3,χpib3和χωpib3)和海洋角动量的轴向分量(χv3和χv bp3)等都有密切关系,其中以SOI、SLPA、TWA和χω3与SSTA的关系更加显著;在年代际时间尺度上,SSTA与SOI、SLPA、TWA、χω3以及χω v3的关系更为密切,与LOD、大气压(χpib3)和洋底压强(χbp3)的关系较弱．     

时间序列数字滤波后自由度的确定--应用于日长变化与南方涛动指数的相关分析

原始观测时间序列进行数字滤波后，其自由度将大大降低，对各种数字滤波器都可以通过Monte Carlo方法模拟获得对应置信水平的相关系数临界值，从而得到时间序列滤波后的自由度，如果滤波后的频段宽度与Nyquist频率之比为Z，那么对于理想的单边和双边滤波器，时间序列滤波后的自由度为原始值的Z／2和Z倍，非理想滤波器一般不符合此规律。     

液核地球自转速率变化的带谐潮效应Ⅱ--数值计算与比较

地球自转速率的潮汐变化可由无量纲参数k/cm)(k和cm分别为壳幔的有效Love数和有效极转动惯量)来表征。对于一个具有弹性地幔、平衡海潮和核幔不耦合的地球k/cm=0.944,且与潮波频率无关。海潮的非平衡扰动使k/cm为复数,且与频率有关。大气对自转速率有效勒夫数的贡献约为Δkat=0.0075。同时地幔滞弹性对勒夫数也产生扰动。利用本文得到的理论公式和最新的潮汐数据计算了地球自转速率的潮汐变化,及其有关地球物理机制的影响。