南极中山站重力潮汐观测的海潮负荷效应

综合分析了LaCoste-Romberg(LCR)ET21高精度弹簧重力仪1998年12月26日至2000年1月9日在南极中山站的重力潮汐观测资料，采用目前普遍使用的Schwiderski、Csr3.0和Fes96.2全球海潮模型研究中山站重力潮汐观测的海潮负荷改正问题。结果表明在南极地区，目前的海潮模型存在较大的不确定性，还不足以精密确定该区域的海潮负荷改正。经海潮改正后，重力潮汐观测结果与潮汐理论值之间还存在比较大的差异，观测的周日（01）和半日（M2）潮波重力振幅因子与相应的理论值之间的平均偏差分别为3．8％和7．8％。南极地区附近海域海水的变化半导致该地区海潮负荷响应非常明显的季节性系统变化。     

FG5绝对重力仪观测数据的实测重力潮汐改正

基于中国计量科学研究院北京昌平院区的超导重力仪iGrav-012实测重力潮汐数据,以FG5绝对重力仪为例研究了绝对重力观测中的实测潮汐改正问题,分析了用高精度超导重力仪获得的实测合成重力潮汐与理论合成重力潮汐间的差异。并采用iGrav-012超导重力仪和FG5X-249绝对重力仪两种实测数据对实测潮汐改正效果进行了验证。结果表明, FG5绝对重力仪中用的理论合成重力潮汐在考虑海潮重力影响后的结果与实测合成重力潮汐之差在1μGal之内,因此理论合成重力潮汐经过海潮重力影响改正后的结果可满足绝对重力观测精度要求,从观测精度来讲,无需对绝对重力的实测数据实施潮汐改正即可满足绝对重力观测的精度要求。但是FG5X-249绝对重力观测数据的潮汐改正结果表明,不同的潮汐改正方法对绝对重力观测值的影响不同,但这种影响较小,在0.1μGal的量级,因此建议只在高精度绝对重力观测中考虑实测重力潮汐改正。     

2009-07-22湖北地区日全食期间的重力观测

利用武汉市九峰站CWR C032型超导重力仪和沙洋地区的Lacost G型、ET型弹簧重力仪,对2009-07-22发生在长江沿线的日全食进行了重力观测。首先,对超导重力仪在日全食期间的观测数据扣除重力固体潮汐及气压影响后,分析其幅度变化,没有发现日全食期间及前后出现幅度异常的＂重力谷＂。同时,对G型和ET型重力仪观测数据采用数字滤波器法及多项式拟合重力潮汐法扣除固体潮汐影响后,同样也没有发现日全食期间及前后出现幅度较大的异常。重力实测数据处理和分析表明,2009年日全食期间并未发现＂重力谷＂现象。     

绝对重力测量值的改正

从实用角度出发，研究了在中国重力基本网2000(CGBN2000)精度要求下，仪器误差、潮汐引力、气压、极移和地下水变化等影响因素的计算公式和存在的问题，给出了一组便于实际测量应用的计算公式；同时对潮汐因子的取值、海潮模型的选取、非构造因素中地下水活动等问题进行了讨论。     

绝对重力测量值的改正

从实用角度出发，研究了在中国重力基本网2000（CGBN2000）精度要求下，仪器误差、潮汐引力、气压、极移和地下水变化等影响因素的计算公式和存在的问题，给出了一组便于实际测量应用的计算公式；同时对潮汐因子的取值、海潮模型的选取、非构造因素中地下水活动等问题进行了讨论。     

精密重力测量的潮汐改正

由理论地球模型并顾及海潮影响（利用Schwiderski的大洋潮图及我国沿海的局部潮图）估算了我国境内的重力潮汐值。进而，根据我国若干站上实测的重力潮汐变化和上述模型绘出的理论潮汐变化相比较，得出模型重力的精度为±2μgal左右。据此模型，可对我国十几个绝对重力观测值进行瞬时的潮汐改正。     

海潮负荷对自由核章动参数拟合的影响

基于武汉基准台超导重力仪重力潮汐观测资料 ,利用根据不同海潮模型获得的负荷重力改正值对观测数据作海潮改正 ,拟合了地球自由核章动 ( FCN)共振参数。结果表明 FCN的本征周期为 435 .2恒星日 ,品质因子为 4730 ,复共振强度为 ( - 6.34× 1 0 - 4,- 0 .0 9× 1 0 - 4)°/h。不同的海潮模型对 FCN本征周期和共振强度实部计算结果的影响很小 ,差异分别不超过± 1 .6%和± 7.7% ,对品质因子 Q值和共振强度虚部拟合结果的影响非常显著。基于 Ori96全球海潮模型得到的重力改正值可以很好地解释武汉基准台周日重力潮汐观测残差。     

武汉和京都台站超导重力仪高精度潮汐重力观测结果

利用高精度潮汐重力场观测研究地球物理学和地球动力学问题已成为当今地学工作者的共识.由于某些信号十分微弱且具有区域和全球分布特征,相当一部分信号被混合在常规仪器的观测噪声水平上,因此获得全球分布的第一手高精度观测资料显得尤为重要.超导重力仪具有精度高,连续性和稳定性好等特征,期望能在测定区域和全球重力场的精细结构方面发挥重要作用.有18个台站参加的全球地球动力学合作项目于1997年7月份开始实施,其主要目的是解决诸如固体潮、地核近周日晃动、核模、地球自转和极移,地球和大气海洋的耦合机理以及由构造运动引起的重力场变化等热点问题.我们曾研究过中比法三国的超导重力仪潮汐观测资料,获得了欧洲和亚洲不同地区潮汐常数及分布特征.本文将利用武汉和日本京都三台超导重力仪观测资料研究亚洲地区大陆和海岛上的潮汐波振幅因子和相位滞后的时间变化特征以及各参数的误差估计等,同时将检测由大气和海潮变化产生的重力信号.文章分数据处理方法、潮汐参数测定、大气重力信号、海潮重力信号、潮汐参数的时间变化、非潮汐重力场变化特征等几方面叙述.     

南极中山站的重力和区域海洋潮汐特征

本文利用中山站弹簧重力仪记录的重力潮汐时间序列、验潮站数据、CATS2008区域和Eot11a全球海潮模型研究重力和海洋潮汐特征。结果表明,在周日频段,潮波O1的海潮振幅达到28 cm,4个主要潮波（Q1、O1、P1和K1）的全球模型与验潮站潮高差之和为4.2 cm,区域模型与验潮站潮高差之和为4.4 cm;在半日频段,潮波M2的海潮振幅达到20 cm,4个主要潮波（N2、M2、S2和K2）的潮高差之和分别为7.7 cm和5.1 cm,说明利用区域模型修正全球模型的重要性。经区域模型修正的全球海潮负荷改正后,重力主波K1、M2和S2的最终残差振幅分别下降了9.84%、56.14%和37.08%,说明区域海潮模型更能反映海洋潮汐的真实特征,用区域模型修正全球海潮模型的有效性得到验证。     

用超导重力仪的潮汐观测资料研究海潮模型

系统研究了潮汐观测资料中海潮模型的适应性问题,用基于数值离散褶积积分方法获得的海潮负荷对武昌超导重务仪观测资料作负荷改正。结果说明,海潮负荷改正后的重力场观测残差大大降低了,与理论潮汐参数模型相比,８个主要潮流的平均振幅因子由改正前的１．３８％降至０．１３％和０．２６％。     

Wavelet filter analysis of local atmospheric pressure effects on gravity variations

An efficient method is proposed for the analysis of atmospheric pressure effects on gravity variations. It processes gravity and pressure signals using an orthogonal filter bank derived from high-degree Daubechies wavelets. The method introduces the atmospheric pressure admittance, which is both time- and frequency-dependent, and thus provides more information about when and how the frequency components in the pressure signal influence gravity variations. We demonstrate the efficiency of the wavelet method by applying it to observations from the Wuhan (China) superconducting gravimeter station. The analysis of gravity and pressure signals in 14 sub-bands with different bandwidths covering a frequency range from 0.176 to 720 cpd (cycles per day) reveals that local atmospheric pressure fluctuations start to induce obvious effects on gravity variations in the seismic band 0.52–1.04 mHz (periods 16 to 32 min) and highly correlate with gravity variation in the long-period seismic mode band 0.26–0.52 mHz (periods 32–64 min). The harmonics of solar-heating-induced atmospheric tides play a leading role in interfering with the variation of gravity residuals in the frequency band 0.704–11.25 cpd (periods 128 min to 1.42 day). Local atmospheric pressure effects on gravity variation are very strong in the frequency band 0.176–0.704 cpd (periods 1.42–5.69 day). Accurately filtering quarter-diurnal tides into a narrow band further demonstrates the efficiency of the wavelet method. After removing secular gravity changes and long-period atmospheric pressure variations, we show that there are obvious variations of local pressure admittance on time scales of hours to days. We also reveal seasonal variability of pressure admittances in the band 0.176–0.352 cpd (periods 2.84–5.69 day) after removing the effects of solar-heating atmospheric tides.     

Precise tidal gravity recorded with superconducting gravimeters at stations Wuhan (China) and Kyoto (Japan)

 Three long series of tidal gravity observations, totalizing approximately 24 years and recorded with three superconducting gravimeters, T004, T008, and T009, at stations Wuhan (China) and Kyoto (Japan), are studied. The tidal amplitude factors and phase differences are determined precisely using Eterna and Nsv techniques. The precision of the main tidal amplitudes is at the same level of 0.01 μGal. The atmospheric gravity signals are corrected using the coefficients determined with a regression method between tidal gravity residual and station air pressure. The oceanic gravity signals are modeled based on five global oceanic models. It is found that the oceanic models developed by the analysis of measurements from Topex/Poseidon altimeters have the best fit to the superconducting gravimeter measurements, since the observed residuals and the discrepancies between the amplitude factors and the theoretical tidal models are reduced more significantly. The long-period gravity variations are dominated by the non-linear drift phenomena of the instruments, and the short-term variations in gravity are due to the background noise at the stations. Received: 20 January 2000 / Accepted: 15 September 2000     

大气负荷响应计算误差估计模型

用数理统计技术，建立格林函方法计算大气变化引起重力和形焦等效应的精度评定模型，并利用中国及其邻区的大气观,蛭大气误差常数和一个计算方案的精度估计，其结果与固体潮汐检测在不同气候条件下的响应情况相一致，该系统也可应用于格林函数积分形式的其它物理模型的误差估计。     

精确高程异常的确定

本文在顾及局部地形改正、椭球改正及大气改正的情况下,采用实测数据,应用Meissel方法和Wenzel频谱分析方法,对某盆地边缘的高程异常进行了实际计算。并将计算结果同多普勒高程异常进行了比较,证明结果是良好的。此外还对我国精确高程异常的确定提出了一些建议。     

水文气象因素对中国北疆流动重力变化的影响

水文气象因素引起的重力变化是影响地震重力变化成果解释的重要因素。以中国北疆地区为研究区域,借助全球陆地数据同化系统（global land data assimilation systems,GLDAS）全球水文模型数据、大气模型数据,计算2016-01—2017-12时段内水文气象因素对研究区域的重力影响。计算结果表明,陆地水影响的年变化为1.3 μGal,两期陆地水影响空间分布的差异低于1 μGal;大气影响的年变化为8 μGal,两期大气影响空间分布的差异达到6 μGal。利用2016-04、2016-08和2017-06三期流动重力测量数据,对比扣除水文气象因素前后的重力变化,可以看出,在中国北疆流动重力数据处理中,大尺度水文因素可以不予考虑,气象因素应予考虑。同时,为更好分析流动重力变化,建议流动重力测量过程中同时开展测点附近的土壤湿度、大气气压等观测。     

2022年汤加火山喷发对中国大陆地应变观测的影响分析

2022年1月15日汤加火山剧烈喷发产生了波及全球的大气重力波,距离火山8 736~12 758 km的中国大陆所有地应变观测站清晰记录到由此产生的短时地表应变变化。应用小波分析方法系统分析了中国近200个地应变观测站记录数据的时空响应与频率特征,主要表现为:由大气重力波激发的短时地表应变变化的持续时间约为1.5 h,其中能量最强的变化集中在前40 min,面应变平均变幅约为186×10-10,呈现出单脉冲起伏状变化,形态具有很强的一致性,具备兰姆波传播属性;短时地表应变变化的平均传播速度约为310 m/s,与大气重力波传播速度基本一致。部分观测站还记录到绕地球一圈后再次到达的大气重力波对地表的作用。这是首次通过大范围布设的高精度地应变观测仪记录到大气重力波作用于地表的痕迹,有助于认识地壳运动和大气圈层相互影响的机制。     

Influence of the atmospheric masses on the gravitational field of the earth

Seasonal and latitude dependent corrections to the gravity and height anomalies are developed in order to account for the neglect of the atmospheric masses outside the geold, when using Stokes’ equation. It is shown that the atmospheric correction to gravity at sea level is almost constant, equal to0.871 mgals with a variation of2 μ gals whereas the height anomaly correction varies between −0.1 cm and −1.3 cm. Further, when the combined latitudinal/seasonal dependence is neglected in the atmospheric corrections, the maximum error introduced is of the order of40 μ gals for the gravity corrections and0.7 cm for the height anomaly corrections.     

Results of three year observation with a superconducting gravimeter at the GeoForschungsZentrum Potsdam

The superconducting gravimeter (SG) TT70 has been continuously recording gravity data at the GeoForschungsZentrum (GFZ) Potsdam absolute gravity site since July 1992. The recorded data are edited and preprocessed by spike and step detection and elimination and gap filling. An atmospheric pressure correction is carried out on gravity data in the time domain with a complex admittance before tidal fitting. The atmospheric pressure admittance is calculated from tide free output of SG data and local atmospheric pressure using the cross spectral method. The ground water level admittance is determined by a single coefficient. Improvements with these corrections are shown in analysis results. New tidal parameters for Potsdam site are determined and compared with recordings of an Askania spring gravimeter at a nearby site. Deviations against the Wahr-Dehant-model are shown. Polar motion data of the IERS (International Earth Rotation Service, Paris) are used to calculate variations of centrifugal acceleration caused by polar motion (pole tide). These are compared with the corrected tide free output of SG series. For drift determination the polar motion correction is applied on SG data. The nutation period equivalent to the Earth's Nearly Diurnal Free Wobble is calculated from the SG data with a value of T_FCN = (437.4 ± 1.5) sidereal days. This result is compared with those obtained from other SG stations. Received 19 December 1995; Accepted 13 September 1996     

大气压力变化对武汉台站重力场观测的影响

利用全球2°×2.5°、中国及邻区域30′×30′ 气压资料和Farrell弹性地球模型负荷理论,采用数值积分方法,计算了大气压力变化对武汉台站重力场观测的影响。对1990年1月1日至12月31日的数值结果分析表明,全球大气压力变化对武汉台站重力的影响峰对峰达12微伽,大气重力导纳的年平均值为-0.260 μGal/mba(1 mba=1 hPa),这一结果同潮汐分析中由回归分析方法获得的导纳值相近。说明在利用超导重力仪观测资料应用于地球动力学研究之前,有必要作精细的全球气压变化改正。     

大气负荷对区域地壳形变和重力变化的影响分析

在高精度大地测量观测数据处理和相关地球物理解释中,大气负荷由于影响较大,需要考虑。利用全球大气模型和区域气象站气压数据,采用移去恢复方法和球谐分析方法,计算了三峡地区大气负荷对地壳形变和重力变化的影响。提供了一种利用局部气压数据改善该区域大气负荷影响变化计算效果的合理算法,提高局部气压数据和全球模型数据利用的合理性和准确性。研究发现,大气负荷对垂直形变的影响在空间分布上中长波占优,在三峡地区的年变化幅度大于20 mm,对地面重力变化影响的年变化幅度一般不超过10 μGal,对水平形变影响较小。