Tidal gravity variations revisited at Vostok Station, Antarctica

In 1969, prior to the discovery of the subglacial Lake Vostok, an Askania Gs-11 gravimeter was operated at Vostok Station (78.466°S, 106.832°E; 3478 m asl) to observe tidal gravity variations. To gain a better understanding of the lake's tidal dynamics, we reanalyzed these data using a Bayesian Tidal Analysis Program Grouping method (BAYTAP-G and -L programs). The obtained phase leads for the semidiurnal waves M2 (6.6 ± 2.1°) and S2 (10.1 ± 4.2°) are more pronounced than those of the diurnal waves, among which the largest phase lead (for K1) was 5.0 ± 0.5°. The obtained δ factor for M2 was 0.890 ± 0.032, significantly less than the theoretical value of 1.16. For three global ocean tide models (NAO99b, FES2004, and TPXO6.2), the estimated load tides on waves Q1, O1, P1, K1, M2, and S2 range from 0.1–0.2 μGal (Q1 and S2) to 0.6–0.7 μGal (K1). The difference in amplitude among the three models is less than 0.14 μGal (M2), and the difference in phase is generally less than 10°. In calculating the residual tide vectors using the ocean models, the TPXO6.2 model generally gave the smallest residual amplitudes. Our result for the K1 wave was anomalously large (1.36 ± 0.25 μGal), while that for the M2 wave was sufficiently small (0.37 ± 0.17 μGal). The associated uncertainty is half that reported in previous studies. It is interesting that the residual K1 tide is approximately 90° phase-leaded, while the M2 tide is approximately 180° phase-leaded (delayed). Importantly, a similar reanalysis of data collected at Asuka Station (71.5°S, 24.1°E) gave residual tides within 0.2–0.3 μGal for all major diurnal and semidiurnal waves, including the K1 wave. Therefore, the anomalous K1 residual tide observed at Vostok Station must be linked to the existence of the subglacial lake and the nature of solid–ice–water dynamics in the region.     

激光干涉绝对重力仪参考棱镜隔振系统仿真

在激光干涉绝对重力仪中,参考棱镜在背景振动和系统自振的作用下呈现复杂的振动模式,严重影响了整机的测量准确度.针对此问题,本文基于磁悬浮原理设计了参考棱镜的反馈式两级振动隔离系统,建立了系统的动力学模型,在不同的反馈方式下推导了相应的传递函数,进行了Matlab仿真分析以确定最优的反馈方式.系统仿真结果表明绝对速度反馈方式的隔振效果可达100 dB,与自主研发的Age-110型激光干涉绝对重力仪的联合测试结果表明,该隔振系统可将Age-110的测量精度再提高1.5倍.     

大连台重力固体潮受海潮负荷影响特征研究

大连台重力固体潮汐观测受海潮负荷影响较大,选取2015年1月1日～2019年8月14日的重力数据进行预处理,获得重力潮汐参数,基于选取的8个海潮模型对O₁、K₁和M₂波进行海潮负荷改正及评价分析。数值分析结果表明,O₁、K₁和M₂波的重力海潮负荷振幅分布频段在2.4～2.8μGal之间,3个主潮波的残差负荷改正有效性为43％～53％,8个海潮模型对大连台主潮波的海潮负荷改正差别较小。     

基于EEMD分解的气压改正方法研究

利用超导重力仪观测数据精确测定低于1 mHz的地球自由振荡简正模式的分裂频率,是在不与任何弹性系数发生联系的情况下改善一维密度模型的有效方法.但在该频段台站局部气压变化对重力观测数据的影响成为主要干扰来源,且具有频率依赖特性,因此精细地开展气压改正成为利用超导重力数据检测低频自由振荡信号的必要手段.本文基于EEMD方法,提出了一种具有频率依赖特性的气压改正方法.该方法将重力观测和气压变化分解成处于不同频段的本征模态函数,并在相应频段上分别进行重力-气压变化的回归分析,计算得到具有频率依赖特性的气压导纳值,精细地消除气压变化对重力观测的影响,并以此对微弱低频地球自由振荡信号开展高分辨率分析.基于本文提出的气压改正方法,利用大地震后的超导重力数据检测了频率小于1.5 mHz的低频地球自由振荡及其频谱分裂现象.研究结果表明：利用该方法进行气压改正后检测得到的各简正模具有更高的信噪比,估计的本征频率误差水平明显降低,获得的基频球型振荡₀S₂和₀S₃以及一阶球型振荡₁S₂的分裂谱峰的估计精度更高,同时还检测到了部分环型振荡在重力观测中的耦合现象.对低频地球振荡的高分辨率检测结果验证了基于EEMD分解提出的气压改正方法的有效性,同时再次证明了超导重力仪观测数据在低频地球自由振荡检测中的优势.     

基于集合经验模态分解法的重力极潮提取与研究

重力极潮,即极移引起的重力变化,是地球由于惯性离心力变化导致地球形变的综合反映,其观测和研究有助于了解地球在长周期频段的响应,约束地球形变、地球内部构造和物理参数.区别于以往研究,本文采用了集合经验模态分解方法（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）从全球5个超导重力仪台站连续重力观测资料中提取重力极潮、消除仪器漂移及极潮频段以外的大部分噪声信号,该方法所用的基函数是基于自身信号获得的;在此基础上,利用最小二乘匹配法分离极潮中的周年项和Chandler项,估算Chandler周期的极潮潮汐因子.结果表明,基于EEMD得到的极潮潮汐因子与前人基于其他消除仪器漂移方法（数学模型或小波分析）得到的结果相符合,精度相当,但由于这种方法是自适应的,因此本文结果更能反映实际物理过程.     

CG-5重力仪倾斜传感器检验调整原理解析及应用

对照CG-5数字重力仪倾斜传感器检验调整步骤,解析重力仪倾斜传感器零位补偿和灵敏度的检验调整原理,剖析倾斜传感器检验调整机理,通过实验对检验调整解析原理进行验证。结果表明,本文解析的检验调整原理正确,同时提出重力测量时倾斜传感器检验调整限差制定依据。该解析方法对于了解仪器原理、优化仪器应用及仪器的二次开发利用有参考作用。     

基于Hilbert变换处理绝对重力仪测量数据

基于Hilbert变换相位平移原理,提取干涉条纹信号采样点瞬时相位,得到采样点位移信息。结合采样频率提取时间信息,利用最小二乘法重建自由落体轨迹,最终解算出重力加速度g值。为提高测量精度,使用零相移低通滤波器去除信号高频噪声,使用多项式拟合法去除信号线性干扰,通过加窗口选取拟合数据抑制吉伯斯现象。仿真结果表明,该方法能使g值误差在10-2 μGal以下,实验结果所得g值平均误差为0.12 μGal。     

伊犁河谷蒸散量时空分布特征及变化趋势

基于2000-2014年MOD16蒸散量和气象站实测数据,借助于空间数据统计法和趋势分析法对中国西北干旱区“天山湿岛”—伊犁河谷地表蒸散量时空变化特征和多年变化趋势进行定量分析。结果表明:① MOD16-ET产品在伊犁河谷地区的精度总体上满足要求,可用于地表ET的时空分布特征研究;② 伊犁河谷地表ET、PET年际波动不大,多年平均ET为392.35 mm,多年平均PET为1331.19 mm,年均ET与PET的比例在0.26-0.33之间波动,说明研究区总体上水分不足。ET、PET年内分布处于先增大后减少的单峰型变化趋势,主要集中在5月到9月。秋季ET与PET的比例为0.29,此时研究区最干旱缺水。气温是研究区蒸散量变化的主要驱动因素之一。③ ET、PET的空间分布状况正好相反,东部喀什河及巩乃斯河上游地区、南部大面积草甸覆盖区域ET值较高,PET值较低,此区域水分比较充足。伊宁市及霍尔果斯河周边地区、察布查尔县、特克斯河下游等区域ET值均较低,PET值较高,此区域干旱缺水;④ 从2000-2014年伊犁河谷地表ET、PET变化趋势来看,ET总体上处于减少趋势,PET处于增加趋势,说明研究区近15年内干旱加重。     

CG-5重力仪零漂稳定性评估

对4台购于不同时期的CG-5重力仪进行零漂稳定性分析,提出运用拟合直线相关系数来评估仪器的静态零漂稳定性,以及运用平均动态零漂率来评估仪器的动态零漂稳定性。数据处理结果证明,该方法能有效地评估CG-5重力仪的零漂稳定性特征。     

Wavelet approach to the determination of gravity tide parameters

A new approach is proposed for the determination of gravity tide parameters.Three pairs of compactly supported wavelet filters are introduced in the approach.They can efficiently extract the objective tides from the gravity observation series.The new approach guarantees a direct and precise analysis on the tidal gravity records of any sampling length.The new approach is applied to the harmonic analysis on Wuhan superconducting gravimeter records.The results clearly show the resonant effects of the Earth Nearly Diurnal Free Wobble (NDFW).