拉萨重力潮汐变化特征

重力潮汐变化是固体地球对日、月及近地行星等天体引潮力的响应,是地球内部结构和介质分布特征的综合反映,是其他全球和局部动力学过程研究的基础.本文采用拉萨台超导重力仪(SG)一年多连续观测资料,研究青藏高原地区重力潮汐变化特征.通过与LaCoste-Romberg ET20弹簧重力仪的对比观测,将拉萨的重力潮汐观测归算到武汉国际重力潮汐基准,精密确定了SG的格值为-777.358±0.136nms-2V-1,比其厂家提供的格值小2.2%.观测结果表明,拉萨台SG重力潮汐观测精度非常高,标准偏差为0.459nms-2,4个主要潮波的观测精度均优于0.006%,近周日共振特征表现得非常明显,可以作为区域重力潮汐基准,为青藏高原及其邻区重力观测提供参考.海潮负荷对拉萨重力潮汐观测的影响非常小,仅导致振幅因子不足0.6%的扰动;局部大气负荷效应没有明显的季节性特征,但对重力潮汐和非潮汐变化的观测和研究的影响非常显著,气压改正导致SG观测的标准偏差显著降低.经过海潮和局部气压负荷改正以后,拉萨台SG重力潮汐观测与理论模型之间仍然存在大约1%的差异,可能与青藏高原活跃的构造运动和区域巨厚的地壳有关,当然,要得到确切的结论还有待观测资料的长期积累和相关理论研究工作的进一步深入.     

利用超导重力观测资料检测地球自由振荡

利用2001年6月武汉基准台超导重力仪对秘鲁7.9Ms地震的观测资料进行了分段多项式重力潮汐拟合，气压改正和超导重力观测噪声谱分析，检测到0S0-0S32的全部基频振型，并观测到0S2和0S3的谱线分裂，结果与HB1模型符合得很好。     

基于全球超导重力仪观测资料考虑液核近周日共振效应的固体潮实验模型

基于全球地球动力学合作观测网络20个台站28个系列的高精度每分钟高密度采样超导重力仪观测数据, 精密测定了地球液核近周日共振参数(包括共振周期, 共振强度和品质因子). 研究了共振周期与理论值间的差异, 用重力手段证明了真实地球液核动力学扁率要比流体静力平衡假设下获得的动力学扁率大约5%的重要结论. 构制了考虑液核共振效应的重力固体潮汐实验模型, 3个实验模型间的差异小于0.1%, 与目前广泛使用的Dehant(1999)和Mathews(2001)理论模型间的最大差异仅为0.4%, 可为全球固体潮、大地测量研究和空间技术等提供最新的重力潮汐实测参考模型.     

基于国际超导重力仪观测资料检测地球固态内核的平动振荡

基于全球分布的14个台站GWR超导重力仪21个高精度潮汐重力观测系列(约86年), 检测了地球固态内核平动振荡现象. 将观测数据分成G-Ⅰ组(8个较长观测系列)和G-Ⅱ组(13个较短观测系列). 首先对各台站每分钟原始观测数据实施仔细修正, 消除由地震和电脉冲等导致的错误数据和大气变化等干扰影响, 再扣除理论潮汐重力信号获得观测残差. 然后分别对各残差系列做Fourier谱分析, 最后基于多台站资料迭积技术, 求得亚潮汐频段上的积谱密度估计. 在进一步消去剩余气压效应后, 检测到8个公共谱峰. 计算了这些谱峰的本征周期、品质因子和共振强度. 数值结果说明其中3个公共谱峰的本征周期与Smith理论值间的最大差异小于1.0%, 这种一致性说明了利用高精度地表重力观测可检测到固态内核的动力学现象. 还检验了数值计算的可靠性, 对地球自转和椭率可能导致的谱峰分裂现象进行了简要的探讨.     

利用小波技术检测重力亚潮汐频段的特征信号

基于武汉国际重力基准站超导重力仪长度为5年的重力潮汐观测资料, 利用小波分析技术检测和研究了重力亚潮汐频段与地球内核平动振荡有关的特征信号. 对观测信号扣除合成潮和气压效应 后得到的重力残差实施分析, 结果表明在4~6 h频段上存在着nGal量级的重力振荡信号. 但发现这种振荡信号的频率和振幅具有随时间变化的特征, 分析表明这些信号可能被某种小幅度的非连续源激发所致.     

VLBI观测对IAU1976岁差常数和IAU1980章动序列系数的改正

<正>现行IAU1980章动理论基于一个无海洋、弹性地幔和有液核的地球模型,并采用IAU1976岁差常数.从VLBI和LLR观测中已经发现IAU1976岁差和IAU1980章动理论是不完善的,当考虑到地幔非弹性和海洋潮汐等耗散性地球物理过程的影响时,观测到的天极章动可表示为:(?)(?)其中Δ(?)_IAU1980和Δε_IAU1980表示IAU1980章动模型.δP和dε/dt为对IAU1976岁差理论的修正,即表示赤道在黄经和交角上线性速率的改正.δ(?)_sj,δε_cj和δ(?)_cj,δε_sj分别为黄经、交角第j章动项的相位内项系数改正和相位外项系数.θ_j(t)为第j项的辐角,是t时刻日月轨道5个基本角距(1,1’,F,D,Ω)的线性组合.t为自J2000.0起算的儒略世纪.IAU章动序列仅包含了106项日月章动周期的相位内项,其中大约10项的系数含有可被现今观测检测的误差,其余各项由于其系数较小,对地球模型的缺陷不敏感,因而可认为具有足够的精度.虽然VLBI和LLR等观测已经证明IAU1976岁差和IAU1980章动理论是不完善的,但是由于(1)理论自洽性的要求;(2)观测资料尚不能精确分离岁差和长周期章动项;(3)逆向自由地地核章动的周期与系数尚未精确测定等等原因,它们目前仍被用作天文、测地等领域中研究和应用的标准.与此同时,理论研究和观测检验工作仍在积极开展,以期完善现有理论和发展新模型.本文从观测检验的角度,基于更长时段和更高精度的VLBI观测资料,得到了对IAU1976岁差和IAU1980章动序列的系数改正,并对长周期项系数的改正、逆向自由地核章动的确认、顺向周年项系数改正与环境温度的关系等问题进行了简略的讨论.     

中纬电离层电子密度和垂直漂移速度的潮汐波谱对比分析

利用CHAMP卫星观测数据对全球中纬电离层电子密度(?Ne)和纬向风引起的等离子体漂移速度(?Vz)进行了非迁移潮汐波谱分析,研究发现:D0(DE1)为南(北)半球?Ne和?Vz大尺度一(二)波结构的主导周日非迁移潮汐分量,南半球主导波谱幅度大于北半球;全球电离层-热层模型证实这些主导潮汐分量主要由电离层-热层当地物理过程激发;?Ne和?Vz主导波谱强度的相对强弱程度不同,随季节的变化规律不一致,对太阳活动水平的响应也相反,表明观测到的电子密度的经向差异还来源于除纬向风之外的其他物理过程.     

GPS,OBP和GRACE估计地球动力学扁率变化及其地球物理激发

行星地球是一个旋转的扁椭球体,其动力学扁率(即J2)变化主要由地球系统物质流动和各圈层相互作用引起.目前国际上地球动力学扁率测定主要用卫星激光测距(SLR)资料得到,然而SLR地面观测台站少,南北半球分布不均,且不是连续观测,以及受动力学模型和常数等影响.尽管新一代重力卫星(GRACE)观测大大提高了地球重力场球谐系数低阶项一两个数量级,但对二阶项C20不敏感.本文利用全球连续GPS观测得到的地表负荷位移估计地球动力学扁率J2,并联合GPS与海底气压(OBP)以及OBP和GRACE资料分别估计地球动力学扁率J2,比较和分析地球动力学扁率多尺度变化特征及其机理.结果发现GPS单独估计结果振幅偏小,GPS+OBP,GPS+OBP+GRACE和GRACE估计J2周年变化与SLR结果非常接近.而J2半周年变化,GRACE估计相对较差,主要由于GRACE资料处理没有很好扣除约161天的S2潮汐影响.另外,GPS+OBP和GPS+OBP+GRACE估计J2季节内和年季变化与SLR结果较一致,而GRACE和GPS单独估计结果与SLR结果偏差较大.并进一步利用地球物理模型资料研究对J2变化的贡献,结果表明,地球动力学扁率J2季节性、季节内和年季变化主要由大气、海洋和陆地水地表流体质量重新分布和迁移激发.     

GRACE卫星非差运动学厘米级定轨

随着IGS精密星历精度以及星载GPS接收机性能的提高, 基于星载GPS载波相位观测值的非差运动学方法不但可以取得与弱化动力学方法(reduced-dynamic method)相当的定轨精度, 而且由于其不依赖于力学模型, 还非常适用于如CHAMP, GRACE和GOCE等轨道极低的地球观测卫星, 因此成为了精密定轨中的研究热点. 详细分析了星载GPS非差运动学定轨误差改正模型及改正方法; 给出了一种改进的星载GPS非差数据质量控制技术以及大型法方程快速求解算法; 自主研发了一套非差运动学精密定轨软件, 并利用软件对GRACE卫星进行了轨道计算. 结果表明: 与JPL提供的事后精密轨道进行比较, GRACE-A卫星单天非差运动学轨道的径向精度为3~4 cm, GRACE-B卫星为3~5 cm.     

用地表和空间重力测量验证全球水储量变化模型

综合分析了全球7台高精度超导重力仪长期连续观测资料, 在精密剔除了重力潮汐和地球自转变化重力效应的基础上, 获得了反映重力场季节性变化的残差序列. 同时, 通过局部的大气压观测数据, 分析了大气对重力的负荷影响, 通过全球陆地水和非潮汐海洋的数值模型计算了负荷效应对重力的影响. 数值结果表明, 大气和陆地水负荷对重力场观测的影响达到100±10^-9ms^-2的量级, 而非潮汐海洋负荷在沿海地区达到10±10^-9ms^-2的量级. 基于GRACE卫星重力确定的重力场球谐展开系数, 采用半径为600 km的高斯平滑技术获得了台站区域的月重力变化. 通过比较地表的超导重力观测和GRACE空间重力测量结果以及全球水负荷的重力效应说明: 地表和空间重力测量能够有效检测到由陆地水储量变化导致的重力场季节变化, 该变化达到100±10^-9ms^-2的量级. 这充分说明高精度的重力测量是检验全球水储量变化模型可靠性的重要手段.     

对地观测大数据处理:挑战与思考

通过航天航空飞行器搭载的传感器对地球进行观测可以获得地球全面而系统的信息.随着空间信息技术的高速发展,对地观测领域步入了大数据时代.在分析对地观测数据处理与服务的全流程及其算法的基础上,总结出"大数据时代"对地观测数据处理面临的挑战——"数据密集型计算"问题,并指出解决这一问题应该在系统平台、处理算法和服务模式3个方面开展创新性的研究工作.     

基于毛玻璃的全日面太阳像平场测量和改正方法

全日面太阳光球像和色球像是监测太阳活动的主要数据,对望远镜观测的原始图像进行平场改正是数据处理过程中的基础工作.本文尝试利用毛玻璃测量全日面太阳光球和色球像的平场,通过理论模拟和实地测量验证了该方法的有效性.首先,模拟计算了太阳经毛玻璃扩散后在观测视场内形成的面光源的均匀性,其均匀度为99%,可以用来测量平场.其次,在全日面太阳光球和色球望远镜上的实验结果表明,本方法获得的平场像能够改正原始观测像中高频的脏点和光路不均匀性,因平场观测和常规观测图像中杂散光影响不同,导致平场改正像存在低频失真,但可通过理论临边昏暗图像对平场改正像进行低频信息修正.修正后的平场改正像与理论临边昏暗像相关系数达到0.99以上.最后,以HMI发布的光球像和GONG发布的色球像作为参考像,选取活动区所在小视场和宁静区大视场,分别与利用本方法实验改正后的光球像和色球像进行了结构相似度等方面的量化对比.对比结果表明,改正像的各项指标均优于原始像.本文提出的平场测量和改正方法简便易行,且容易实现自动化测量,为全日面太阳望远镜的平场测量和改正提供了新方法.     

各向异性地球物理与矢量场

地球介质电阻率、极化率、速度和品质因子等物理性质的各向异性是广泛存在且被证明不可忽视的,因此,在地震学和固体地球电磁场研究中,各向异性问题的讨论由来已久,且是最近十多年来的前沿领域与热点.最近几年随着信息技术的快速发展,以及地球物理从一维到二维、三维和不同高度的矢量、立体张量观测技术的发展,使得研究更复杂的各向异性介质及地球物理响应矢量数据的发掘和应用成为可能,从而给现有的地球物理理论、方法和技术带来了严峻的挑战.尤其信息科学领域云计算技术和大数据研究与应用的蓬勃兴起,大量地球物理观测数据的利用和共享成为一种发展趋势.第567次香山科学会议"各向异性地球物理与矢量场技术"旨在通过对国内外各向异性地球物理和矢量场前沿研究的介绍、分析,会同后续云计算、地震学与矢量地球物理场观测仪器与技术3篇专业文章的详细展开,发掘、总结各向异性理论方法与矢量场研究中急需解决的关键科学和技术问题,以促进基础性、共性问题的攻关与探索.     

大气重力格林函数

具有噪声低、灵敏度高、连续性和稳定性好等特点的超导重力仪的观测精度已达0.1μGal 或更高量级,它在研究潮汐和非潮汐重力场变化信号中,特别是在地球物理学和地球动力学的应用研究中将起到十分重要的作用.在利用超导重力仪观测重力场变化的同时,还记录到台站和区域气压场变化产生的重力信号.它们通常由三部分组成、即:(1)大气质量变比引起的直接效应;(2)大气质量负荷作用下,弹性地球产生的变形效应;(3)由于变形使地球内部质量重新分布而引起的地球引潮位变化.Farrell引进了地表质量负荷重力格林函数,但当质量密度分布随高程变化时,问题要夏杂得多,我们必须重新考虑这一问题.研究表明,牛顿引力项的主要贡献来自台站近区的低层大气质量变化,而弹性地球的变形对重力场的影响部分主要来自台站远区范围的大气质量负荷效应.     

地球起源的假说

引言地球有无起源的问题,按照自然界的辩证发展规律,答案显然是肯定的,不过还可举出具体的论据。天文观测表明,字宙间的星体并不都处于相同的生命阶段,有新生的,也有衰老的。地球本体上,也正在进行着许多不可逆的过程,例如潮汐的摩擦作用,岩石中放射性物质的蜕变生热等,在短期间看来,影响不大,但若倒推几十亿年,这些影响的积累,便足以说明某个时期以前的地球,不可能和现在的一样。永恒不变的地球是不可能的!因此,它的起源不是一个无可讨论的问题。地球的起源,和人类的起源、生命的起源一样,是一个时常引人深思,但现在尚未完     

生物多样性和生态系统功能对全球变化的响应与适应：协同方法

生物多样性与生态系统功能对全球变化的响应与适应是极其复杂的,为了更深入了解和认知,需要融合多学科技术、应用协同方法对其进行研究：其中长期定位观测有助于认识有长时间滞后效应的生态过程或具有重要生态功能的缓慢过程;全球变化实验在自然环境条件下可定量区分各环境因子及其相互作用对生态系统动态的影响;梯度研究可以完善不同时空尺度分析之间的耦合;过程研究则是对野外调查、长期观测或控制实验进行有益补充;这四种研究方法可以镶嵌使用,互补互惠,共同为模型结构的建立和完善提供理论认知,并为模型运行提供参数估算和独立验证数据。模型一方面通过集成各种调查、观测、实验等信息,可以提供强大的模拟分析与预测能力;另一方面它又可以反馈信息来指导各种观测、实验和研究的设计与数据收集,是全球变化研究中必不可少的集成分析工具。     

生物多样性和生态系统功能对全球变化的响应与适应:协同方法

生物多样性与生态系统功能对全球变化的响应与适应是极其复杂的,为了更深入了解和认知,需要融合多学科技术、应用协同方法对其进行研究:其中长期定位观测有助于认识有长时间滞后效应的生态过程或具有重要生态功能的缓慢过程;全球变化实验在自然环境条件下可定量区分各环境因子及其相互作用对生态系统动态的影响;梯度研究可以完善不同时空尺度分析之间的耦合;过程研究则是对野外调查、长期观测或控制实验进行有益补充;这四种研究方法可以镶嵌使用,互补互惠,共同为模型结构的建立和完善提供理论认知,并为模型运行提供参数估算和独立验证数据。模型一方面通过集成各种调查、观测、实验等信息,可以提供强大的模拟分析与预测能力;另一方面它又可以反馈信息来指导各种观测、实验和研究的设计与数据收集,是全球变化研究中必不可少的集成分析工具。     

地球自转高频变化分析

在MERIT联测(地球自转监测和观测技术的相互比较)期间,国际射电干涉测量(IRIS)组织了为期三个月的VLBI加强观测,以测定每天的地球自转参数UT 1。观测是安排在与赤道的夹角仅为5°的美国Westford和联邦德国Wettzell的6000 km基线上进行,对测定UT 1是非常灵敏的。在1984年4月到6月的加强观测三个月期间内,共得到64天的观测结     

不同GPS接收机观测值的随机模型评估

根据最小二乘准则或其他准则解算参数的最优估值时, 需要已知观测值的随机模型. 随机模型正确与否将影响参数估值, 因此, 快速高精度GPS定位需要已知正确的随机模型. 采用GPS短基线实测数据, 估计了两种GPS接收机观测值的随机模型, 分析了不同类型数据的精度及其与高度角的关系, 时间相关性以及不同类型数据之间的交叉相关性. 结果表明: 通常采用的独立等权随机模型不适用于GPS观测值; 根据高度角定权并不适应于所有接收机和所有类型的观测数据; 随机模型中应考虑时间相关性和交叉相关性; 随机模型与接收机和观测数据类型密切相关, 不同接收机应采用不同的随机模型.     

黑洞把恒星撕成碎片

正当一颗恒星过于接近一个黑洞时,黑洞的超强引力所导致的超强潮汐力会把恒星撕碎。在这类被称为"潮汐破坏"的事件中,一些恒星碎片被以极高速甩出,余下的碎片则坠回黑洞。这导致一种特征明显、可持续数年的X射线辐射。科学家最近观测到了发生在一个星系(它距离地球大约2.9亿光年)中的一次潮汐破坏事件,这也是过去十年中发