顾及有效角动量与IGS超快解数据的极移预报方法

极移高精度预报对卫星实时定轨、深空探测器导航等应用至关重要.本文提出了一种联合有效角动量(Effective Angular Momentum,EAM)与国际全球卫星导航系统服务组织(International GNSS Service,IGS)提供的超快解数据进行极移预报的方法.该方法基于IGS超快解数据得到的极移第1天预报值,对引入EAM得到的极移预报结果进行校正,获得联合预报值.首先,基于LS(Least Squares)+AR(Auto-Regressive)模型实现了引入EAM的极移预报,相对国际地球自转与参考系统服务组织(International Earth Rotation and Reference Systems Service,IERS)提供的公报A数据,在超短期(第1~10天)预报跨度可以得到更高精度的极移预报结果,其中大气和海洋角动量发挥了主要作用.其次,鉴于IGS超快解数据精度高、更新快的特点,以IGS超快解为基础数据,基于LS+AR模型可以得到极移第1天预报值,其精度显著优于IERS公报A的极移第1天预报值.最后,利用第1天预报值对顾及有效角动量的预报结果进行校正获得了联合预报值,进一步提高了超短期极移预报精度(尤其是第1~5天).2020年7月24日—2022年1月30日间的联合预报结果表明:第1~20天的预报值总体优于IERS公报A的预报值.其中,第1~10天的预报精度显著提升,在预报第1天,X、Y方向预报值相对公报A预报值的精度提升分别可达39.5%~62.3%和24.5%~51.9%;在预报第10天,相对公报A预报值的精度提升分别可达28.0%~28.9%和21.9%~23.4%.

周日、半日地球自转变化研究进展

主要介绍了周日、半日地球自转变化研究进展。首先介绍了周日、半日地球自转变化的研究发展历程以及主要激发因素,近几十年来,由于GPS、VLBI、SLR等观测技术和分析精度的提高,已能用几小时甚至1～2 h的观测数据求解地球自转参数(极移和自转速率变化),并从中检测到明显的周日、半日自转变化。与海潮模型所预测的结果进行比较,在主要的周日、半日潮波频率上,两者的振幅和相位符合得较好,特别是对UT1,符合度为90%左右,极移为60%左右。目前,仍有30%的极移周日、半日激发因素没有确定。然后对20世纪80年代以来关于极移和UT 1的周日、半日变化研究应用,以及不同的全球海潮改正模型作了较为全面的综述,现有的海潮改正模型存在10%～20%的误差,需要进一步的精化。最后对周日、半日地球自转变化的未来研究工作作了简单的展望。

地球表面季节性形变的物理成因

地表形变运动的成因探索对环境监测、气候变化研究以及高精度地球参考框架维持都具有重要意义,主要讨论了地球表面非构造季节性运动的物理因素。首先介绍了两个已经明确了的激发机制:由大气、海洋、陆地水、雪、冰以及植被等变化引起的表面质量重力负荷,是地表季节性形变的主要激发源,可以解释40%~50%的垂向和15%~20%的水平向地表季节性形变;除此之外,地表温度变化引起的热弹性形变对GPS台站观测到的周年位移也存在激发作用,在垂向和水平方向的贡献率分别为7%和8%~9%。其次探讨了地表三维季节性形变的潜在物理机制,现有的理论证明和区域性的观测结果均表明,由地下水含量变化引起的孔隙弹性负荷极有可能对地表形变存在贡献。孔隙弹性形变的情况不同于传统水文负荷,却与热弹性效应类似,可以通过改进现有的热弹性形变模型,并将其应用到陆地水系统,拓展出全球尺度的孔隙弹性形变模型,进一步补充解释地表三维(尤其是横向分量)季节性形变。

地球定向参数高精度预报方法研究

采用国际地球自转和参考系服务(IERS)的EOP 05C04数据序列,对EOPs序列做数据预处理后,分析基础预报序列的长度和精度与EOPs不同跨度预报精度的联系,同时综合应用线性的自回归(Autoregressive,简写为AR)模型和非线性的人工神经网络(Artificial Neural Networks,简写为ANN)模型结合最小二乘外推法,对EOPs序列作预报计算对比。研究结果表明,预报中选取合适的基础预报序列和预报方法,可以实现EOPs的高精度预报。

地球定向参数高精度预报方法研究

地球自转表征了固体地球与大气、海洋、地幔和地核在各种时空尺度上的耦合过程，地球的自转运动可以用地球定向参数（EOP）（主要包括极移两个分量和日长变化）来描述．EOP是地球参考系和天球参考系之间的转换参数，在深空探测、卫星精密定轨和天文地球动力学研究等领域都有重要应用．由于复杂的数据处理过程，空间大地测量技术获取的EOP存在几天至两个星期的延迟．现代空间导航等对EOP预报值的需求日益增长，使得寻求高精度EOP预报方法成为一项需要深入研究的课题．本文主要从以下几个方面展开，探讨提高EOP预报精度的方法．

AR模型间隔模式和迭代模式预报地球定向参数对比

针对自回归(AR)模型,分别采用间隔模式和迭代模式,对国际地球自转和参考系服务(IERS)的EOP 08C04数据序列作预报计算,并统计预报精度,对比分析两种预报模式的适用情况。结果表明,AR模型两种预报模式各有特点,具体表现为:在数据利用率以及计算速度方面,间隔模式数据利用率低,计算速度快,而迭代模式数据利用率高,但计算速度较慢。对于参数预报适用方面,间隔模式较适合于PMX、PMY短期预报;迭代模式则较适合PMX、PMY中长期预报,并且在UT1-UTC所有跨度的预报上均表现出精度优势。

1972—2022年地球自转速率的变化特性及其中的气候事件表征研究

作为反映地球自转速率累积变化的参数(世界时UT1-UTC)和时变特性的参数(日长变化ΔLOD),UT1-UTC在现实项目中有重要应用,而ΔLOD则主要用于科学研究,联合两者探讨地球自转速率变化的规律有重要的意义.本工作针对近50年的世界时观测数据分析其特性,重点关注近期出现的异常现象:2020年5月以来,地球自转趋势由原来的长期减慢逆转为加快;同时对日长变化序列进行分解,分析地球自转速率变化的可能激发源,并评估其中的气候因素对近期地球自转加快的贡献.结果表明,扣除其他影响因素后,日长年际项与气候变化指数表现出高度的一致性;近三年期间,检测到两次中等强度的拉尼娜事件以及第二次事件的延续,其对近期地球自转加快的贡献大约为9%.

地球极移参数高精度双差分LS+AR预报方法研究

提出基于双差分最小二乘LS+AR模型的高精度极移参数预报方法。首先,对极移数据进行双差分处理,用以增强数据平稳性,获取差分极移数据,并采用LS方法对差分极移数据进行拟合,获取极移残差数据;其次,利用AR模型对极移残差数据进行预报;然后,综合LS外推预报值与AR模型预报值获取差分极移预报值;最后,对差分极移预报结果进行逆双差分处理,获取高精度的极移预报值。将该方法应用于实际极移参数预报中,结果表明,1d的极移X分量(PMX)预报精度优于0.25mas,极移Y分量(PMY)预报精度优于0.2mas。将该预报结果与国际EOP_PCC预报结果对比表明,极移短期预报精度与EOP_PCC预报结果相当,1d的预报精度略优于EOP_PCC预报结果。

论附合导线及其改进

以蒙特卡罗法为理论基础,对附合导线进行模拟平差计算,分析后验单位权中误差的特点,提出一种计算中误差之中误差的统计法,给出改进的附合导线布设方案,指出附合导线存在的问题和改进的附合导线的应用前景。

高精度UT1-UTC差分预报方法研究

针对卫星导航所需的高精度地球定向参数(EOP)中的UT1-UTC预报问题,提出了基于双差分LS+AR的UT1-UTC参数预报方法。对UT1-UTC观测数据进行跳秒检测、固体地球带谐潮汐项改正,然后对改正后的UT1-UTC数据进行双差分处理,增强数据平稳性;采用最小二乘拟合(LS)与自回归(AR)分析方法对差分处理后的数据进行分析与预报;对预报结果进行逆差分处理与潮汐项改正外推、跳秒恢复,获取高精度的UT1-UTC预报值。通过与国际EOP_PCC预报结果对比表明,UT1-UTC短期预报精度与EOP_PCC较优的预报精度相当,其中1天UT1-UTC预报精度优于0.03ms,优于EOP_PCC预报结果。介绍了北京航天飞行控制中心的UT1-UTC每日例行预报情况。

温度变化对中国大陆三维周年位移的影响

除了地表质量重新分布外,地表温度变化是影响地表周年变化的另一重要成因。本文利用全球温度变化数据,基于三维全空间热弹性形变模型,计算温度变化在中国大陆引起的地表热弹性形变,并讨论它对中国大陆三维周年位移的影响。结果表明,温度变化引起的地表周年变化振幅在毫米量级。中国大陆构造环境监测网络(简称:陆态网络)GPS台站受地表温度变化影响最大的台站是HLAR(海拉尔),东向、北向以及垂向的周年振幅矢量和为~2.293mm;影响最小的台站是HIYS(永暑礁),东向、北向以及垂向的周年振幅矢量和为~0.177mm。为了说明温度变化对地表周年形变的影响,本文联合GRACE以及物质负荷模型(MODEL)研究中国大陆地表三维周年位移。考虑温度变化后的MODEL、GRACE获取的地表周年形变在东向、北向、垂向的周年信号分别改进了6%、6%、2%;16%、5%、15%。结果表明,温度变化是物质负荷以外引起大陆地表形变的重要因素。

天体测量法探测系外行星

在目前已发现的系外行星中,绝大多数是由视向速度法和凌星法探测得到的,天体测量法仅发现了1颗.gaia卫星数据即将发布,天体测量法将逐步成为系外行星探测的重要方法之一.基于天体测量法给出的恒星位置参数序列,讨论了在求解行星质量和轨道参数时涉及的动力学条件方程计算问题,给出了具体微分改正公式,同时也进行了必要的仿真模拟计算.建立的方法可以较容易地推广到多行星系统.

艺术教学中的评价艺术

艺术，是美的象征，更是创造的体现。综合艺术课程也无时无刻不在体现着美的感受和创造的灵性。那么，在教学评价上，是否也该体现出一定的艺术性和创造性呢？笔者在近几年的音乐艺术课实践教学中设立课题，长期探索，细心研究，下面肤浅地谈谈自己的体会。

记忆法在医学博士生日语教学中的运用

本文介绍记忆法在医学博士生日语教学中的运用 ,重点说明了如何从日语的声码、形码、意码方面着手 。

1979—2016年间日长变化在年际、季节性、亚季节性及高频尺度上的大气激发

大气是日长变化最重要的激发源。基于欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)和美国环境预报中心/美国大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)1979—2016年再分析气象数据集,计算大气激发函数(EAEF和NAEF),并与日长变化的观测值进行对比,综合分析大气对日长变化在年际、季节性、亚季节性和高频时间尺度上的激发贡献。鉴于ECMWF和NCEP/NCAR的风场顶层分别到达1 hPa和10 hPa,对NAEF计算地面-10 hPa风项,对EAEF分别计算地面-10 hPa和-1 hPa风项,以方便对比。研究结果表明,大气风项是日长变化在年际、季节性、亚季节性以及高频尺度上最主要的激发源。在季节性尺度上,EAEF和NAEF与日长变化观测值比较接近,但它们三者之间仍存在一定的差异。在亚季节性和4～20 d高频尺度上,大气激发分别可解释约88%和45%的日长变化。在年际尺度上,大气激发可以解释约65%的日长变化。EAEF对日长变化的解释率比NAEF高出2%～3%。1～10 hPa高层风场对日长的亚季节性及高频变化几乎无贡献,但对日长年际和季节性变化会产生影响。此外,还分析年际尺度上的日长变化和大气激发与南方涛动指数的相关性,揭示出2015—2016年厄尔尼诺事件在日长变化和大气激发中的信号。

限制性三体问题中摄动运动方程的坐标系选择

针对限制性三体问题,分别选取以中心天体和摄动体质心为坐标原点的惯性系,及以中心天体为坐标原点的非惯性系,讨论了不同坐标系下天体运动轨道描述的异同。利用运动天体轨道能量E的大小,可以确定受摄运动方程采用椭圆轨道根数还是采用双曲线轨道根数进行描述。为此,推导出一个关于轨道半长径和偏心率满足的临界关系判别式。结果表明,在摄动天体质量较大的情况下,非惯性系中存在大量轨道,这些轨道在原惯性坐标系中是稳定的椭圆轨道,转换到非惯性系中后却无法用椭圆轨道根数进行描述。只能引入双曲线轨道根数来描述轨道,由此将产生非惯性系下摄动运动方程轨道根数类型选择问题。最后,指出选择雅可比坐标系可以避免上述问题,并推导出适用于任意运动区域的具有统一形式的摄动函数展开式。

日长变化、大气角动量和ENSO年际信号的相关分析及2020―2021年拉尼娜事件

作为年际尺度最强的气候变率,厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的发生对全球天气-气候有显著的影响,同时也与地球自转变化和大气角动量(AAM)的年际信号密切相关。基于1962年1月―2021年1月美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的再分析资料集(R1),进行大气角动量函数计算,并将其与同时段年际分量的日长变化(ΔLOD)数据以及表征ENSO的海洋尼诺指数(ONI)和南方涛动指数(SOI)资料相对比:通过互相关分析和小波变换等统计方法分析了ENSO,AAM,ΔLOD的关联性,并给出相应过程的物理解释。同时,应用这些关联性和可能的物理过程,在日长变化的年际分量上检测到正在发生的2020―2021年中等强度拉尼娜事件信号,且在此期间年际ΔLOD已经产生约―0.18 ms的变化。

最小二乘和自回归模型方法联合预报天极偏差序列

为更好地实现天极偏差序列的预报，采用了最小二乘（least—squares，LS）拟合外推与自回归模型（autoregressive，AR）联合预报方法（LS＋AR），并对预报精度进行评估。结果表明，LS＋AR模型对CPO序列1—5d的短期预报有较高的精度，而对5-90d的预报，dr方向大约为110μas，dy方向大约为130μas。而国际上常用的Lambert模型的预报精度比较平稳，其中出方向在120μas左右，曲方向在220μas左右。结果表明，LS＋AR模型的预报精度总体上优子Lambert模型。

检测钱德勒摆动周期和Q值的一种新方法

基于经典极移理论,创新性地提出了一种估计地球钱德勒摆动(Chandler wobble)周期和品质因子的数学模型和快速算法,该方法对模型误差的假设较弱,估计结果的统计性质更优。采用1993年1月―2009年12月时间段内的极移观测序列和大气、海洋角动量数据,新方法对钱德勒摆动周期和品质因子的点估计分别为(430.8±0.50) d和62.6±9.63,与最新研究结果接近;与之对应的90%置信区间分别为(430.0, 431.6) d和(43.5, 75.7),这一极窄的置信区间提高了点估计结果的可靠性,有助于更加精确地认识地球钱德勒摆动的激发和维持机理。