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%.

天问一号着陆区的古环境演化

我国首次火星探测任务天问一号已经成功实现“绕、落、巡”三个阶段的既定目标。天问一号轨道器进行了大量的火星环绕探测,其所搭载的祝融号火星车也在着陆区表面开展了巡视探测,获得了极其珍贵的探测数据,为研究火星环境和演化历史提供了前所未有的机遇。通过对天问一号遥感和就位探测数据的分析研究,在着陆区的地形地貌、物质组成、现代气象特征和次表层结构等方面取得了一系列创新性成果,对认识着陆区的古环境演化、了解火星的地质历史,理解地球乃至整个太阳系的形成和演化具有重要意义。

地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应

科里奥利效应是产生内核快速旋转的主要原因。科氏力使上升物质向西漂移，下降物质向东漂移；造成地球外层自转减速，地球内层自转加速。所以，自旋体中的垂直运动可以产生大规模的水平运动——圈层差异旋转。地震波测量结果表明，内核旋转速度每年比地壳地幔快１°。对于一个内核差异旋转的地球，太阳辐射不仅形成地磁场的内外磁尾和地壳与内核的反向振动，而且影响核幔角动量交换和电磁耦合，从而控制了地球内能的释放，形成天文周期与地质旋回的一一对应关系。地球轨道和太阳轨道的全球变化响应。

地球的强中纬力

地球的强中纬力是影响地球范围最广的作用力，因而是最重要的作用力之一。它不仅是形成大洋环流的重要作用力，而且也是形成大气环流的重要作用力，它使地球中纬度地带（21°33′～68°27′）物质产生离心运动。当台风进入中纬度带后，将受强中纬力的明显作用，并最终保持沿强中纬力作用方向运动。强中纬力还对极地带等地带内的物质发生一定的作用。

加权最小二乘法与AR组合模型在极移预测中的应用研究

分析了极移预测的重要性,介绍了目前极移预测的主要方法。根据目前常用预测模型中周年项和钱德勒项的时变性质,在极移预测方法上进行了一种新的尝试,即利用加权最小二乘法与AR组合模型对极移进行预测。为进一步优选模型中的加权函数,设计了3种选权方案,并通过对比,给出了极移X、Y序列各自合适的选权方案。通过实验最终验证了这种新方法对极移预测的精度提高有一定作用,可作为极移预测的一种参考方法;但该方法作为极移预测的一种新的尝试,在选权方案优选时,其物理激发上的理论依据仍需进一步探讨。

由地球自转的年际变化预测El Nino事件

分析了地球自转、大气角动量和太阳黑子相对数的年际变化与ElNino的关系 .结果表明 :当地球自转速率的年际变化由快向慢转变 ,即表示年际变化的ΔLOD1 的数值由极小逐渐增加并转变为正值约半年后 ,ElNino的初期开始出现 .此期间大气角动量的年际变化也呈现从小到大的过程 .通过分析新的地球自转变化测值 ,预测 2 0 0 1年将出现ElNino .

关于ITRF96参考架整体旋转性的探讨

利用国际地球自转服务IERS发布的国际地球参考架ITRF96的速度场 ,建立了一个基于现代空间大地测量实测结果的全球板块运动模型ITRF96VEL ,该模型与NNR -NUVEL1A模型有着较好的一致性 .利用该模型 ,本文对ITRF96参考架相对无整体旋转参考架是否存在一个整体旋转的问题进行了初步的探讨 ,结果表明ITRF96参考架相对无整体旋转参考架有一个整体旋转 ,旋转角速度为 0 1 61°/Ma ,旋转极指向南纬 50 5° ,东经 65 5°,这与要求ITRF96无整体旋转的定义不相符 ,这个整体旋转将会对国际地球参考架的高精度应用和长期维持 。

奥陶纪以来生物贝壳生长纹层与地月轨道参数的演化

通过显微镜、扫描电镜以及微量化学成分分析,对现代瓣鳃类粗饰蚶、花蛤和腹足类纺锤螺,第三纪美壳螺,三叠纪克氏蛤,石炭—二叠纪燕海扇,泥盆纪云南贝、颠石燕,奥陶纪震旦角石、赫南特贝等贝壳生长纹层进行了综合研究。结果表明,奥陶纪以来贝壳生长纹层具有年、半年、双周、日、半日生长周期的变化,年中所含双周生长纹层数、双周所含日生长纹数均呈递减的趋势。通过观测计算得出:奥陶纪每年的日数为415.69 d,泥盆纪为407.1 d,石炭—二叠纪为400.51 d,三叠纪为393.98 d,第三纪为374.13 d,第四纪为367.4 d,表明自奥陶纪以来有地球自转速度变慢、地月距离增大、月球后退速率减小等变化趋势。

极移半年振荡的年际变化与北大西洋涛动

北大西洋涛动(NAO)是全球三大气象涛动之一,它是海气相互作用的产物.采用标准化的北大西洋涛动指数(NAOI)来表示NAO的强度.由观测极移参数反演得到极移激发函数,对此进行小波振幅谱分析,从而获得极移激发函数半年振荡的时频变化.研究表明,极移激发函数半年振荡沿东经90°方向分量的振幅年际变化与NAO年际变化呈明显相关,并且主要是大气和海洋角动量变化共同激发的结果.

基于地球流体有效角动量函数的UT1分段预报

世界时UT1的变化受到大气、海洋、陆地水圈等多种激发因素的影响,这些激发因素可以由地球流体有效角动量函数EAM(effective angular momentum)描述。基于德国地学研究中心地球系统建模小组ESMGFZ(Earth System Modeling at GeoForschungsZentrum)的有效角动量函数和国际地球自转和参考系服务IERS(International Earth Rotation and Reference Systems Service)的EOP(Earth orientation parameters)数据,使用最小二乘法LS(least square)和自回归模型AR(auto regression)方法,通过一系列实验,参数搜索,最终,针对不同的预报跨度,采用不同的参数对世界时UT1进行预报。在2019年至2021年进行的495次预报实验中,对比IERS的预报结果,在未来第6天,第30天,第90天,平均绝对误差MAE(mean absolute error)分别降低了0.0874 ms,0.4999 ms,1.4764 ms,提升分别为37.43%、14.72%、11.82%;对比传统LS+AR的预报结果,在未来第6天,第30天,第90天,MAE分别降低了0.6315 ms,1.1347 ms,2.3761 ms,提升分别为81.21%、28.15%、17.74%。

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。

国内天文地球动力学中的潮汐研究

简要说明了天文地球动力学范畴内所研究的潮汐现象,包括由日月引潮力引起的固体潮、海洋潮、大气潮和由于地球自转轴的极移引起的极潮,以及这些潮汐对地球自转和地球自转的测量产生的效应。重点阐述中国天文学界在这一领域里的研究成果。这些研究涉及潮汐影响地球自转的机制,也就是各种潮汐效应与极移、自转速率变化和章动的关系,包括构建这类关系的理论模型,分析潮汐对它们的影响,利用中国古代丰富的天象记录计算地球自转的长期减慢,计算弹性或滞弹地球的洛夫数,依据某一地球模型计算潮汐效应或章动序列等等。研究也涉及在测量地球自转参数的不同技术中各种潮汐效应对测量结果产生的影响及其改正,并涉及与潮汐有关的观测方法的优化和数据处理过程的改进。最后介绍了中国学者所发现的脉冲星的周期和周期变率测量中的潮汐效应,尽管它们的量级甚微,但不容忽视。

地球内核快速旋转的发现及其动力学意义

地球内核快速自转的发现，证实了地球圈层差异旋转理论，其动力学意义在于：（１）旋转系统有不同于非旋转系统的物质运动方式和能量转换方式；（２）圈层有序差异旋转与无序差异旋转的交替是地磁反向的原因；（３）由于内核差异旋转，太阳辐射通过影响核幔角动量交换和电磁耦合控制地球内能释放，形成天文周期和地质旋回的一一对应关系；（４）地球内能释放产生的深海热对流可以引起全球变暖；（５）太阳系的膨胀与收缩产生行星的差异旋转，并形成相应的降温阶段和增温阶段。

地球旋转膨胀与冈瓦纳古陆裂解

地球自转速度变慢说明地球在旋转的同时其体积在膨胀。这与红移现象等说明的宇宙膨胀是一致的。地球放射性物质的放射性能导致软流圈及塑性地核外核的形成。地球自转的惯性与地球塑性层的共同作用导致了地球的层间滑动。地球外圈应相对于内圈转动较慢。转动较快的内层层圈的运动方向为自西向东,或左旋剪切。即,软流圈之下的下地幔应相对于岩石圈自西向东转动较快;塑性地核外核之下的内核应相对于外核自西向东转动较快。在地球层圈之间的剪切力和地球放射性能所引起的热能的共同作用下,在软流圈产生物质的对流,形成地幔物质对流。推测地核的外核也可能会产生塑性物质的对流。地轴倾角ε的变化以及潮汐转矩和岁差转矩是地球动力学的重要因素。地球的旋转膨胀是板块运动的地球动力学基础,也是冈瓦纳古陆裂解的运动学基础。

小波变换及其在天文地球动力学中的应用

小波变换是近几年来国际上流行的一种新的数学分析方法。近年来在天文学和天文地球动力学领域中得到广泛的应用。文中对连续小波的概况、原理、有关技术及其在天文地球动力学中的应用作了简单而系统的介绍。

大气、海洋与固体地球的能量交换

通过对南极气温资料、南极臭氧资料、环南极海冰资料、太平洋海温资料、地球自转速度变化资料、厄尔尼诺和拉尼娜资料的模拟验证,发现厄尔尼诺事件发生与德雷克海峡海冰减少在时间上有一一对应关系。南极半岛海冰减少是太平洋环流速度减慢的原因,德雷克海峡的海冰起重要作用。大气、海洋与固体地球的角动量交换在南、北半球有不同的形式。强震起源于海平面振荡。

地球内核的三维不对称运动

行星自转与公转的相关性建立在自转速度与公转速度的有向迭加决定质点公转惯性力的基础上,其表现有行星质心公径的修正、自转加速、转轴的晃动和进动等,因此地球内核三维不对称运动和外核的差速旋转是它的直接推论.

膨胀地球基本参数的初值及其平均变化率

本文讨论了地球膨胀过程的初始半径R_0、膨胀起始时间t_0以及半径R、转动惯量I、地表重力加速度g和反映地球内部物质分布状态参数y等膨胀基本参数的平均变化率。研究结果表明,在地球的地质年龄之内,地球膨胀的初始半径R_0>4619km,膨胀的起始时间t_0<43.8×10~2Ma,膨胀过程中的地球半径R、物质分布状态参数y、转动惯量I、地表重力加速度g和表面积S随时间的平均变化率分别为:dR/dt=4×10^(-4)m/a,dy/dt=-6.7×10^(12)/a,dI/dt=8.49×10^(27)kg·m^2/a,dg/dt=-1.23×10^(-10)kg·s^(-2)/a和ds/dt=6.41×10~4m^2/a。地球膨胀过程中的半径平均增长率,是首次用天文学方法研究得出,且该值介于其他作者用古地磁、古地理等方法所求得的地球半径增长率若干数值之间。

参照NRO的CRS和TRS的转换

讨论了参照非旋转原点的天球参考系和地球参考系的转换方法，并和经典方法进行了比较。两种转换方法在数值上基本上是一致的，但新的转换方法显示出较好的优越性，它在概念上和实用上更简单，同时指出用甚长基线干涉观测确定地球定向参数的归算中，使用新的转换方法将更合适。

在自转条件下地壳中应力分布的探讨

探讨了地球自转产生的离心力对地壳中应力分布的影响。分析中,将岩石圈分离出来单独对待。利用弹性力学中的轴对称回转面型薄壳理论对其进行处理。通过建立理论方程进行求解后得出地壳中应力分布规律为:径向以挤压力为主,在赤道一线最大,极地最小,且有很小一部分为引张应力。而纬向全为引张应力,从两极赤道逐渐增大,径向剪应力则为45°为最大,赤道和两极均为零。