GRACE和SLR观测的地球动力学扁率最大熵谱及小波相关分析

卫星重力测量技术的实现为测定地球动力学扁率提供了新的方式和途径，GRACE卫星是目前最新的重力测量卫星，据其恢复的低阶重力场较以往精度得到大大提高，然而其观测地球动力学扁率（二阶项）却与卫星激光测距（SLR）结果相差较大.本文采用最大熵谱和小波分析方法对GRACE和SLR观测的地球动力学扁率时间序列信号进行定量比较分析，结果表明：GRACE观测的地球动力学扁率年际周期变化振幅仅为SLR观测结果的25%，并且目前GRACE观测的地球动力学扁率数据中含有系统输入信息和相位差，但前者较后者包含有较强的短周期（2-6月）信息.造成这种差异的主要原因可能来自于GRACE与SLR全球观测数据时空分布不同.

非潮汐海洋运动对地球动力学扁率变化的贡献

通过考察全球海洋环流数值模型以及TOPEX Poseidon海洋测高数据 ,得到结论 :1 997 1 998年后的部分J2异常变化可能来自海洋环流变化导致的质量重新分布 ,具体地说是太平洋环流变化导致的从高纬地区向低纬地区的质量迁移 .本工作表明来自于海洋内部温盐效应的变化对J2 异常变化有重要贡献 。

地球动力学扁率及其与岁差章动的关系

由岁差常数求得的日月岁差是天文学的重要参数之一，它和地球动力学扁率相联系．地 球动力学扁率的数值可由黄经总岁差的天文观测得到，也可由地震观测建立的地球模型推 求．地球动力学扁率在章动理论的计算中也是一个重要的物理量．介绍了由不同的观测方法 和模型给出的地球动力学扁率值，并讨论了它与岁差的关系和对章动计算的影响．在刚体地 球章动振幅的计算中，地球动力学扁率值起着尺度因子的作用，要改善刚体地球章动振幅的 计算，需要修改目前的黄经总岁差值．非刚体地球章动的转换函数中所采用的简正模频率和 常数都直接或间接地依赖地球动力学扁率值。在ＩＡＵ １９８０章动理论中，计算刚体地球章动 振幅所使用的地球动力学扁率值与计算转换函数中简正模频率和常数所使用的地球动力学 扁率值并不一致。随着观测和计算精度的提高，地球动力学扁率值的不一致将影响章动振幅 的计算。在建立非刚体地球章动理论中，如何解释地球动力学扁率值的差异，如何选取地球 动力学扁率值，还有待进一步的研究。

地球动力学扁率值对章动计算的影响

随着计算精度的提高，理论章动的计算中必须考虑地球动力学扁率数值选取的因素．探讨了地球动力学扁率值对刚体地球章动振幅和非刚体地球章动转换函数的影响．在刚体地球章动振幅的计算中，地球动力学扁率起着尺度因子的作用，要改善刚体地球章动的计算，需要更改黄经总岁差的数值．非刚体地球章动转换函数中所采用的简正模频率和常数都直接或间接地依赖地球动力学扁率值，它们对最后章动振幅的影响远远大于微角秒量级．在建立非刚体地球章动理论中，一个一致的自洽的地球动力学扁率值将能为地球章动序列的改善作出贡献．

关于章动序列计算中的地球动力学扁率的取值

刚体地球章动序列和非刚体地球章动的转换函数都和地球动力学扁率有关。IAU1 980章动理论中采用了一个不一致的地球动力学扁率值 ,从而影响了章动振幅的计算。本文介绍了章动序列计算中地球动力学扁率的取值。由地球模型 1 0 66A或PREM得到的地球动力学扁率值比由岁差观测得到的约小 1 % ,并且不可靠。当考虑流体静力学平衡被破坏时新的地球物理模型 ,可得到与岁差常数相一致的地球动力学扁率值。地球动力学扁率值H =0 .0 0 32 738是使用在刚体地球章动序列和章动转换函数计算中的最佳值 ,它对章动序列精度的提高作出了一定的贡献。

基于广义椭球坐标变换的地球动力学扁率计算

地球的动力学扁率H是描述地球动力学特性的基本参数,也是研究地球自转、岁差及章动等特性的物理量之一。本文基于广义椭球坐标变换,研究了地球动力学扁率的表达式,以及与几何扁率之间的关系式H=α-1/2α^2,计算得到在近似均质刚体椭球的理想状态下地球的动力学扁率H的值为1/298.7580,与当前观测值的误差约为2%,同时,分析了非理想状态下地球动力学扁率计算的影响因素,如转动惯量4与B不相等、内部密度径向变化等。

利用GRACE和地球物理模型研究地球动力学扁率变化

作为一个旋转的扁椭球体,地球的动力学扁率J2变化主要是由各圈层相互作用和地球系统的物质流动所引起。当前,测定地球动力学扁率主要是通过卫星激光测距资料获得。本文利用GRACE月重力场模型、海底气压模型和冰期均衡调整模型等估计地球动力学扁率月变化ΔJ2,通过计算得到的C20时间序列与卫星激光测距(SLR)结果差别不大。通过计算分析,可以看出使用不同机构发布的GRACE数据产品,得到的季节变化时间序列的结果差别不大,与SLR结果非常接近,得出的C20时间序列在SLR方差百分比达70%。

地球动力学扁率与南极涛动年际变化的小波相干分析

地球动力学扁率J2的变化反映了全球大尺度的地球各圈层动力学变化及相互作用.对于J2的年际变化与全球大气、海洋运动、陆地水变化的相关性问题,前人的研究表明J2的年际变化信号主要来自地球高纬度（±75°以上）地区的物质质量重新分布和迁移,其可能与ENSO（EI Nio-Southern Oscillation）现象有关.利用交叉小波与小波相干方法对1979-2011年的J2和刻画南极涛动（Antarctic Oscillation,称AAO）的南极涛动指数（AAOI）以及表征ENSO现象的SOI（Southern Oscillation Index）时序在2-8 a尺度的年际变化信号进行分析,结果表明：在1986-2010年间J2的4-6 a尺度的年际变化与AAO显著相关（相关系数〉0.8）,通过95%置信度检验,且J2信号与AAO信号之间存在一定的位相时差,即J2信号位相滞后AAO信号约0-5个月;而在相同的时间段和尺度上J2与SOI之间没有表现出更好的或类似于J2与AAO信号之间的关系特征.此现象可能与南极涛动和南方涛动两者分别反映的大尺度的大气运动及其空间分布特征的不同有关.