地球自转日长变化(LOD)和大气角动量(AAM)所对应的动力系统

利用一个多分维的分形所对应的一维映射可以用子波变换反演出来.对地球自转日长(LOD) 资料和大气角动量(AAM) 资料进行子波变换说明,在20 年尺度上、周年尺度和2- 3 年尺度上,LOD 和AAM 的突变时间基本一致,所反演出的不同层次上分岔时间的分段映射动力系统也极其相似.

地球自转及其和地球物理现象的联系：Ⅰ日长变化

地球的自转运动（自转速率变化和地极运动）表征着地球的整体运动状况，以及地球各圈层地核，地幔，地壳，海洋和大气之间的相互作用过程，它们在维持总角动量守恒的条件下，形成了地球的动力学系统。在这个封闭的系统中，地球各圈层的力学过程和耦合作用以角动量交换的模式进行。因此，这个系统是一个典型的守恒系统，也是一个相互反馈的系统。本文回顾了近十年来的研究进展，分各个时间尺度讨论了日长变化及其地球物理激发原因，并评估未来十年内地球自转运动可能的研究方向及课题。

地球自转日长变化中某些短周期项的可能成因

本文根据1974.0-1980.0年的日长(LOD)资料,太阳黑子相对数(SP)资料,以及计算得到的日心相对于太阳系质心相同时期的轨道角动量变化率序列,对它们作了比较分析。结果表明,在LOD的短周期变化中,近95天和120天项可能来自太阳的周期性活动,而大行星的轨道运动引起日心的周期性轨道角动量变化率或许是太阳活动的一种外部力学因素。

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。

中国古代中心日食记载与地球自转速率的变化

利用中国古代中心日食(全、环食)的观测记载研究近2千余年间地球自转速率长期变化的原理和方法,讨论了中国古代中心日食和近中心日食观测的记载资料,并利用其中可靠的记载和—26.0″/(100a)~2的月球本征加速度值计算得到了表示地球自转长期变化的△T值系列,由此得到表示地球自转长期减慢的日长变化均值约为1.4ms/100a,该平均值相应的历元为A.D.1141。

引力常数变化对地球自转长期变化的影响

探讨和估计了各种引力常数变化理论对地球角速度和日长变化的影响。各种引力常数变化理论包括了引力常数G随时间、空间以及速度变化等几个方面的影响。另外也估计了对地球自转角速度和日长变化产生的效应。其中有些研究对探讨地球自转变化也有启发意义。

基于CONT观测资料解算地球自转参数精度分析

为比较不同时段和不同技术解算地球自转参数的差异,基于CONT08、CONT11、CONT14、CONT17和IVS-R1/R4定期观测的2008年、2011年、2014年、2017年数据进行地球自转参数解算。同时,利用与CONT观测同时段的GPS数据参与解算,并以IERS提供的EOP14 C04序列作为参考值进行精度评定。结果表明,CONT17与其他3组CONT观测值相比具有更高的极移解算精度,精度提升约40%,但UT1-UTC精度基本处于同一水平;CONT观测比其他类型VLBI观测数据具有更突出的优势,如极移精度提升约30%,UT1-UTC精度提升约45%;VLBI和GPS观测技术比较显示,前者在解算UT1-UTC上更占优势,而后者在解算极移上更占优势。

几种改进的地球自转参数预报方法

地球的自转运动可通过极移、日长变化、岁差及章动来描述,上述参数称为地球定向参数(earth orientation parameter,EOP)。EOP包含了丰富的地球动力学信息,在卫星定轨、宇宙飞船跟踪、天文动力学、深空探测等领域有着非常重要的应用。受限于复杂的数据处理过程,空间大地测量技术获取的地球定向参数存在几小时甚至几天的滞后,然而某些实际应用需要实时获取地球定向参数数据,因此地球定向参数的预报研究具有重要的理论和实用价值。

地球自转速度的年变化

本文利用宋贯一等(2006)发表的"极移的成因及其移动特征"一文中的自转轴受迫摆动资料,从理论上推断出地球自转速度年变化的特征.结果证明,理论计算出的地球自转速度年变化曲线形态特征与观测曲线形态特征十分吻合.从而得出,太阳辐射光压在南、北半球的不平衡分布是引起地球自转速度年变化的主要原因.

地球自转速率对海平面纬向变化影响的初步研究

本文采用了太平洋地区内近３００个验潮站的海平面观测资料，计算了不同纬度带平均海平面的年际变化与地球自转速率年际变化之间的相关性．利用简化的地球海洋模型，从理论上定性地讨论了地球自转速率变化影响海洋纬向运动的可能物理机制．

地球自转速率变化对地震诱发作用研究

以全球范围内1973-01-01—2012-12-30日里氏7.0以上地震为研究对象,引入有限离散函数微商,并定义了评估地震活跃性的数值R,根据IERS提供的日长数据,从新的角度分析了地球自转速率变化对地震的诱发作用:1)地震发生在d LOD^2/d MJD极值点以及零值点的几率远大于随机理论几率,表明日长变化速率变化快以及正负交换时会诱发地震的发生;2)地震活跃性呈现周年、近6 500天周期,这与日长大振幅周年、18.6年周期相对应。

用GPS观测资料解算地球自转参数的方法及影响因素分析

研究利用GPS观测资料解算ERP参数的方法。首先,利用全球近100个均匀分布、站址稳定的IGS测站的GPS观测数据解算地球自转参数,并将其与IGS相应产品进行比较,结果显示该解算方案可靠。其次,从实验数据和数理表示方面分析ERP参数解算过程中的轨道约束方案、先验ERP信息、站坐标数量对解算精度的影响,给出一些提高ERP参数解算精度的建议:对ECOM光压模型9参数中径、法向(D、Y)4个周期项采取相对宽松约束、随机脉冲参数采取紧约束,解算效果更佳;降低ERP先验信息对解算精度的影响,重点在于提高UT1-UTC的预报值精度;利用100个跟踪站数据解算,可达到解算效率和解算质量均最佳的效果。

小波变换应用于日长变化的研究进展

随着空间测地技术的发展,日长变化的观测资料已经达到了空前高的程度,迫切需要合适的数学工具和方法从这些高精度的观测资料中提取有价值的信息.近些年,小波变换被应用于天文学和地球科学的资料分析中,它通过伸缩和平移等运算对时间信号进行多尺度的细化分析,从中提取有效的信息.本文主要介绍了小波变换应用于日长变化的研究进展,并初步探讨该领域以后的研究方向.

利用区域网GPS/BDS数据确定地球自转参数

地球自转参数是卫星轨道确定、深空探测器导航等的重要基础数据,是联系天球坐标系和地固坐标系不可缺少的物理参数。本文针对我国自主确定地球自转参数时,需要回答其精度和可靠性问题,提出利用区域网GPS/BDS数据确定极移、日长变化等地球自转参数估计方法,详细推导了地球自转参数偏导数的计算公式。利用2013年6月我国陆态网27个分布均匀的GPS基准站数据获得了地球自转参数的估计结果,并利用MGEX网BDS数据进行了地球自转参数确定的初步试验。计算表明:由我国陆态网数据可获得极移X、Y分量的精度约0.294mas和0.398 mas,日长变化精度约0.112 ms/d。由MGEX网BDS数据自主确定的极移X、Y分量精度约0.923 mas和1.017 mas,低于陆态网GPS数据的解算结果,日长变化精度约0.055 ms,优于陆态网GPS数据的解算结果。利用区域网GPS/BDS确定的极移参数存在明显的系统性偏差,而日长变化的系统性偏差较小。研究成果为我国自主确定地球自转参数提供了有益的参考和借鉴。

同ENSO现象相关联的日长亚季节变化

本文利用小波分析方法研究了地球自转日长亚季节近50天和近120天周期变化的时频特征．结果表明，日长近120天周期变化及近50天周期变化的振幅具有明显的年际变化．ENSO事件发生之前，日长近50天周期变化加强，进入ENSO时期，逐渐减弱，成为ENSO产生的先兆之一，同时，日长近120天周期变化显著增强80年代，日长近50天周期变化明显发生了两次周期分岔分岔的一种趋势经历了一个周期延长的过程，收敛于ENSO时期增强的近120天周期变化，该过程不仅与ENSO现象相关联而且可能受到近10年波动的调制作用.同时证实了日长近120天周期变化及近50天周期变化的激发机制主要是同频段的大气环流变化所导致。

样本输入方式对极端学习机预报日长变化的影响

针对极端学习机(Extreme Learning Machine,ELM)用于日长(Length-Of-Day,LOD)变化预报过程中,样本输入方式对预报结果的影响进行了研究。采用跨度、连续和迭代3种样本输入方式对日长变化进行预报。结果表明,不同的样本输入方式对预报结果有很大影响,样本按跨度输入的预报精度最低;样本采用连续输入方式在短期和中长期预报中预报精度较高,但计算速度较慢,较适合中长期预报;样本按迭代输入方式的短期预报精度稍优于连续输入方式,而中长期预报精度则不如连续输入方式,但具有较高的预报效率。这对于日长变化的实时快速预报有着较高的现实意义。

地球自转速度季节性变化的主要原因解析

近二百年来,国内外天文学家和地球物理学家对地球自转速度变化这一自然现象给予了极大的关注.从地球内部(包括大气层)的不同层次、不同角度探讨这一自然规律的成因.人们最初把它看的非常简单,随着时间的推移,进一步更加仔细的研究和更先进计算手段的运用,该课题则显得更为复杂,更加神秘.造成这种局面的原因是研究方向错了.本文的研究思路与传统的研究思路相反,从地球外部探讨地球自转速度变化的主要原因.研究结果证明:国内外天文学家和地球物理学家从地球内部(包括大气层)所探讨的引起地球自转速度季节性变化的任何因素看来都不是主要的,太阳辐射光压在南、北半球表面上的不平衡分布才是造成地球自转速度季节性变化的主要原因.

日长的十年尺度变化研究

用高精度的日长资料和由人卫激光测距（ＳＬＲ） 解算出的地球引力场系数Ｊ２ 的变化序列ΔＪ２ ，证明地球各圈层的物质迁移对日长１０ 年尺度变化贡献仅占日长１０ 年尺度变化的４ ％ ，可以忽略；认为１０ 年尺度变化主要来源于地球各圈层的内力矩或相对角动量部分。

全球山脉力矩时空变化及其与地球自转的关系

山脉力矩是大气轴向角动量变化的主要外部因子之一,是研究地球运动和大气相互作用的关键变量。利用NCEP/NCAR第一套再分析资料计算了1948—2011年的全球山脉力矩,定量分析了全球山脉力矩的时空变化趋势及其与地球自转速率(以日长表示)的关系。研究表明,近64年山脉力矩变化最为显著的地区集中在青藏高原和南美的安第斯山脉,青藏高原东西两侧的山脉力矩具有不同的变化趋势。滞后相关分析显示,全球山脉力矩与日长的相关系数在日长滞后5年时达到最大(滞后相关系数为-0.482),而南美安第斯山和青藏高原的山脉力矩则分别于日长滞后2年和9年时达到最大(滞后相关系数分别为-0.461和-0.689),因此山脉力矩的变化早于日长变化。从年代际变化看,全球积分的山脉力矩和南亚高压强度指数趋势上基本一致,可以作为表征天气、气候变化的一个强信号。

大气和带谐潮汐对日长高频变化的影响

用国际地球自转服务提供的高精度日长序列ΔLOD(IERS(EOP99C04),和由美国国家环境预报中心(NCEP)对过去的气象资料进行重新分析和计算,提供的轴向大气角动量序列(AAM)来研究大气和带谐潮汐对地球自转变化(ΔLOD)中高频振荡激发的贡献。由Multitaper功率谱分析表明,ΔLOD序列在9.13d(天)、13.63d、13.66d、27.55d周期时呈现出比较强的谱峰,这些谱都在95%的显著性水平以上,有比较强的信噪比。从ΔLOD和AAM之差值序列谱分析结果及地球带谐响应系数k的估计,表明大气不是ΔLOD的高频变化的主要激发源。根据理论潮汐周期可知,有可能存在其它的激发源,如海洋对地球自转变化的激发。这还有待于进一步深入探讨。