利用GPS观测中国大陆固体地球潮汐形变

利用中国陆态网242个GPS连续观测站超过10年的观测数据,采用精密单点定位静态方法获得了八个主要潮波的三维潮汐位移.与建模值对比结果表明,GPS观测潮汐位移的精度可达亚毫米级.进一步将GPS观测值与OTL(Ocean Tide Loading)建模值对比,除DTU10外其他七种海潮模型与GPS观测值之间一致性较好.综合考虑验潮站观测结果,最适合中国大陆M2、O1潮波OTL建模的海潮模型是TPXO9-Atlas,地球模型为PREM.本研究还发现,M2、O1潮波GPS观测值与建模值之间的残差存在明显的大尺度空间相关性,表明中国地区存在固体潮建模误差等系统误差.本文对198个离海岸线距离超过200 km的内陆站点的系统误差进行分析,改正系统误差后内陆站点东、北和垂直方向加权均方根误差(Weighted Root Mean Square,简称WRMS)分别为:0.04 mm、0.07 mm和0.11 mm(M2),0.05 mm、0.07 mm和0.11 mm(O1);44个沿海站点WRMS分别为:0.18 mm、0.27 mm和0.59 mm(M2),0.10 mm、0.16 mm和0.30 mm(O1).部分沿海站点仍存在较大残差,主要源于海潮负荷位移建模误差,除海潮模型外还包括海水密度、地球模型、上地幔和地壳模型等因素影响.本文首先使用最新WOA(World Ocean Atlas)18海洋数据集计算海水密度和可压缩性的影响,结果表明中国内地OTL建模对海水密度变化和可压缩性并不敏感.其次,软流圈滞弹性散耗效应可使半日潮软流圈的剪切模量降低约8.5%,周日潮软流圈的剪切模量降低约9.1%,考虑滞弹性散耗效应,M2、O1潮波垂直方向上残差最大可分别减小0.50 mm、0.25 mm.最后,本文利用GPS实测数据对四种三维地球模型进行了适用性评价,结果表明除USTC地球模型受沉积层影响外,其他三种地球模型都能有效提高GPS观测结果与理论建模结果的一致性;另外全球地壳模型CRUST1.0与GPS观测值之间的残差最小,说明中国大陆海潮负荷建模精度受地壳结构精度影响较大.本文研究结果证明现今中国大陆GPS观测潮汐位移的结果已经具有足够的精度用于约束该区域地球内部结构.

固体潮模型在GPS/BDS PPP中的影响分析

针对固体潮改正模型对GPS/BDS精密单点定位(PPP)的影响问题,借助IERS2003固体潮改正模型分别对GPS、BDS-2、BDS-3、BDS-2+BDS-3、GPS+BDS-2+BDS-3定位结果进行定量分析。结果表明,固体潮改正模型使GPS、BDS-2、BDS-3、BDS-2+BDS-3、GPS+BDS-2+BDS-3的PPP结果在N、E和U方向的平均改正量分别为1.06 cm、1.01 cm、3.77 cm,0.87 cm、1.09 cm、3.48 cm,1.30 cm、1.32 cm、5.29 cm,1.45 cm、1.85 cm、6.37 cm以及1.71 cm、1.83 cm、6.41 cm。

Time and space analysis of two earthquakes in the Appennines (Italy)

In this paper, we study two earthquakes: the April 6th 2009 earthquake of L’Aquila in the region of Abruzzo (Italy) and the 1997 Colfiorito earthquake in the regions of Umbria and Marche (Italy). The data sets of these two earthquakes were analysed in both time and space domains. For time domain we used statistical methods and models both parametric and non-parametric. Concerning the space domain, we used Mathematical Morphology filters. The time domain analysis provides evidence of a possible correlation between seismic activities and the tides of the crust of the Earth. The results obtained show evidence that the daily number of earthquakes of the sequences proceeding and following the April 6th 2009 earthquake of L’Aquila and that of the sequence following the 1997 Colfiorito earthquake have a periodic component of occurrence with period of about 7 days. It seems that the maxima of this component occur at a position of the Moon with respect to the Earth and the Sun corresponding to approximately 3 days before the four main Moon phases. The space domain analysis indicates that the foreshock activity in both earthquakes is clustered and concentrated. Furthermore, in each of the two earthquakes the clusters are located at about 3 kilometers from the epicentre of the main shock.

武汉台重力潮汐长期观测结果

采用武汉台超导重力仪(SG C032)14年多的长期连续观测资料,研究了固体地球对二阶和三阶引潮力的响应特征,精密测定了重力潮汐参数,系统研究了最新的固体潮模型和海潮模型在中国大陆的有效性.采用最新的8个全球海潮模型计算了海潮负荷效应,从武汉台SG C032的观测中成功分离出63个2阶潮汐波群和15个3阶潮汐波群信号,3阶潮波涵盖了周日、半日和1/3日三个频段.重力潮汐观测的精度非常高,标准偏差达到1.116nm·s-2,系统反映了非流体静力平衡、非弹性地球对2阶和3阶引潮力的响应特征.结果表明,现有的武汉国际重力潮汐基准在半日频段非常精确,但在周日频段存在比较明显的偏差,需要进一步精化.对于中国大陆的大地测量观测,固体潮可以采用Dehant等考虑地球内部介质非弹性和非流体静力平衡建立的固体潮理论模型或Xu等基于全球SG观测建立的重力潮汐全球实验模型作为参考和改正模型,海潮负荷效应应该采用Nao99作为改正模型.

海潮模型的比较及海潮对地球自转变化的影响

近年来，由于卫星测高工作的开展，提供了丰富准确的观测资料，产生出许多新的海潮模型。这些海潮模型的相互比较为研究海洋的精细结构、海潮的动力学、地球动力学提供了依据。另一方面，由现代空间技术和新方法来监测地球自转中的高频变化研究领域也有长足的进展。用这些技术可检测出地球自转中的周日和半日变化，其中高频变化的一种重要激发源就是海潮。这是由于引潮位引起海洋的流速和高度的变化，从而激发地球自转的变化一般来说，海潮影响地球自转的高频变化有两种不同的激发机制。地球的惯性张量的变化即质量项，它对应于潮高，而运动项对应于潮流。许多研究表明，从测地技术测定的地球自转中的高频变化和从海潮模型预报的周日和半日潮波变化符合得很好。综合性地评述了近几年国际上海潮对地球自转中周日以下的高频变化影响的最新进展，同时也简要介绍地球自转变化中周日以下的高频变化与海潮模式中的周日和半日变化比较的结果。另外也提出了需解决的一些问题。

中国大陆精密重力潮汐改正模型

利用理论和实验重力固体潮模型,充分考虑全球海潮和中国近海潮汐的负荷效应,建立了中国大陆的精密重力潮汐改正模型.结果表明,采用不同的固体潮模型会对重力潮汐结果产生相对变化幅度小于0.06%的差异;在沿海地区海潮负荷的影响约为整个潮汐的4%,而中部地区约为1%,其中中国近海潮汐模型的影响约占整个海潮负荷的1 0%,内插或外推潮波的负荷约占海潮负荷的3%.通过比较实测的重力数据表明,本文给出的重力潮汐改正模型的精度远远优于0.5×10^(-8)m·s^(-2),说明了本文构建的模型的实用性,可为中国大陆高精度重力测量提供有效参考和精密的改正模型.

佘山台倾斜固体潮观测的海潮负荷改正

采用FARRELL的负荷理论以及最新的TPXO6海潮模型和中国近海潮汐资料计算了海潮负荷对佘山台倾斜固体潮的影响,采用BAYTAP-G调和分析软件对佘山台倾斜固体潮观测进行了处理,获得不同潮波的潮汐参数。在此基础上进行海潮负荷改正。负荷改正后,东西分量的振幅因子和相位滞后与理论值较为接近,而南北分量的半日波振幅因子与理论值仍有较大的偏离。结果说明,佘山台倾斜东西分量主要受海潮负荷的影响,超过60%,甚至达到96%(O1);而南北分量受到的非潮汐的影响要比东西分量受到的影响大,如N2波甚至高达70%,但是这也可能是和海潮模型在近海的不精确有关。

球状径向不均匀弹性地球模型的固体潮应力

利用Alterman提出的方法 ,导出了计算该地球模型内部固体潮应力的方法 ,作为计算实例 。

海岛重力测量负荷改正及其影响因素分析

利用927工程海岛绝对重力测量数据,研究了海潮负荷改正计算软件、海潮模型以及地球模型三因素对绝对重力海潮负荷改正的影响。根据计算结果,观测期间由不同海潮负荷计算软件造成的海潮重力值差异可达5.985 7μGal,不同海潮模型的差异可达2.532 7μGal,不同地球模型的差异可达5.928 3μGal。结论认为,在海岛绝对重力测量数据处理中,必须充分考虑以上因素造成的海潮负荷改正差异。

固体潮研究进展

本文较全面的叙述了固体潮学发展的历史及其基本原理、基本方法和基本研究内容阐明了这一学科的研究现状及存在问题。分析了其发展趋势和方向。

均匀弹性地球模型内部固体潮应力场的数值计算

地球内部各个质点在月亮和太阳的起潮力作用下产生的位移矢量不同 ,在地球内部形成固体潮应变场和应力场。在研究固体潮与地震的关系时 ,需要知道固体潮应力场的时空分布。球状弹性均匀地球模型是地球的一级近似 ,本文给出计算该地球模型固体潮应力场的计算方法。

中国及邻区重力合成潮汐参数

采用固体潮理论模型值和由最新的TPXO7海潮模型以及中国近海潮汐资料计算的海潮负荷效应,构制了中国及邻区的高分辨率的重力合成潮汐参数;并将合成结果与国家地震台网的重力观测值和武汉超导重力仪观测值以及香港台最新观测结果进行了比较.结果表明,振幅因子的平均差异小于0.005,相位差的平均差异小于0.5°;观测结果与合成结果之间的差异与重力观测仪器有关,高精度的超导重力仪观测结果与合成参数更加一致;重力合成潮汐参数是观测值很好的模拟.本文结果可为绝对重力测量等地表和空间大地测量提供固体潮改正模型,也可为没有实施观测的广大区域提供有效潮汐参数.

南极中山站重力潮汐观测的海潮负荷效应

综合分析了LaCoste Romberg (LCR)ET2 1高精度弹簧重力仪 1 998年 1 2月 2 6日至 2 0 0 0年 1月 9日在南极中山站的重力潮汐观测资料 ,采用目前普遍使用的Schwiderski、Csr 3.0和Fes96.2全球海潮模型研究中山站重力潮汐观测的海潮负荷改正问题。结果表明在南极地区 ,目前的海潮模型存在较大的不确定性 ,还不足以精密确定该区域的海潮负荷改正。经海潮改正后 ,重力潮汐观测结果与潮汐理论值之间还存在比较大的差异 ,观测的周日 (O1 )和半日(M2 )潮波重力振幅因子与相应的理论值之间的平均偏差分别为 3.8%和 7.8%。南极地区附近海域海冰的变化将导致该地区海潮负荷响应非常明显的季节性系统变化。

由PREM模型参数计算地球自转的周期变化

弹性地球在日月引潮力势作用下的形变引起其转动惯量的改变，从而导致地球自转速率的变化．本文利用PREM地球模型所给的物质密度和弹性等参数分布．计算日月引潮力势产生的地球形变附加势，进而计算转动惯量的变化．最后得到一系列包含周期同引潮势带谐项、振幅大于1微秒的自转速率周期变化系数．

不同模型下海潮负荷对高精度GPS测量的影响

以中国内陆和沿海IGS站为例，分别采用FES2004海潮模型、NA099b海潮模型以及不同的地球模型计算海潮负荷对测站位移和基线长度的影响。结果表明，海潮负荷对测站位移的影响可达cm级，主要体现在U方向，沿海地区约为内陆地区的3～4倍；不同海潮模型之间的差异在沿海地区达到mm级，而不同地球模型之间的差异很小，可以忽略；海潮对GPS基线长度的相对影响约为10～。海潮负荷对基线分量影响的规律和测站类似，大小在mm级，对天顶延迟测定的影响在沿海地区可达1cm。

北京重力地球潮参数和重力仪力学特性的测定

根据北京白家疃测站８台ＧＥＯ潮汐重力仪对比观测的资料，采用标准线性体流变模型模拟重力仪及记录系统的力学特性，计算各台仪器的格值改正系数、主潮汐波的振幅衰减系数和相位滞后；确定北京重力地球潮的振幅因子δ和相让滞后为δ（Ｍ２）＝１．１７８４，δ（Ｏ１）＝１．１８０４，δ（Ｍ２）／δ（Ｏ１）＝０．９９８３，（Ｍ２）＝０．０７°，（Ｏ１）＝０．１０°．

基于一种新智能优化算法与谱相关方法对重力固体潮的分析

根据月球与太阳相对于地球位置的关系,建立一个三维正交分解模型来揭示重力固体潮中包含的谐波成分。在此基础上,提出一种基于单形邻域与多角色进化策略智能优化算法的独立分量分析方法,用以提高算法效率和全局寻优能力;并结合谱相关方法,对重力固体潮观测数据进行处理和分析,观察其频域和时域的变化。最后引入理论信号和理论计算值作为参考背景,以凸显其异常变化特征。研究表明,利用该方法可以有效地反映出重力固体潮潮汐的日波、半日波、长周期波等特征。同时,发现重力固体潮潮汐的异常变化中隐含有地震前兆信息,通过对云南地区观测数据的分析,在排除测量误差和环境影响外,发现在地震前2~5个月内,重力固体潮的长周期波均呈现出规律性的异常变化。这反映出地震的前兆异常信息,可能对地震时间和地点的预测提供依据。

基于差分进化算法的重力固体潮信号独立分量分析

为了提取出重力固体潮信号中的独立谐波成分,基于地球自转与月球、太阳相对于地球轨道变化的正交关系建立一个天体间引潮力的分解模型.为了实现对三者所产生的潮汐谐波的分解,将差分进化算法用于独立分量分析中,用以提高整个算法的效率,改进实验的观测精度,从而更有效的得到与该模型相一致的独立成分.实验中,对昆明地区的实测信号进行了处理并与理论值进行了对比,结果表明,该方法可以将重力固体潮信号中各潮汐谐波分量间关系揭示出来且与分解模型相对应,各分量所含的频谱信息与理论值相一致,说明该方法是一种有效的、对重力固体潮信号进行独立分量分析的新方法.

基于谱-有限元法的SNERI地球模型固体潮形变计算

基于谱-有限元法计算一个球型、非自转、完全弹性、各向同性(SNERI)的地球固体潮形变,其中地球固体部分潮汐形变的弱解用哈密顿变分原理给出,液核部分的弱解采用静态中性分层的流体近似。计算过程中把SNERI地球进行等间距球层剖分,球面上对解函数和试探函数采用球谐展开,径向上采用线性插值。比较数值计算结果与同质地球模型的解析解结果得出,1km径向等距剖分即可获得10-8精度量级的低阶Love数。基于PREM地球模型的计算结果表明,谱-有限元法计算的固体潮2~3阶Love数与Runge-Kutta法的计算值差异在10-4量级;与武汉台超导重力仪8个主潮波的实测重力潮汐因子相比,本方法计算的理论重力潮汐因子相差平均约0.15%。研究结果说明,谱-有限元法具有较好的收敛性与较高的计算精度,比传统Runge-Kutta法更适用于高精度地计算复杂地球模型的固体潮形变。

青岛台站重力固体潮和海潮负荷特征研究

选取青岛台站2012-01~2013-02gPhone重力仪连续观测资料进行预处理和调和分析,获得其重力潮汐参数,并选取8个全球海潮模型对O1、K1和M2潮波进行海潮负荷改正。结果表明:1)8个主要潮波调和分析的振幅因子标准差均在2.6%之内,与理论潮汐模型值的差异也在3.0%之内;2)利用海潮模型对O1、K1和M2潮波进行改正能有效地降低残差矢量,观测残差负荷改正的有效性大致分布在30%~75%,全球海潮模型对青岛台站主要潮波的海潮负荷改正差别不大。