《三軸分層地球自轉的章動、極移和日長變化研究》是依託武漢大學，由申文斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：三軸分層地球自轉的章動、極移和日長變化研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：申文斌
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
地球自轉涉及大地測量學、地球物理學、天文學和地球動力學等多個學科，與地球系統物質遷移、地球動力學過程、地球環境及氣候變化等密切相關，是建立和維持全球參考框架的基礎。隨著觀測精度的提高以及科學研究及套用的需要，傳統的旋轉對稱地球自轉理論已顯示出在某些方面的不足，建立高精度的三軸地球自轉理論正是一個順應技術不斷更新、觀測精度越來越高的具有挑戰性的課題。本課題的主要研究內容：利用最新重力場模型以及地球自轉觀測數據確定地球及內外核的慣性矩張量，確定三軸分層地球參數；顧及三軸分層地球各圈層之間的耦合作用（包括電磁耦合、引力耦合和壓力耦合），推導對應於三軸分層地球的Liouville方程，確定相應的自轉本徵模；確定三軸分層地球章動轉換函式，建立三軸分層地球章動序列；確定三軸分層地球的極移轉換函式，研究大氣、海洋、陸地水以及核心晃動和超速旋轉等動力學過程對極移和日長變化的影響。
結題摘要
隨著現代衛星大地測量和地震波層析成像技術的發展，地球整體以及各圈層內部的物質橫向不均勻性的重要性也逐漸為人們所認知。物質橫向不均勻會使地球的兩個赤道轉動慣量不相等，也就是通常所說的三軸地球。深入研究三軸性對地球自轉的影響，建立高精度的三軸地球自轉理論，給出更接近實際的地球自轉狀態，可更好地把握地球自轉規律，解釋多種與地球自轉相關的自然現象，並滿足相關領域科學研究與實際工程套用的需要。本課題基於相關模型、公式和多源大地測量數據研究了三軸地球自轉問題，主要的研究內容和成果如下：（1）基於全球重力場二階球諧係數與地球主慣性矩的嚴密轉換模型，利用GRACE時變重力場系列模型及SLR提供的低階位係數，確定了時變地球主慣性矩及主慣性軸指向的變化規律，結果表明利用不同重力場模型計算的地球轉動慣量的差異主要來自於冰後回彈等長期大規模質量遷移所帶來的效應；依據地表密度模型CRUST2.0，估算了地殼各圈層對於地球整體赤道轉動慣量差異的貢獻，結果表明地殼的橫向不均勻性的量級足以解釋地球的三軸性，但貢獻的符號相反，說明地球深部的貢獻也不容忽視；（2）給出了適用於考慮地球整體三軸性的歐拉-劉偉爾動力學方程，並對其中的相關參量進行了討論，給出了三軸兩層地球自由核章動的解析公式；基於線性常微分方程組的解的理論，給出了適用於含複數糅變參量的歐拉-劉偉爾方程的本徵模的求解公式，並指出本方程的四個特徵值分別對應於兩個主要本徵模運動CW和FCN；研究了地幔的橫向不均勻性對於地球的糅變參量的影響，並進一步研究了地幔橫向不均勻性對於受迫章動的影響，表明地幔橫向不均勻性對於受迫章動的影響在1μas；利用對應於三軸兩層地球模型的歐拉-劉偉爾動力學方程，將地球周日受迫極移對於激發函式的回響表述為其對同頻激發函式和反頻激發函式的回響之和，結果表明三軸性使得地球的極移對於激發函式的回響不只限制於同頻回響，還存在反頻回響。（3）建立了三軸地球的頻率依賴回響理論，導出了頻率依賴的極移轉換函式及相應的極移模型；系統研究了大氣和海洋等質量遷移和運動導致的極移，結果表明，大氣和海洋對極移的激發，在不同頻段貢獻不同；融合不同國際機構發布的地球物理流體模型建立了與極移觀測更加吻合的新地球物理流體模型，並通過比較基於不同模型的地球物理激發與觀測激發的周年項，驗證了該模型及頻率依賴回響極移理論的正確性。
