負荷潮（load tide）又稱載荷潮。月亮和太陽的起潮力同時是海潮、大氣潮和固體潮的驅動力，地面上觀測到的固體潮除了包括地球對起潮力的直接回響外，還包括地球對海潮和大氣潮的回響。地球對海潮和大氣潮的回響稱為地球的負荷潮。因為地球的固體潮、海潮和大氣潮都來源於起潮力，因而地球的固體潮及其負荷潮的譜線完全相同。
基本介紹
- 中文名：負荷潮
- 外文名：load tide
- 含義：地球對海潮和大氣潮的回響
- 套用領域：地震科學
負荷潮的觀測,負荷潮的計算探索,計算海潮負荷潮的方法,計算海潮負荷潮的格林函式方法,計算海潮負荷潮的積分格林函式方法,
負荷潮的觀測
最早用於地球固體潮觀測的儀器是傾斜儀，本世紀初歐洲地區的地傾斜固體潮觀測結果表明，同一地點的南北向和東西向地傾斜固體潮潮汐因子不一致，並且它們的地理分布有明顯的地區特點，沿海地區的潮汐因子與內陸地區的潮汐因子差別很大。當時就猜測產生這種現象的原因可能是海潮負荷，自1957年地球物理年以後，隨著固體潮觀測儀器精度的提高以及固體潮觀測資料的積累，證明了地球對海潮負荷產生回響，地球對海潮負荷的這種回響後來就稱為海潮負荷潮。在沿海地區海潮負荷潮非常顯著，負荷潮的幅度可能接近或者超過固體潮本身，在一般情況下在沿海地區重力負荷潮約占重力固體潮的10%，應變負荷潮約占應變固體潮的25%，地傾斜負荷潮約占地傾斜固體潮的90%，即使在大陸內部海潮負荷潮在固體潮觀測結果中也可占固體潮的百分之幾，因而在解釋固體潮的觀測資料時，如何將地球的固體潮及其海潮負荷潮分開是一項十分重要的工作。
固體潮觀測結果至少包括以下三方面的信息：
- 球狀分層均勻地球模型對起潮力的回響；
- 地球對海潮和大氣潮的回響，其中主要是海潮負荷潮；
- 地殼和上地幔的橫向不均勻的影響。
負荷潮的計算探索
計算和觀測都表明，球狀分層均勻地球模型的固體潮對地球模型內部的力學參數變化反應非常不靈敏，因而很難利用固體潮觀測結果建立或修正地球模型內部力學參數的分布。一般的做法是根據地震、地球自由振盪以及其他地球物理資料建立起來的地球模型，計算該模型對起潮力的回響，計算出它的勒夫數、建立地球固體潮模型。把球狀分層均勻地球模型的固體潮模型作為正常固體潮，看成固體潮的觀測背景，固體潮觀測諧波與正常固體潮諧波的矢量差等於負荷潮諧波與地殼和上地幔橫向不均勻的影響。地球的負荷潮決定於海潮分布以及地球本身的內部結構，因而海潮負荷潮包括全球海潮和地球內部結構特別是地殼和上地幔的結構的信息；20年代末曾有人企圖利用海潮負荷潮的觀測結果反演海潮結構，但這並未發展為反演成海潮圖的有效方法，全球海潮結構還是由根據海潮觀測資料建立起來的海潮模型描述。
海潮負荷對固體潮的影響來自以下三個方面：
- 海潮的漲落使得全球大地水準面上的海水質量將隨時間波動，這種海水質量的重新分布使得地面上任一點的重力矢量發生變化，對與重力矢量有關的固體潮產生影響；
- 大地水準面上的海水質量的重新分布使得作用在地球表面上的負荷將隨時間變化，地球在此種表面負荷的作用下將發生形變，對地面上可觀測到的固體潮產生影響；
- 地球在海潮負荷作用下產生形變，改變了地球內部的密度分布，進一步引起地面上任一點的重力矢量發生變化，隨之對與重力矢量有關的固體潮產生影響。
只要知道海潮圖，根據海水質量隨著時間的分布，按照萬有引力定律用數值積分的方法，可以計算第一種因素在地面上任意點產生的負荷潮。要想計算第二、第三種因素產生的負荷潮，需要計算該地球模型對面負荷的回響，一般首先計算出地球模型對單位點源面負荷的回響，然後根據海潮圖用數值積分的方法計算全球海潮在地球上任一點產生的負荷潮。
70年代末、80年代初什維德斯基（Shwiderski）把海潮觀測資料作為限制條件，利用大型計算機解拉普拉斯潮汐方程式，建立了全球海潮模型，給出了主要日波、主要半日波以及月亮的半月波的海潮圖。什維德斯基本人稱M2諧波海潮圖的精度可達5cm，整個海潮的預測精度可達10cm。什維德斯基海潮模型提供了一種較好的描述全球海潮的海潮圖。既然有了描述海潮的海潮圖，即認為某種程度上已經知道全球的海潮分布，就可以把海潮看成作用在地球表面上的已知負荷，根據海潮圖計算選定地球模型對已知海潮負荷的回響，計算海潮負荷潮的空間分布。固體潮觀測諧波與正常固體潮諧波和負荷潮諧波的矢量差可稱為固體潮異常，研究固體潮異常的空間分布是固體潮觀測的重要目的之一。
60年代初芒克（Munk）等人為了描述地球模型對其面負荷的回響，引進了負荷勒夫數的概念，60年代後期朗曼（Longman）計算了高至千階的負荷勒夫數。70年代末期法雷爾（Farrell）計算了G-B地球模型的更高階、直至無窮大階的負荷勒夫數，在此基礎上計算了該模型對單位點源面負荷的回響，得出負荷格林函式，提出了計算負荷潮的格林函式方法。格林函式方法已發展成計算負荷潮的一種主要方法。
計算海潮負荷潮的方法
計算海潮負荷潮的格林函式方法
根據給定地球模型的點源面負荷格林函式，可以計算出球面上任意負荷在地面上產生的重力變化、地傾斜變化和應變變化。海潮圖給出了海潮負荷在地面上的空間分布，因而根據海潮圖利用點源面負荷格林函式可以計算出該海潮分波在地面上任一點產生的負荷潮。
計算海潮負荷潮的積分格林函式方法
在利用格林函式方法根據海潮圖計算海潮產生的負荷潮時，需要在球面上完成海潮的潮高和負荷格林函式的卷積，這種球面上的數值積分需要較大的計算工作量；為了克服這種計算方法的缺點，可以首先完成負荷格林函式的積分，利用積分負荷格林函式，可以用代數運算計算海潮產生的負荷潮。
