GPSOBP和GRACE估计地球动力学扁率变化及其地球物理激发.PDF

2012 年 第 57 卷 第 36 期：3484 ~ 3492 《中国科学》杂志社 论 文 SCIENCE CHINA PRESS GPS, OBP 和GRACE 估计地球动力学扁率变化及其 地球物理激发 ① ①② 金双根 , 张兴刚 ① 中国科学院上海天文台, 上海 200030; ② 中国科学院大学, 北京 100049 E-mail: sgjin@ 2012-05-11 收稿, 2012-09-05 接受 国家重点基础研究发展计划(2012CB72000)、国家自然科学基金、上海浦江人才计划(11PJ1411500)和中国科学院知识 创新工程重要方向项目(KJCX2-EW-T03)资助 摘要 行星地球是一个旋转的扁椭球体, 其动力学扁率( 即J )变化主要由地球系统物质流动和 关键词 2 各圈层相互作用引起. 目前国际上地球动力学扁率测定主要用卫星激光测距(SLR)资料得到, 地球动力学 然而SLR 地面观测台站少, 南北半球分布不均, 且不是连续观测, 以及受动力学模型和常数等 扁率 影响. 尽管新一代重力卫星(GRACE)观测大大提高了地球重力场球谐系数低阶项一两个数量 GPS GRACE 级, 但对二阶项C20 不敏感. 本文利用全球连续GPS 观测得到的地表负荷位移估计地球动力学 地球物理激发 扁率J , 并联合GPS 与海底气压(OBP) 以及OBP 和GRACE 资料分别估计地球动力学扁率J , 2 2 比较和分析地球动力学扁率多尺度变化特征及其机理. 结果发现GPS 单独估计结果振幅偏小, GPS+OBP, GPS+OBP+GRACE 和GRACE 估计J2 周年变化与SLR 结果非常接近. 而J2 半周年 变化, GRACE 估计相对较差, 主要由于GRACE 资料处理没有很好扣除约161 天的S2 潮汐影 响. 另外, GPS+OBP 和GPS+OBP+GRACE 估计J2 季节内和年季变化与SLR 结果较一致, 而 GRACE 和GPS 单独估计结果与SLR 结果偏差较大. 并进一步利用地球物理模型资料研究对 J2 变化的贡献, 结果表明, 地球动力学扁率J2 季节性、季节内和年季变化主要由大气、海洋和 陆地水地表流体质量重新分布和迁移激发. 旋转的行星地球在万有引力和离心力作用下, 形 和研究其变化特征以及理解其机理具有重要意义. 成一个南北极方向略扁和赤道方向稍长的旋转扁椭球 自从人造地球卫星上天, 大大提高了测定地球 体, 其动力学扁率通常用物理量 J2 表示. 由于地球内 动力学扁率的精度. 例如, 美国 NASA 在 1976 年以 部物质运动和全球气候变化等影响, 导致地球表面大 及 1992 年与意大利合作分别发射激光地球动力学卫 气、海洋和陆地水等流体质量在时间和空间尺度上重 星LAGEOS- Ⅰ和LAGEOS- Ⅱ. 利用卫星激光测距资 新分布和运动, 引起地球主转动惯量矩和地球自转角 料对 LAGEOS- Ⅰ和LAGEOS- Ⅱ卫星精密定轨可反 速率发生变化, 进而引起地球动力学扁率 J 变化, 演得到重力场球谐函数系数, 如二阶带球谐函数系