地球表层物质非均匀分布对地球动力学扁率的贡献.pdfVIP

第26卷第4期 天文学进展 V01．26，No．4 PROGRESSIN 2008年12月 ASTRONOMYDec．，2008 文章编号t1000-8349(2008)04-0360-09 地球表层物质非均匀分布对 地球动力学扁率的贡献 刘 宇1，一，黄乘利1 (1．中国科学院上海天文台，上海200030；2．中国科学院研究生院，北京100039) 摘要：全球动力学扁率(日)是研究地球自转与岁差的—个重要物理量．由对岁差的观测有Hob8= 0．0032737≈1／305．5．该文依据内部场理论重新计算了流体静平衡态下的地球内部几何扁率剖 面，结果与Denis(1989)的结果相吻合．该文还推导了三阶扁率精度下日的计算式，并计算出 在1％的差别。为了研究这个差别的来源。该文将PREM模型中均一的上地壳层与海洋层替换为 观测值．此结果说明来自于地幔及更深处质量异常引起的正面影响可能要比先前预期的高，并为地 壳均衡理论提供了间接的证据． 关键词·天文地球动力学；动力学扁率；内部场理论；地壳均衡 中图分类号：P542 文献标识码。A 引 言 全球动力学扁率(Ⅳ)是研究地球旋转的1个重要物理量．日月岁差、主章动(18．6年项) 和倾斜模(til“overmode)等都和它相关．其定义如下， 日=—C-—(A广+B)／2 收稿日期：2008-03-06I修回日期。2008-03-24 4期 刘宇，等t地球表层物质非均匀分布对地球动力学扁率的贡献 361 这里A，B和C是地球的3个主轴惯量： B=f(z2+x2)砸y， A=／(可2+Z2)pdV， Jt， c=x2+y2)闪y． 式中，z、Y、z为盲角坐标，P为密度，C，dy为体积分．由天文岁差观测，日的值约为 文将讨论两种结果之间存在的1％的差别。 在PREM模型中引入地幔对流可能引起的大尺度质量异常，发现这样可以得到与观测值一 致的理论结果【31．另一个得到广泛接受的观点是这个差别是由地球并不处于流体静平衡态 (hydrostatic 对其周围部分产生一个非零的弹性力，这可导致真实的地球偏离流体静平衡态．Mound利用 粘弹性勒夫数理论研究这个影响，发现这个薄层可以减小平衡态时的扁率，换句话说日与观 测值之间的差距应该比原来更大【5I． 本文首先在第2章中，依据内部场理论重新计算了在三阶扁率精度下流体静平衡态时地 剖面，求得三阶扁率精度下的全球动力学扁率．结果表明，精度的提高减小了HpREM和Hob。 之间的差异，但这个影响是有限的，远不足以消除所有差异．在PREM地球模型中，海洋和 陆地层是均一分布的。而真实地球上，这些层的分布很明显是很不均匀的．这个区别会带来什 么样及多大的影响呢?在第4章，本文选取多个真实的海洋陆地分布数据替代PREM模型中 相应的质量均匀分布地层后进行了计算，结果表明替换后所得的所有H均更加偏离观测值． 对以上所有结果，本文在第5章进行了讨论，并给出结论． 2 基于内部场理论计算地球内部几何扁率 流体静平衡态下稳定旋转的分层地球模型有一个很好的性质：等密度面、等重力势面及 等压力面均相互重合．对于缓慢旋转的地球，其形状略不同于球形，地球从地心到地表的每一 点都可以归算到一个相应的等体积球上． 令r为旋转对称地球上一点到地球质心的距离，s为过该点等体积球的半径，可得： ，p)=s c，，(1) l 1+∑s2n(s。l， r(8，p，=s[t+妻s。。cs)P2。(