大气、陆地水储量和海水质量分布变化与地球低阶引力场球谐系数的关系.pdfVIP

第43卷第3期 天文学报 ¨∥43No3 2002年8月 ACTAASTRoNOMTCASTNICA Aug，2002 大气、陆地水储量和海水质量分布变化与地 球低阶引力场球谐系数的关系4 周旭华 吴斌 (中国科学院测量与地球物理研究所动力人地测量重点实验室武慢430077) 摘要 大气，固体地球及海洋组成了一个复杂、变化的地球动力学系统，这一系统中的 任。质量分布变化都将产生地球引力场变化采用全球7000多个地面气象台站的月平均 降水及温度资料、NCEP提供气压月均值、ToPEx／Poseidon卫星测高资料和WOA98 海水温度及盐度模型计算丁大气、陆地水储量和海水质量分布变化引起地球低阶引力场系 数变化．比较综合大气、陆地水储量和海水质量分布变化对带谐项．，2，．，3~。，4影响的计算 结果和』、卫激光卫星的测定结果，可以看出，大气、陆地水储量和海水质量分布变化是引 起地球低阶引力场系数周年变化的重要激发源 关键词 地球大气，地球引力场 中图分类号：P222 A 1引言 地球引力场是反映地球物质分布与运动的基本物理场，代表着地球表面、内部“及 大气和海洋的物质分布、运动和变化，是研究地球物质分布变化的重要手段．地球引力 场模型通常用一组球谐系数或位系数的集合表示，建立地球引力场模型就要确定这些位 系数．近年来，随着人造地球卫星技术的发展，高精度人卫激光测距和卫星测高资料的 加入，全球引力场模型的精度和空间分辨率较以往有较大的提高． 由r-日、月引潮力、构造形变、大气和海洋质量的重新分布、陆地水循环、冰川消 融以及固体地球冰后回弹等，都引起地球引力场位系数的变化．为了研究地球动力学系 统中各物理场之间的关系，确定密度不均匀性在地球内部的空间分布，研究地球的滞弹 性、海潮和固体潮、大陆漂移、板块运动和地震激发机制等，人们开始广泛关注引力场区 域尺度和全球尺度的周期变化，目前用卫星跟踪卫星技术以及卫星重力梯度测量的重要 目的就是探测地球引力场的时变性 吴斌_1 J用Lageos一1／2两颗人卫激光测距卫星资料求解出以的变化量，结果表明大 气压是引起止变化的主要原因．彭碧波等引采用人卫激光测距卫星资料分析出以和如 的长期变化，为地球各圈层的动力学变化及其相互作用提供了高精度天文约束 Chao 200l—07—31收到原稿．2001—08—22收到修改樯 +国家自然科学基金、中国科学院(KJCX2一SW—Tl一4J和中国科学院动力大地测量重点实验室资 助项目 天 文 学 报 43卷 等阳]分析人卫激光测距卫星资料，认为用大气质量分布变化能较好地解释由Lageos-l J用Starllete、 轨道分析出的地球引力场低阶带谐项系数J2变化的周年项．Cheng等-5 系数的非潮汐季节变化，认为大气只能引起低阶引力场^(i=2，4，6，8)的30—60％变化， 陆地水储量变化和海水质量迁移是引起地球低阶引力场系数季节性变化的主要原因．由 于地球动力学系统中物质分布复杂、变化多样，直接计算其所有物质分市变化极其困难， 目前能做到的是利用地球引力场系数的卫星测定结果和大气、陆地水储量及海平面变化 的计算结果作为约束，研究地球动力系统中各圈层的相互作用及其演变过程． 2计算方法 地球引力位球谐系数的级数形式为 ㈩ 、’=孚[1+薹熹(譬)“蝴叫c‰……“”从)] 式中，r、R、M和G分别为地心距、地球赤道的平均半径、地球质量、引力常 数，0，A为确定V值地点的纬度和经度，a。。，S…为球谐系数． 规一化地球引力场的球谐系数为 黧)=丽1丽×仆加，¨胁枷躲cos。rn。A卅㈤ 式中，纛，。(sinO)为n阶1T1次归一化勒让德函数，岛。和鼻。为归一化球谐系数， p(r，0，