2009年日全食期間黃梅臺的固體潮擾動＊

呂品姬 趙 斌 陳志遙 李正媛 林穗平

(1)中國地震局地震研究所,武漢 430071 2)地殼運動與地球觀測實驗室,武漢 430071 3)中國地震臺網(wǎng)中心,北京 100045)

2009年日全食期間黃梅臺的固體潮擾動＊

呂品姬1,2)趙 斌1,2)陳志遙1,2)李正媛3)林穗平1)

(1)中國地震局地震研究所,武漢 430071 2)地殼運動與地球觀測實驗室,武漢 430071 3)中國地震臺網(wǎng)中心,北京 100045)

對 2009年 7月 22日日全食期間,黃梅固體潮觀測臺站 3種固體潮觀測儀器的觀測數(shù)據(jù)進行了分析,發(fā)現(xiàn) 3種觀測數(shù)據(jù)都存在小幅擾動現(xiàn)象。其中,洞體應(yīng)變南北分量擾動幅度為 27.6×10-10,東西分量幅度為 9.52× 10-10,水管與寬頻帶垂直擺北南分量擾動幅度分別為 0.88毫秒與 1.84毫秒。進一步的分析表明,擾動與氣溫變化具有較強相關(guān)性。

日全食;固體潮;固體潮觀測儀;擾動;氣溫變化

1 引言

2009年 7月 22日在中國大陸長江流域發(fā)生的日全食又叫 2009年長江大全食或 2009年長江大日食。從初虧至復圓長達兩個多小時,許多地方的日全食持續(xù)時間長達五六分鐘,可以說這是近百年來出現(xiàn)的最完美的一次日全食。

1915年愛因斯坦根據(jù)廣義相對論理論,曾推斷光線在引力場中要彎曲,并在 1919年 5月 29日的日全食觀測中愛因斯坦的推斷得到證實。因此,幾十年來,國內(nèi)外許多學者都先后嘗試在日全食發(fā)生時觀測重力變化,以探測月球?qū)μ栆隹赡艿钠帘巫饔?探索引力場性質(zhì)與變化的方法[1]。1995年 10月 24日有觀測者在印度的 Dhoraji鎮(zhèn)測量到日全食前約 1小時的重力異常[2];1997年 3月 9日我國黑龍江漠河日全食的重力觀測結(jié)果尤其令人振奮,我國科學家首次在漠河日全食期間發(fā)現(xiàn)有兩個(4～7)×10-8ms-2的異常重力場低谷,這兩個重力谷對稱地發(fā)生在日食“初虧”和“復圓”之際[3]。

如果日全食期間確實存在重力固體潮的變化,那么在觀測精度大大提高、采樣率加密的情況下,我們是否可以發(fā)現(xiàn)日全食對于固體潮水平方向的觀測——即定點傾斜觀測或水平應(yīng)變固體潮觀測造成的影響呢?

2 黃梅臺傾斜、應(yīng)變固體潮觀測得到的日全食期間的擾動

此次長江大全食發(fā)生后,參考中央氣象臺發(fā)布的全國降水量實況圖,我們首先選取了日全食觀測帶上遠離降雨區(qū)域的黃梅固體潮地震臺作為考察點(圖 1),研究日全食對水平應(yīng)變固體潮觀測造成的影響。

黃梅臺形變觀測山洞洞體為完整的花崗巖,覆蓋層厚度為 28～40 m,洞室采取了防水、防潮處理,洞內(nèi)保持日溫差 ＜0.1℃、年溫差 ＜0.5℃,觀測項目有傾斜、洞體應(yīng)變,儀器墩為完整的花崗巖石墩。臺站觀測環(huán)境及臺站建設(shè)均嚴格按照臺站觀測環(huán)境標準[4]及臺站建設(shè)標準[5]建設(shè)。近二十年的觀測結(jié)果顯示,其固體潮觀測資料完整率高,資料質(zhì)量在省局及全國評比中多次獲得優(yōu)秀,并獲中國地震局和湖北省地震局科技進步獎?，F(xiàn)運行的儀器有 DSQ型水管傾斜儀、VP型寬頻帶垂直擺傾斜儀、SS-Y型洞體應(yīng)變伸縮儀和WYY-1型氣象三要素(氣溫、氣壓和降雨量)觀測儀,儀器均為分鐘值采樣。其中,寬頻帶垂直擺傾斜儀是在VS型垂直擺傾斜儀的基礎(chǔ)上研制的新型地傾斜觀測儀器。相對VS型垂直擺傾斜儀,寬頻帶垂直擺傾斜儀在測量頻帶寬度、增益穩(wěn)定性、儀器調(diào)零、校準等方面都做了明顯的改進,此套儀器已在黃梅臺進行了近 3年的試驗觀測,資料穩(wěn)定可靠。

圖1 黃梅固體潮觀測臺站位置Fig.1 Location of the Huangmei tide observation station

2009年 7月 21—23日黃梅臺水管儀、寬頻帶垂直擺、洞體應(yīng)變伸縮儀以及氣溫、氣壓觀測曲線見圖 2,觀測曲線中的陰影部分為日食出現(xiàn)的時段。通過對黃梅臺日食前后共 3天的傾斜、應(yīng)變及氣象三要素觀測資料進行分析,發(fā)現(xiàn)在日全食發(fā)生的近3個小時時間里,水管儀南北分量、洞體應(yīng)變伸縮儀南北分量、東西分量寬頻帶垂直擺傾斜儀南北分量觀測曲線均出現(xiàn)了小幅擾動現(xiàn)象。

將固體潮觀測數(shù)據(jù)進行去除固體潮處理,同時提取氣溫和氣壓觀測數(shù)據(jù)相應(yīng)時段的變化,繪制成圖3。

從圖 3可以看到洞體應(yīng)變南北分量擾動幅度為27.6×10-10、東西分量擾動幅度為 9.52×10-10,水管儀南北分量擾動幅度為 0.88毫秒,寬頻帶垂直擺南北分量擾動幅度為 1.84毫秒。日全食時段內(nèi) (3小時內(nèi))的氣溫變化為 3.8℃,占當日氣溫總變化量的 40.69%,氣壓變化為 1.62×102Pa,占當日氣壓總變化量的 30.57%。將日全食期間幾個固體潮觀測分量的擾動幅度與當日變幅之比列于表 1。伸縮儀北南分量擾動幅度與當日變幅百分比最大,說明應(yīng)變南北分量受影響大。

圖 2 黃梅臺洞體應(yīng)變伸縮儀、水管儀及寬頻帶垂直擺觀測曲線(2009-07-21—23)Fig.2 Observation curves of extensometer,water tube tilt meter and broadband vertical pendulum tiltmeter at Huangmei station(2009-07-21—23)

圖 3 日全食前后黃梅臺觀測數(shù)據(jù)擾動變化(2009-07-22T08：00—10：59)Fig.3 Disturbance changes of observations at Huangmei station before and after total solar eclipse(2009-07-22T08：00—10：59)

為了更直觀地表現(xiàn)該時段固體潮變化與氣象資料的關(guān)系,我們將主測項 (洞體伸縮儀、水管儀和寬頻帶垂直擺傾斜儀)與氣溫及氣壓變化繪制于同一坐標(圖 3)。從圖 2可以看出：伸縮儀南北分量、伸縮儀東西分量及寬頻帶垂直擺傾斜儀南北分量與溫度變化具有較強的正相關(guān)性,與溫度變化同步,幾乎不存在時間滯后;水管南北分量與溫度變化形態(tài)呈負相關(guān)性或者說存在 1小時左右的時間滯后;所有分量與氣壓變化的相關(guān)性較弱,伸縮儀南北分量、伸縮儀東西分量及寬頻帶垂直擺傾斜儀南北分量在 8點 20分至 8點 40分期間的變化與氣壓變化有一定關(guān)系,其中伸縮儀北南分量與氣壓變化一致,表現(xiàn)為氣壓變大、伸縮儀呈張性變化,氣壓減小、伸縮儀呈壓性變化;伸縮儀東西分量則與氣壓變化相反,但基本無明顯的滯后;寬頻帶垂直擺南北分量變化形態(tài)與氣壓變化相同,但存在約 10分鐘的相位滯后;水管南北向變化與氣溫的變化具有一定的負相關(guān),而對于氣壓的變化存在約 1.5小時的滯后響應(yīng)。

表 1 日全食期間黃梅臺觀測到的擾動幅度Tab.1 D isturbance amplitude observed at Huangmei station during total solar eclipse

3 結(jié)論及討論

通過對黃梅臺的觀測資料分析結(jié)果來看,其固體潮觀測資料在日全食期間的影響機理似乎是由于日全食期間氣溫瞬間大幅變化引起臺站周圍地表介質(zhì)微變形,從而引起伸縮儀、水管儀或?qū)掝l帶垂直擺固體潮觀測數(shù)據(jù)的擾動現(xiàn)象的發(fā)生。這些擾動與之前的研究結(jié)果所提到的擾動機理不同,日全食是否會對固體潮觀測造成影響,還有待于資料的積累,以及對現(xiàn)有觀測數(shù)據(jù)的深入分析。

1 曹家驤.我國科學家率先獲觀測記錄日全食期間重力有異常現(xiàn)象[R].文匯報,2001年 4月 7日.

2 Mishra D C and Rao M B S.Temporal variations in gravity field during solar eclipse on 24 October 1995[R].NASA www網(wǎng)站.

3 Qianshen Wang and Xinshe Yang.Precise measurement of gravity variations during a total solar eclipse[J].Physics Review,2000,D(62)：41 101-41 103.

4 地震臺站觀測環(huán)境技術(shù)要求 (第 3部分)：地殼形變觀測[S].中華人民共和國國家標準 GB/T 19531.3-2004.

5 地震臺站建設(shè)規(guī)范地形變臺站 (第 1部分)：洞室地傾斜與地應(yīng)變臺站[S].中華人民共和國地震行業(yè)標準DB/T 8.1-2003.

6 Liu Shaoming andMichel van Ruymbeke.Search for gravitational absorption effect during total solar eclipse of August 11,1999[J].大地測量與地球動力學,2004,(4)：13-18.

TIDAL D ISTURBANCE OBSERVED AT HUANGM EI STATION DURING SOLAR ECL IPSE,2009

LǖPinji1,2),Zhao Bin1,2),Chen Zhiyao1,2),Li Zhengyuan3)and Lin Suiping1)

(1)Institute of Seism ology,CEA,W uhan 430071 2)CrustM ovem ent Lasortory,W uhan 430071 3)China Earthquake Net work Center,B eijing 100045)

The total solar eclipse took place on July 22,2009 in Yangtze River basin of China is the most important,the longest total eclipse of this century,that the maximum duration of totality reaches 6 minutes 39 seconds.The Huangmei tide observation station having three sets of tide observation instruments is located in the region.A little disturberwas found during the total eclipse.The disturber in the north-south direction of the extensometer is about 27.6×10-10and in the east-west direction about 9.52×10-10.The disturbers in the water tube tiltmeter and in the north-south direction of the broadband vertical pendulum tilt meter are about 0.862 millisecond and 1.84 millisecond respectively.The temperature,pressure and rainfall observation data during the total solar eclipse are considered and it is found that there are the strong correlation between these disturbers and temperature change.

total solar eclipse;total solar eclipse;solid earth tide observation;disturbance;change of temperature

1671-5942(2010)Supp.(Ⅰ)-0116-04

2009-12-27

公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(2007GYB092-1);地震行業(yè)專項(200808056;200808033);中國地震局地震研究所所長基金(IS200726010)

呂品姬,女,助理研究員,主要從事地殼形變觀測與管理、地殼形變資料分析研究.E-mail：pinjilv@163.com

P315.72+6

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