固體潮對(duì)測(cè)站位移的影響特征分析

王　偉,章傳銀,楊　強(qiáng),柯寶貴

(中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院，北京 100830)

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固體潮對(duì)測(cè)站位移的影響特征分析

王偉,章傳銀,楊強(qiáng),柯寶貴

(中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院，北京 100830)

Analysis of Solid Earth Tides Effects on Station Displacements

WANG Wei,ZHANG Chuanyin,YANG Qiang,KE Baogui

摘要：采用IERS規(guī)范上的方法和2013年發(fā)布的DE430星歷文件，計(jì)算并分析了北京房山站和浙江地區(qū)固體潮對(duì)測(cè)站位移的影響。研究發(fā)現(xiàn)，固體潮影響具有很強(qiáng)的周期性，存在2周和半年的長(zhǎng)周期，在局部區(qū)域的等值線都成線狀分布。本文研究可為固體潮方面的相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：固體潮；位移影響；特征分析

在引潮力作用下，地球內(nèi)部和外部形狀時(shí)刻發(fā)生著周期性變化，通常將這種現(xiàn)象稱為地球固體潮[1]。固體潮對(duì)重力、應(yīng)變和地表位移等地球物理場(chǎng)產(chǎn)生影響，因此，現(xiàn)代空間大地測(cè)量觀測(cè)必須考慮固體潮的影響。固體潮對(duì)地面測(cè)站位移的影響是指引潮位導(dǎo)致粘彈性地球形變，引起對(duì)地面站點(diǎn)位移的間接影響。

在空間大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理中，固體潮影響的公式逐漸趨于IERS標(biāo)準(zhǔn)[2]。固體潮對(duì)位移影響的研究有計(jì)算引潮力位與地球形變之間關(guān)系的固體潮勒夫數(shù)、精化時(shí)間域內(nèi)二階和三階引潮力位對(duì)位移影響的公式、不同固體潮模型改正的差異等[3-7]。而針對(duì)固體潮影響的特征分析較少。

本文主要是采用IERS2010規(guī)范上的方法[8]，采用更新的星歷文件DE430，計(jì)算固體潮對(duì)測(cè)站位移的影響，并對(duì)該影響進(jìn)行時(shí)頻分析，揭示在WGS-84坐標(biāo)系下X、Y、Z3個(gè)方向上的特征和規(guī)律。

一、固體潮影響的計(jì)算

為顧及緯度的相關(guān)性，IERS協(xié)議采用Mathews理論[9]的位移勒夫數(shù)多重表達(dá)方式，給出了分潮引起的地面測(cè)站位移的向量表達(dá)式。

固體潮對(duì)測(cè)站位移的影響通常分兩步計(jì)算：

2) 考慮頻率相關(guān)的二階位移勒夫數(shù)與標(biāo)稱值的偏差，對(duì)第1步的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行改正，改正包括周日位移勒夫數(shù)虛部的貢獻(xiàn)。

地面測(cè)站位移固體潮的間接影響等于第1步和第2步計(jì)算結(jié)果之和[8]。

采用美國(guó)宇航局(NASA)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)發(fā)布的DE430星歷文件計(jì)算日、月位置。DE430星歷發(fā)布于2013年，可以計(jì)算從1550年1月1日至2650年1月22日間的行星位置，含有目前精度最高的月球星歷。DE430星歷文件可以在JPL服務(wù)器ftp:∥ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph下載。

二、數(shù)據(jù)分析

本文選擇了浙江地區(qū)的部分測(cè)站進(jìn)行固體潮影響研究，研究區(qū)域和測(cè)站如圖1所示。

圖1　研究區(qū)域及測(cè)站位置

根據(jù)IERS2010規(guī)范中的方法，采用DE430星歷計(jì)算固體潮對(duì)測(cè)站位移影響。計(jì)算北京房山站2012年1—2月兩個(gè)月的固體潮影響情況，如圖2所示。

圖2　房山站2012年1—2月的固體潮影響

從圖2可以發(fā)現(xiàn)，固體潮在試驗(yàn)的兩個(gè)月內(nèi)，呈現(xiàn)明顯的周期性，周期約2周。在X方向上的最大值與在Y和Z方向上的最小值接近，都在0左右。在Y方向上的最大值在0.2 m左右。Y與Z方向上的波形相似，且都與X方向波形相反。

為進(jìn)一步研究固體潮影響的特征，擴(kuò)大研究時(shí)間跨度，計(jì)算北京房山站從2012年1月1日至2014年12月31日的固體潮影響，如圖3所示。

由圖3可以發(fā)現(xiàn)，固體潮的影響在長(zhǎng)時(shí)間跨度上同樣有很強(qiáng)的周期性，存在約半年的周期。在Y方向上同樣存在3個(gè)方向上的最大值。Y與Z方向上影響值的波形相似，與X方向上的波形相反。

將固體潮影響在WGS-84坐標(biāo)系下3個(gè)方向上的值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表1。3個(gè)方向上的最小值接近，最大值相差較大，Y方向上較其他兩個(gè)方向最大值偏大。

為了研究固體潮影響的區(qū)域特點(diǎn)，分別計(jì)算研究區(qū)域多個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的固體潮影響。通過(guò)多次試驗(yàn)計(jì)算可知：在局部區(qū)域，固體潮影響在X、Y和Z3個(gè)方向上的等值線都成線狀分布；Y方向上的影響值較X和Z方向上偏大，與之前的時(shí)間序列分析一致。圖4、圖5分別是2015年2月3日0點(diǎn)和4月3日0點(diǎn)固體潮影響在X、Y、Z3個(gè)方向上的等值線圖。

圖3　房山站2012—2014年的固體潮影響

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三、結(jié)束語(yǔ)

本文計(jì)算了房山站和局部區(qū)域的固體潮影響，分析了固體潮影響的特征。固體潮對(duì)測(cè)站位移的影響呈現(xiàn)明顯的周期性，存在2周和半年的長(zhǎng)周期特征。同一測(cè)站上Y和Z方向上的固體潮影響波形相似，Y方向上的影響值較X和Z方向上偏大。在局部區(qū)域，固體潮影響在3個(gè)方向上的等值線都成線狀分布。本文研究結(jié)果可以為固體潮方面的相關(guān)研究提供參考。

圖4　研究區(qū)域固體潮影響等值線圖(2015年2月3日)

圖5　研究區(qū)域固體潮影響等值線圖(2015年4月3日)

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中圖分類(lèi)號(hào)：P229

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：0494-0911(2016)03-0007-03

通信作者：章傳銀

作者簡(jiǎn)介：王偉(1981—)，男，博士，副研究員，主要從事物理大地測(cè)量和衛(wèi)星重力學(xué)等方面的研究工作。E-mail: wangwei@casm.ac.cn

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(413040019；41374081)

收稿日期：2015-04-16； 修回日期： 2015-11-06

引文格式： 王偉,章傳銀,楊強(qiáng),等. 固體潮對(duì)測(cè)站位移的影響特征分析[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(3)：7-9.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0073.