不同地球模型对负荷潮汐改正的影响

负荷潮汐改正与地壳上地幔结构有密切关系,主要原因是负荷潮汐取决于高阶勒夫数。利用较新的1066A地球模型,对负荷勒夫数进行了重新推算,并依据负荷勒夫数组成重力、倾斜、应变及位移格林函数。发现在近区用1066A模型和经典的G-B模型求出的格林函数值差别较大。据此,推估出不同地球模型对负荷潮汐改正的影响,其中远区估算按解析方法进行,近区由数值法进行。     

负荷勒夫数渐近值解析表达式

地表质量负荷引起的地球变形问题是大地测量学和地球物理学中的一个重要的研究内容.负荷勒夫数的计算和收敛的负荷格林函数的构建是模拟地球负荷形变的基础,其中当球谐阶数趋于无穷大时负荷勒夫数的渐近值,在格林函数计算中发挥重要的作用.本文首先介绍了地表质量负荷的边值问题,然后简要回顾了目前已有的计算负荷勒夫数渐近值三种方法的推导过程,最后给出推导渐近值解析表达式的一种新方法.新方法运用求解地球变形边值问题的解析解方法,以及一种高效传播矩阵方法,建立地表边界条件与高阶负荷勒夫数之间的直接联系,解出了负荷勒夫数渐近值解析表达式.本文的解析表达式更准确地描述了负荷勒夫数的渐近特征.新方法仅涉及常系数常微分方程组的基解矩阵及基础的矩阵运算,原理简单易懂.     

利用谱元法计算SNREI地球的表面负荷变形

谱元法作为一种基于变分原理的数值方法,已经成为地球动力学数值模拟的重要手段.本文旨在对Martinec(2000)正演模拟表面负荷问题的谱-有限元方法进行改进.简单地介绍了谱元法计算负荷边值问题的相关理论,并推导了中性分层液体中的平衡方程以及其对应的弱形式解.在地球半径方向上,采取高阶样条函数作为负荷解的基函数,并利用高斯-勒让德方法进行数值积分.均质地球模型数值试验表明,相较于Martinec的方法,本文方法可以有效地加快数值解的收敛速度.最后,利用PREM模型计算了SNREI地球的负荷勒夫数.数值计算结果表明本文方法的收敛性和稳定性都非常好.本文方法获得的负荷勒夫数与采用传统龙格-库塔积分方法获得的结果相对误差在0.01%的量级.     

球状径向不均匀弹性地球模型的负荷潮应力格林函数

研究固体潮应力场时,需要考虑负荷潮应力场的影响,特别是在沿海地区,在地球的表层负荷潮应力场的大小甚至接近或超过固体潮应力场.根据Alterman方法,本文给出计算球状径向不均匀弹性地球模型对点源负荷的应力响应(负荷潮应力格林函数)的方法;作为计算实例,计算出GB地球模型的负荷潮应力格林函数.只要给出全球海潮模型,在球面上完成海潮潮高与负荷潮应力格林函数的褶积,即可计算出海潮负荷在地球模型表面上和内部任意点产生的负荷潮应力.     

上地幔各向异性介质对固体潮及负荷潮的影响

讨论了上地幔各向异性介质中的潮汐运动方程,根据Deiewonski提供的地球模型参数,利用经典的Runge－Kutta数值积分方法,计算了固体潮勒夫数和负荷勒夫数．结果表明,考虑上地幔介质各向异性与否对固体潮勒夫数的影响较小（约为0．06％）,而对负荷勒夫数的影响较大（2．5％）,进一步说明了中低阶负荷勒大数对上地慢介质特性的敏感性．     

海潮负荷对地球内部潮汐应力和应变的影响

详细介绍了海潮负荷影响的计算理论,基于PREM地球模型计算了地球内部的负荷勒夫数及负荷格林函数;并以上海台和武汉台为例,计算了海潮负荷对不同深度处的应力和应变潮汐的影响. 结果表明:深度是影响海潮负荷应力的一个重要因素,在靠近计算点的区域,应力负荷的影响随深度增大而减小;而对于远离计算点的区域,应力负荷的影响却随深度增大而增大;另外,深度会影响某些应力和应变潮汐分量时间变化的相位. 在沿海地区,海潮负荷对应力和应变的影响超过了应力和应变固体潮的影响,因此该影响在应力和应变测量中必须要加以考虑.      

地球模型对季节性负荷形变计算的影响——以川滇地区为例

利用川滇地区的GNSS和GRACE数据, 结合不同地球模型和负荷理论, 研究了地球模型对地表季节性负荷形变计算的影响, 该工作对于选取合适的地球模型开展负荷形变研究具有一定的参考价值。 研究表明: ① 川滇地区GNSS观测的地壳垂向季节性形变振幅为20 mm左右, GRACE反演的垂向形变与GNSS的结果相位一致, 振幅存在差异。 ② 区域地球模型的负荷勒夫数与其他地球模型的差异较大, 且负荷勒夫数h_n对地球结构的变化较为敏感。 ③ 区域地球模型可以改善GRACE反演的负荷形变结果, 从而减小与GNSS观测结果的差异。 ④ 川滇地区大部分GNSS测站的加权均方根比值减小量呈现由东北向西南方向逐渐增加的变化趋势。     

不同地球模型对中国陆区大气负荷位移建模的影响

目前进行质量负荷位移建模时通常使用的是全球或区域平均的一维地球模型，这类地球模型无法反映地壳结构的局部差异，如地壳厚度、地震波波速等.本文利用地表气压再分析数据产品NCEP/NCAR Reanalysis 1(NCEP R-1)和不同地球模型(Preliminary reference Earth model(PREM)、AK135、STW105和CRUST1.0)计算的负荷格林函数计算中国陆区的大气负荷垂向形变，结合GPS实测位移数据，评估基于不同地球模型计算得到的地表形变的差异.通过比较PREM与不同地球模型的建模结果发现，一维地球模型之间的建模差异较小，主要集中在气压变化较大的东部地区和西北地区，气压变化较小的青藏高原地区的建模差异则更小.相反，PREM与CRUST1.0模型在青藏高原地区的建模差异最大，在东部地区的建模差异最小.PREM与STW105、AK135和CRUST1.0在中国陆区的最大位移建模差异分别为0.05、0.34和0.44 mm.不同地球模型的建模差异是由负荷格林函数不同产生的，而负荷格林函数在近场受上地壳厚度的影响较大.对于局部地壳结构差异明显的青藏高原地区...     

PREM-ZSCHAU滞弹地球模型对表面负荷的脉冲响应

利用PREM模型及ZSCHAU的地球内部粘滞性模型,解算了地球对表面负荷的脉冲响应问题,包括频率域和时间域的解.得到的复勒夫数及复格林函数表明,在ω>10~(-8)/s的频段内,地球的响应可视为基本上是弹性的,只有像冰后调整、地幔对流这样长期的运动,粘滞性才起重要作用;在ω<10~(-13)/s的频段,地球响应呈流体状态.     

负荷勒夫数渐近表达式的直接证明

负荷勒夫数ｈ＇_ｎ、ｌ＇_ｎ、和ｋ＇_ｎ用以表征地球在表面点负荷作用下的变形．当ｎ→∞时,ｈ＇_ｎ、ｎｌ＇_ｎ和ｎｋ＇_ｎ的渐近值均为常数,这是Ｆａｒｒｅｌｌ通过比较Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ问题的解与地球在表面负荷作用下变形的球函数级数展开式得出的．本文直接由负荷勒夫数满足的微分方程推导出了它们的渐近表达式,方法更为直观和简明,而且更易于理解。     

利用大地测量数据反演地震位错Love数和格林函数的理论与方法

本文提出一种利用大地测量观测技术反演地震位错Love数及格林函数的理论和方法.首先根据地震位错理论建立理论同震变化和大地测量观测值之间的关系式;其次,以2011年Tohoku-Oki地震(M_W9.0)为例,反演体现局部构造特征的地震位错Love数和格林函数.结果表明:反演得到的位错Love数与PREM模型下的位错Love数随深度和阶数变化不同,反映出局部三维地球模型的构造差异,由此计算的同震变化跟实际大地测量观测值的吻合度提高了～60%～～80%.通过大地测量观测数据反演的地震位错Love数能体现局部地球真实的构造信息,为该地区地震研究提供更加精确的地震位错格林函数.     

Oceanic tidal loads near the european coast calculated from Green’s functions

The load Love numbers, Green’s functions, and oceanic tidal loading effect over the territory of Europe are calculated for the PREM and IASP91 models of the Earth and CSR3 ocean-tide model. Computations were carried out for the reference periods of 1 s, 12 h, and 24 h. It is established that the corrections to gravity acceleration for the M2 wave significantly differ in different models.     

SNREI地球对表面负荷和引潮力的形变响应

基于PREM模型，利用非自转、球型分层、各向同性、理想弹性（SNREI）地球的形变理论，讨论了地球在不同驱动力作用下的形变特征．采用地球位移场方程的4阶Runge Kutta数值积分方法，解算了在表面负荷和日月引潮力作用下地球表面和内部形变和扰动位，并给出了地球表面的负荷Love数和体潮Love数．结果表明在固体内核中的形变很小，液核中低阶(n＜10)负荷位移随半径的变化非常复杂．当负荷阶数超过10时，地核中的形变和扰动位都很小，地球的响应主要表现为弹性地幔中的径向位移，且随深度增加急剧减弱，负荷阶数越高这种衰减的速度越快．SNREI地球的地表负荷Love数和体潮Love数与信号频率的依赖关系很弱．在计算体潮Love数的过程中，采用了SNREI地球的运动方程，同时考虑了由于地球自转和椭率引起的核幔边界附加压力，这一近似处理方法获得的结果能很好地符合地球表面重力潮汐实际观测结果．     

Earth''''s deformation due to the dynamical perturbations of the fluid outer core

Introduction The fluid outer core separates the solid inner core from the solid elastic mantle, and as a result, makes the free and forced movement of this mechanical system more complicated and profuse. As the elastic mantle, the free oscillations may occur within the Earths fluid outer core (FOC) due to excitation of a strong and deep earthquake (Crossley, 1975b; Friedlander, Siegmann, 1982; Shen, 1983; Friedlander, 1985). However, compared with the oscillations of the elastic mantle, i…     

液核动力学扰动引起的地球形变

讨论了地球固体部分对液核动力学效应引发的核幔边界和内核边界上压力和引力扰动的形变响应．采用弹性-引力形变理论描述地幔和内核的形变，给出了内部负荷Love数的一般表达式．以初始参考地球模型为例，分别计算了在地球表面、核幔边界和内核边界上的内部负荷Love数．探讨了液核边界上压力和引力扰动导致的地球形变场的空间和频率分布特征．本文的结果可以为中短周期液核动力学理论模拟提供必要的边界条件．      

Applying local Green's functions to study the influence of the crustal structure on hydrological loading displacements

The influence of the elastic Earth properties on seasonal or shorter periodic surface deformations due to atmospheric surface pressure and terrestrial water storage variations is usually modeled by applying a local half-space model or an one dimensional spherical Earth model like PREM from which a unique set of elastic load Love numbers, or alternatively, elastic Green's functions are derived. The first model is valid only if load and observer almost coincide, the second model considers only the response of an average Earth structure. However, for surface loads with horizontal scales less than 2500 km², as for instance, for strong localized hydrological signals associated with heavy precipitation events and river floods, the Earth elastic response becomes very sensitive to inhomogeneities in the Earth crustal structure.We derive a set of local Green's functions defined globally on a 1° × 1° grid for the 3-layer crustal structure TEA12. Local Green's functions show standard deviations of ±12% in the vertical and ±21% in the horizontal directions for distances in the range from 0.1° to 0.5°. By means of Green's function scatter plots, we analyze the dependence of the load response to various crustal rocks and layer thicknesses. The application of local Green's functions instead of a mean global Green's function introduces a variability of 0.5–1.0 mm into the hydrological loading displacements, both in vertical and in horizontal directions. Maximum changes due to the local crustal structures are from −25% to +26% in the vertical and −91% to +55% in the horizontal displacements. In addition, the horizontal displacement can change its direction significantly. The lateral deviations in surface deformation due to local crustal elastic properties are found to be much larger than the differences between various commonly used one-dimensional Earth models.     

The Results of Integrated Modeling of the Oceanic Gravimetric Effect

The implications of a broad range of factors for the intensity of the oceanic gravimetric effect has been estimated. These factors include dissipation, mass correction, the selection of the oceanic tidal model and Earth’s density model, and discarding the near-zone approximation, as well as allowance for the ellipticity of the Earth and the relative, Coriolis, and inertial accelerations. It has been shown that, with the presentday requirements to computational accuracy, the joint effect of these factors, rather than the separate contributions of each individual factor are of primary importance. The load Love numbers are calculated up to degree n = 50000.     

Earth’s deformation due to the dynamical perturbations of the fluid outer core

The elasto-gravitational deformation response of the Earth’s solid parts to the perturbations of the pressure and gravity on the core-mantle boundary (CMB) and the solid inner core boundary (ICB), due to the dynamical behaviors of the fluid outer core (FOC), is discussed. The internal load Love numbers, which are formulized in a general form in this study, are employed to describe the Earth’s deformation. The preliminary reference Earth model (PREM) is used as an example to calculate the internal load Love numbers on the Earth’s surface, CMB and ICB, respectively. The characteristics of the Earth’s deformation variation with the depth and the perturbation periods on the boundaries of the FOC are also investigated. The numerical results indicate that the internal load Love numbers decrease quickly with the increasing degree of the spherical harmonics of the displacement and depend strongly on the perturbation frequencies, especially on the high frequencies. The results, obtained in this work, can be used to construct the boundary conditions for the core dynamics of the long-period oscillations of the Earth’s fluid outer core. Foundation item: State Natural Science Foundation of China (40174022 and 49925411) and the Projects from Chinese Academy of Sciences (KZCX2-106 and KZ952-J1-411).