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固体地球的环境变化响应

李英冰  
【摘要】:大气负荷、内陆水负荷、海洋潮汐和非潮汐海洋负荷变化使得地表物质重新分布,从而使地表位移、重力、地倾斜和应变等发生变化,同时也会引起地心、大地水准面和地球自转的变化。环境变化引起的地表垂直位移可达几十mm,对水平位移的影响为垂直位移的1/3~1/10,对重力的间接效应可达几十μgal。在利用现代大地测量技术监测地表构造性运动时,必须将环境负荷效应从观测值中剔除,否则会严重污染测量的结果。同时,环境负荷引起的形变也可用现代空间大地测量和地面重力测量进行探测。 论文主要研究了固体地球环境变化响应的物理机制和计算方法,编写了相应的计算软件,利用气象数据和卫星测高数据进行了实际计算,对计算结果进行了相关分析,并与GPS测站坐标的时间序列进行比较,对GPS精密测量中的环境负荷改正进行了讨论。本文主要研究成果和结论为: (1) 系统地总结了环境负荷变化造成地表形变的计算理论和探测方法。将计算理论归纳为三类:线性模型趋近、球谐函数趋近、格林函数趋近。线性模型趋近是将地球形变归因于当地环境变化,建立局部地区环境负荷变化与形变量关系:球谐函数趋近是将环境负荷进行球谐展开,然后结合负荷勒夫数进行计算;负荷格林函数趋近是将环境荷量与负荷格林函数进行卷积积分,得到测站在环境负荷作用下的形变。其中线性模型趋近方法简单,主要用于计算大气负荷引起的地表垂直位移和重力变化,并且计算精度不高,后两种方法可以计算各种环境负荷变化引起的地表形变,计算精度较高。综述了地表位移、重力变化的探测方法。 (2) 综述了温度变化引起地壳位移和应变变化的计算方法,编写了相应的计算程序,进行了实例计算。计算结果表明:温度变化引起的地表垂直位移的最大值不超过±0.5mm,应变的最大值为±0.4nstrain。 (3) 在经典的负荷理论基础上,从运动方程着手,定义了大气引力勒夫数,推导了高阶引力勒夫数、大气引力造成的地表位移、重力、地倾斜、应变等格林函数表达式,编写程序计算了引力勒夫数和大气引力负荷格林函数的理论值。定义了大气压强勒夫数,推导了大气压强格林函数的计算公式,编写程序并计算了大气压强负荷勒夫数和大气压强负荷格林函数。 (4) 基于理想大气模型,推导了空间大气密度与地面压强的关系,将大气引力格林函数转化为只依赖于地表大气压强的形式,结合大气压强负荷格林函数,得到了大气格林函数的实用计算公式和数值结果。将该数值结果同海洋负荷格林函数进行比较,发现二


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