固體潮對測站位移的影響特征分析

王　偉,章傳銀,楊　強,柯寶貴

(中國測繪科學研究院，北京 100830)

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固體潮對測站位移的影響特征分析

王偉,章傳銀,楊強,柯寶貴

(中國測繪科學研究院，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規范上的方法和2013年發布的DE430星歷文件，計算并分析了北京房山站和浙江地區固體潮對測站位移的影響。研究發現，固體潮影響具有很強的周期性，存在2周和半年的長周期，在局部區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研究提供參考。

關鍵詞：固體潮；位移影響；特征分析

在引潮力作用下，地球內部和外部形狀時刻發生著周期性變化，通常將這種現象稱為地球固體潮[1]。固體潮對重力、應變和地表位移等地球物理場產生影響，因此，現代空間大地測量觀測必須考慮固體潮的影響。固體潮對地面測站位移的影響是指引潮位導致粘彈性地球形變，引起對地面站點位移的間接影響。

在空間大地測量數據處理中，固體潮影響的公式逐漸趨于IERS標準[2]。固體潮對位移影響的研究有計算引潮力位與地球形變之間關系的固體潮勒夫數、精化時間域內二階和三階引潮力位對位移影響的公式、不同固體潮模型改正的差異等[3-7]。而針對固體潮影響的特征分析較少。

本文主要是采用IERS2010規范上的方法[8]，采用更新的星歷文件DE430，計算固體潮對測站位移的影響，并對該影響進行時頻分析，揭示在WGS-84坐標系下X、Y、Z3個方向上的特征和規律。

一、固體潮影響的計算

為顧及緯度的相關性，IERS協議采用Mathews理論[9]的位移勒夫數多重表達方式，給出了分潮引起的地面測站位移的向量表達式。

固體潮對測站位移的影響通常分兩步計算：

2) 考慮頻率相關的二階位移勒夫數與標稱值的偏差，對第1步的計算結果進行改正，改正包括周日位移勒夫數虛部的貢獻。

地面測站位移固體潮的間接影響等于第1步和第2步計算結果之和[8]。

采用美國宇航局(NASA)噴氣推進實驗室(JPL)發布的DE430星歷文件計算日、月位置。DE430星歷發布于2013年，可以計算從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服務器ftp:∥ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph下載。

二、數據分析

本文選擇了浙江地區的部分測站進行固體潮影響研究，研究區域和測站如圖1所示。

圖1　研究區域及測站位置

根據IERS2010規范中的方法，采用DE430星歷計算固體潮對測站位移影響。計算北京房山站2012年1—2月兩個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可以發現，固體潮在試驗的兩個月內，呈現明顯的周期性，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。

為進一步研究固體潮影響的特征，擴大研究時間跨度，計算北京房山站從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可以發現，固體潮的影響在長時間跨度上同樣有很強的周期性，存在約半年的周期。在Y方向上同樣存在3個方向上的最大值。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坐標系下3個方向上的值進行統計，見表1。3個方向上的最小值接近，最大值相差較大，Y方向上較其他兩個方向最大值偏大。

為了研究固體潮影響的區域特點，分別計算研究區域多個時間點上的固體潮影響。通過多次試驗計算可知：在局部區域，固體潮影響在X、Y和Z3個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，與之前的時間序列分析一致。圖4、圖5分別是2015年2月3日0點和4月3日0點固體潮影響在X、Y、Z3個方向上的等值線圖。

圖3　房山站2012—2014年的固體潮影響

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三、結束語

本文計算了房山站和局部區域的固體潮影響，分析了固體潮影響的特征。固體潮對測站位移的影響呈現明顯的周期性，存在2周和半年的長周期特征。同一測站上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。在局部區域，固體潮影響在3個方向上的等值線都成線狀分布。本文研究結果可以為固體潮方面的相關研究提供參考。

圖4　研究區域固體潮影響等值線圖(2015年2月3日)

圖5　研究區域固體潮影響等值線圖(2015年4月3日)

參考文獻：

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[10]CARTWRIGHT D E, TAYLER R J. New Computations of the Tide-generating Potential[J]. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 1971 (1):45-74.

中圖分類號：P229

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)03-0007-03

通信作者：章傳銀

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

基金項目：國家自然科學基金(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,等. 固體潮對測站位移的影響特征分析[J].測繪通報，2016(3)：7-9.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0073.