精密引潮力位展开与地球自转速率潮汐变化研究

The accurate prediction for the variations of Earth's rotation rate is not only the basic problem of space navigation, precise orbit determinations of artificial Earth satellites and the connection between different reference systems, but also the elements of geophysical studies on time scales ranging from a few hours to decades. With the update of astronomical constant system and ephemeris, it need to carry out the work of the redevelopment of the tide-generating potential (TGP) and the recalculation of the variations of Earth's rotation rate due to zonal tides, in order to deal with the problem in simple self-consistent and unified framework. In this project, the latest astronomical ephemeris DE424 and astronomical constant system IAU2009 will be used, and with all kinds of corrections due to factors considered, some new tables of development of tidal generating potential based on Doodson's normalization and spherical harmonic function normalization will be given. With the possible 'pseudo wave' eliminated, it is expected that the terms of tidal waves will achieve to 30000 items, and their precision will be improved to sub-ngal level in the time domain. In addition, it is firstly considered the influence of Earth's non-rotational symmetry and permanent tidal effect on the variations of Earth's rotation rate. This project will restudy perturbations of the scale factor in the variations of Earth's rotation rate produced by all kinds of geophysical mechanisms, restudy effect of global atmospheric pressure changes on the scale factor in the variations of Earth's rotation rate based on the meteorological field data reconstructed by National Centers for Environmental Prediction(NCEP) and different mesoscale numerical prediction models. Using tidal wave tables established by the project, the more accurate variation series of Earth's rotation rate due to zonal tides will be given.

地球自转速率变化的准确预测是空间导航、卫星精密定轨和参考系连接的基本问题，也是不同时间尺度地球物理研究的基础。随着天文常数系统与历书的更新，需要重新进行引潮力位的展开和地球自转速率带谐潮变化的计算，以便在自洽的、统一的框架下处理问题。本项目拟利用最新的天文历表DE424和天文常数系统IAU2009，在考虑到各种因素改正后，给出基于Doodson规格化和面球函数规格化的引潮力位展开，在滤除可能出现的'伪波'后，力争使得潮波项数达到30000项，在时间域里精度达到亚毫微伽。另外，首次考虑地球非旋转对称性和永久性潮汐效应对地球自转速率变化的影响；重新研究影响地球自转速率变化的各种地球物理机制，利用美国国家环境预报中心（NCEP）和不同中尺度数值预报模式重建的气象场资料，研究全球大气压力变化对地球自转速率变化尺度因子的影响；基于本项目建立的潮波表，给出更高精度的地球自转速率带谐潮变化序列。

引潮力位展开是大地测量、地球物理等学科领域研究的基本理论问题，不仅具有提高空间测地技术归算精度的作用，而且在地球内部物理结构和动力学演化、板块运动和地壳形变监测等研究上均具有重要意义。地球自转速率潮汐变化的准确预测不仅是空间导航、卫星精密定轨和参考系连接的基本问题，也是不同时间尺度地球物理研究的基础。本项目主要成果如下：.利用矢量方法给出了适用于任意天体（包括月球）的、顾及其形状的、可以展开到任意阶次的引潮力位表达式。在理论上完整地揭示出了不同引潮力位展开表之间的内在联系，给出了适用于任意阶次的统一转换公式，指出了IERS2010规范中存在的一处错误。.指出，目前得到广泛采用的缔合勒让德函数Belikov(1991)列式递推公式，它在求解次边界项时是错误的，在修正其错误之后，给出另外两种新的更为简洁的列式递推公式。特别是，在跨阶次递推公式基础上，给出了一个超跨阶次递推公式。跨和超跨阶次递推公式非常适合于勒让德函数的各阶导数和积分的计算。.给出了一个新的UT1与TT之差的拟合模型，其精度远高于NASA经验公式。指出，在纳伽精度上不同的岁差章动模型对潮汐力无影响。考虑和不考虑地球扁率、极移和天极补偿，不同历表对潮汐力的影响分别是1.891、0.586、0.032和0.012纳伽。UT1与TT之差，地表径向与法向之差对引潮力的影响分别是916和476纳伽。.基于DE431历表，时域采样范围为4800年，采用FFT和最小二乘法相结合的迭代算法，在顾及地球扁率和各种影响因素的情况下，分别将月球和太阳引起的引潮力位展开至6阶和3阶，将其它天体（水星、金星、火星、木星、土星）引起的部分展开至2阶。最后，给出了一个包含33528个潮波的引潮力位展开表TGP2017。.给出了地球自转速率带谐潮变化的新理论模型。考虑了海洋潮汐、地球液核、地球自转、大气和地幔滞弹性效应对地球自转尺度因子的影响。基于本项目建立的引潮力位展开表，给出了一个新的地球自转速率带谐潮变化序列，精度优于IERS2010给出的序列。