三轴三层地球自转理论及十年尺度日长变化机理研究

Earth rotation is an important branch and interdiscipline among geodesy, geophysics and astronomy, and closely related to meteorology, oceanography and space environment. Various observations and research indicate that the Earth is a planet with three-layered structure, including mantle (containing crust), outer core and inner core, where each layer has different principal moments of inertia, namely each layer is triaxial. In another aspect, the developments of modern space techniques make the observations of Earth rotation parameters more and more precise, and traditional symmetric Earth rotation theory can’t meet the demands in theory and high-precise observations. Hence, it is necessary to establish a triaxial three-layered Earth rotation theory to better interpret the Earth rotation phenomena. The program will focus mainly on the following contents: determinations of dynamical figure parameters of triaxial three-layered Earth, formulation of a triaxial three-layered Earth rotation theory with various kinds of couplings, and solutions of four Earth rotational normal modes with periods and quality factors, atmospheric and oceanic excitations of polar motion under the triaxial three-layered Earth rotation frame, combining the core-mantle coupling models and atmospheric and oceanic excitation to reveal the mechanism of the decadal length of day (LOD) variation. The project will provide theoretical supports for geodesy, geophysics, astronomy, geodynamics, and meteorology, and better understanding of the Earth system.

地球自转是大地测量学、地球物理学和天文学的重要分支和交叉学科，与气象学、海洋学、空间环境乃至人类生存密切相关。大量观测和研究表明，地球具有三层结构，地幔（和地壳）、外核和内核，每一层均具有互不相等的主惯性矩，即三轴性。另一方面，近代空间探测技术的发展使得观测地球自转参数的精度大幅度提高。传统的旋转对称地球自转理论已不能满足理论要求及高精度观测需求。因此有必要构建能更好描述地球自转现象的三轴三层地球自转理论。本项目研究内容包括：确定三轴三层地球动力学形状参数；建立顾及各种耦合的三轴三层地球自转理论，求解地球自转本征模，包括4个本征模的周期和品质因子；研究三轴三层地球自转极移的大气、海洋激发；联合核幔耦合和大气海洋激发，致力于揭示十年尺度日长变化机理。研究成果可为大地测量学、地球物理学、天文学、地球动力学、气象学等多种学科提供理论支撑，更好把握地球系统运动规律。

地球自转是大地测量学、地球物理学和天文学的重要分支和交叉学科，与气象学、海洋学、空间环境乃至人类生存密切相关。大量观测和研究表明，地球具有三层结构，地幔（和地壳）、外核和内核，每一层均具有互不相等的主惯性矩，即三轴性。另一方面，近代空间探测技术的发展使得观测地球自转参数的精度大幅度提高。传统的旋转对称地球自转理论已不能满足理论要求及高精度观测需求。因此有必要构建能更好描述地球自转现象的三轴三层地球自转理论。本项目研究内容包括：确定三轴三层地球动力学形状参数；建立顾及各种耦合的三轴三层地球自转理论，求解地球自转本征模，包括4个本征模的周期和品质因子；研究三轴三层地球自转极移的大气、海洋激发；联合核幔耦合和大气海洋激发，致力于揭示十年尺度日长变化机理。研究成果可为大地测量学、地球物理学、天文学、地球动力学、气象学等多种学科提供理论支撑，更好把握地球系统运动规律。.本项目提出了一套确定三轴分层地球动力学形状参数的方法，给出了三轴三层地球模型的动力学形状参数；并在此基础上建立了顾及电磁耦合、压力与引力耦合、地形耦合的三轴三层地球自转理论；对导致钱德勒晃动周期变化的耗散机制、三轴三层地球自转框架下大气和海洋对极移的激发、核幔耦合以及大气和海洋对十年尺度日长变化的贡献进行了较为完备分析研究；并初步揭示了十年尺度的日长变化机理。基于本项目资助或共同资助公开发表学术论文27篇，其中期刊论文21篇、会议论文6篇，包括19篇国际SCI检索期刊论文，完成了项目预期目标。