地球的自由核章动及核幔耦合

核幔耦合研究是地球深内部动力学研究的基础和国际前沿课题，自由核章动（FCN）实质上是核幔之间的相对运动，其观测包含了核幔耦合、核幔边界的形状及其附近介质特征的非常重要的信息，为相关问题的研究提供了最直接的观测量。依托全球地球动力学国际合作计划（GGP），通过广泛的国际合作，采用GGP观测网中全球超导重力仪（SG）长期连续的观测资料，研究FCN和核幔耦合。利用整个地球和地核相互耦合的角动量平衡方程，结合边界层理论，从理论上研究核幔不同耦合机制下地球近周日自由摆动的运动特征。采用相同方法系统分析处理全球SG数据，利用有效的迭积和数理统计技术，尽量压制局部背景噪音，精密确定FCN参数。分析、比较理论计算结果与全球SG观测迭积结果，对核幔边界的形状参数及其附近介质的粘滞度等物理参数作出修正。本项目是目前国际地学界比较关注的基础前沿课题，研究结果可为了解地球深内部的结构和动力学过程提供有价值的约束。

核幔耦合研究是地球深内部动力学研究的基础和国际前沿课题，自由核章动（FCN）实质上是核幔之间的相对运动，其观测包含了核幔耦合、核幔边界的形状及其附近介质特征的非常重要的信息，为相关问题的研究提供了最直接的观测量。围绕本项目的研究目标，系统开展了地球的潮汐、核幔耦合及内核平动等方面研究，取得了重要进展。1）重力潮汐和非潮汐变化特征研究：综合分析处理了超导重力仪（SG）全球观测网中长期连续的观测资料，精密确定重力潮汐参数，研究了重力潮汐参数的空间分布特征。着重研究了中国武汉基准站和新建的拉萨台重力潮汐和非潮汐变化特征，观测结果系统反映了非流体静力平衡、非弹性地球对2阶和3阶引潮力的响应特征，侧向非均匀性对地球的潮汐响应具有显著影响；现有的武汉国际重力潮汐基准在半日频段非常精确，但在周日频段存在比较明显的偏差，需要进一步精化。对于中国大陆的大地测量观测，固体潮可以采用Dehant等考虑地球内部介质非弹性和非流体静力平衡建立的固体潮理论模型或Xu 等基于全球SG观测建立的重力潮汐全球实验模型作为参考和改正模型，海潮负荷效应应该采用Nao99作为改正模型。2）自由核章动参数精密确定及其核幔耦合的约束：利用整个地球和地核相互耦合的角动量平衡方程，结合边界层理论，研究了核幔不同耦合机制下地球近周日自由摆动的运动特征。结果表明，电磁和粘滞耦合对FCN周期的影响很小，仅为1～2恒星日，但对品质因子影响非常显著。采用有效的迭积和数理统计技术，尽量压制局部背景噪音，引入贝耶斯估计方法，综合利用SG和VLBI资料，精密确定FCN参数。分析、比较理论计算结果与VLBI和全球SG观测迭积结果，发现了FCN周期10年尺度的变化特征，对核幔边界的形状参数及其附近介质的粘滞度等物理参数提供有效约束。3）内核平动振荡理论模拟和实验探测及其液核底部介质特征的约束：通过对SNREI地球的自由振荡运动方程的数值积分，系统研究了地球内部介质分布异常对内核平动振荡（Slichter模）周期的影响，及其地震激发的可能性。结果表明，Slichter模周期对地球内部精细结构的依赖性不强，但对液核下边界密度差非常敏感，地震可能激发的该简正模幅度是有可能被超导重力仪探测到的。根据Slichter模三重谱线的分布特征，采用全球SG探测到可能来自内核平动的信号，并对液核下边界的密度分布给出了直接约束。