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測地所在國際上首次探測到日長6年信號的長期衰減現象
2017-12-06| 【 】|閱讀次數: |文章來源:

  地球自轉變化是地球(包含大氣)復雜物理過程以及天體相互作用的運動表現,為大地測量與地球物理交叉領域的重要研究課題,定量研究地球自轉速率(日長)的年際尺度變化特征及其機制問題對于深入認識地球內部的結構、核幔系統的電磁耦合信息以及內核動力學過程等都具有十分重要的意義。中國科學院測量與地球物理研究所大地測量與地球動力學國家重點實驗室段鵬碩博士、劉根友研究員、胡小剛研究員、趙進碩士與中國科學院上海天文臺黃乘利研究員合作,在日長年際變化特征及其機制研究方面進行了深入研究,取得了最新進展。 

  研究團隊利用測地所提出的標準小波變換方法在國際上首次探測到日長6年信號的長期衰減現象,并進一步基于地球角動量方程在理論上解決了該信號產生的物理機制及其衰減現象產生的機理。相關論文近日在國際地學著名期刊《地球和行星科學通訊》(Earth and Planetary Science Letters)在線發表,題目為《日長年際振蕩的機制及其對核幔邊界電磁耦合的約束》(Mechanism of the interannual oscillation in length of day and its constraints on the electromagnetic coupling at the core-mantle boundary)。該研究表明:日長6年信號本質上是固體內核在地球發電機理論預測的隨機扭矩(與液態外核扭轉振蕩有關)作用下做類似于單擺的復合擺動而向地幔傳遞角動量的結果,其中地幔-內核之間的引力耦合扭矩提供該擺動所需恢復力;但是該擺動的能量(振幅)會受到核幔邊界的電磁耦合的耗散效應而衰減,其中,內核擺動的本征周期為6 年,核幔系統的綜合品質因子(值)約為51.6。在理論上推導出核幔邊界電磁耦合效應與日長6 年信號 值之間的數學表達式,進一步基于最新的核幔引力耦合強度、內核邊界的徑向磁場強度對地幔-內核引力耦合系統的品質因子(值)做約束,在19622012 年間日長6 年波動信號做自由衰減的假設下,得到核幔邊界徑向磁場強度0.52mT-0.62mT 

  該項研究得到國家自然科學基金項目“日長年際變化信號的定量提取及其物理機制研究”和國家重點基礎研究發展計劃(973項目)“核幔耦合作用與亞年代至世紀尺度地球自轉及磁場變化關系研究”以及中國博士后科學基金聯合資助。 

  相關論文的鏈接如下: 

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X1730643X 

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031920117300055 

  圖1 去除AAM效應的日長時間序列(1962至2012年);利用NMWT方法提取的日長6年信號的時間序列;黑線表示去除AAM效應后的LOD序列;藍線表示基于小波低通濾波方法得到的日長10年尺度以上的背景趨勢變化;綠線是利用NMWT方法提取出的日長6年信號;紅線是背景趨勢和6年信號的疊加 

  圖2 (a) 為地球內核的自由擺動模型; 引力耦合提供內核擺動所需要的恢復力,擺動周期為;我們在地固參考系中會觀察到內核做類似于鐘擺而在平衡位置附近的來回擺動現象;其中紅色所示狀態為平衡狀態; 藍色為受到隨機扭矩后產生的非平衡狀態;(b)為單擺模型,周期,如果不考慮空氣阻尼,它會無止境的擺動下去 

 

 
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