地球自由振荡和极潮的小波分析

• 作 者: 徐华君
• 机 构: 中国科学院测量与地球物理研究所
• 出 处: 中国科学院测量与地球物理研究所
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 地球重力场 离散小波变换 长周期球形 地球自由振荡 重力极潮

地球的重力场是地球内部质量分布的表现，是地球的重要物理属性。表征了地球内部、表面或外部各点所受地球重力作用的空间。直接反映地球内部的密度分布，从地幔产生的长波信号，到大陆岩石圈和海底地壳的局部特征等，都反映在地球重力场中。因此，地球重力变化的观测是大地测量学和地球物理学的一项重要内容。超导重力仪能够观测到周期变化从几秒到一年以上的重力场的微弱变化，其观测精度达到ngal(10-11m/s2)级，是观测重力变化的理想仪器。　　
然而，由于地球本身无时不刻都在做着复杂的运动，以及受到外力的影响，地球重力场会随着时间的变化而变化，这种变化是非常复杂的过程，需要尝试各种手段来分析。本文研究的主要目标是将小波分析方法运用到具体的地球重力信号分析中，用连续小波变换检测并提取长周期球形地球自由振荡信号，运用离散小波变换对重力极潮进行分析和研究，初步获得了一些有意义的研究结果。　　
首先利用标准Morlet小波变换(NMWT)分析了地球的长周期自由振荡信号。NMWT修正了原始Morlet小波变换测不准频率的缺点，且具有变换尺度直接表征信号周期以及无需重构就能提取准调和信号的两大优势。运用NMWT对GGP多台超导重力仪记录的2004年苏门答腊大地震的观测数据进行分析，检测到了频率在1mHz下的大部分球形自由振荡简正模，以及由于地球形状与自转引起的谱裂，并能提取出这些模及谱裂的时域波形，从而精确确定各个简正模的周期，并能在时域中精密确定各模或每个谱裂的衰减系数Q。我们给出的一些长周期自由振荡的Q值精度较经典Q值的精度提高近2-3个量级。并且在国际上首次给出了0S4，0S5，3S1，1S3等简正模谱裂的Q值。　　
其次，采用紧支撑Daubechies小波构造出不同长度的滤波器组，详细分析了重力极潮的两个主要频率成分(Chandler与周年项)的长期变化趋势，计算了GGP5个台站重力极潮的潮汐因子与相位延迟。针对极潮的周期会随着时间和地点的不同发生变化，提出了最小标准差方法来确定它们的周期。　　
同时本文也关注了地球的固体潮汐的基本理论与方法，并用计算机技术进行仿真，动态展示了固体潮随时间及空间的变化规律。