Введение к работе
Актуальность темы. Изучение влияния атмосферных приливов на вра-цение Земли было стимулировано несколько лет назад значительным повыше-шем точности наблюдений и увеличением временного разрешения, хотя теория іриливов в океане и атмофере была разработана Лапласом еще в начале XIX в.
Это стало возможным благодаря организации специальных наблюдатель-сьгх кампаний на радиоинтерферометрах со сверхдлинными базами (VLBI). Зыла использована также система глобального определения местоположения GPS) [1]. Одним из главных результатов наблюдений стало обнаружение суточных и полусуточных вариаций параметров вращения Земли (ПВЗ) [2]. Глав-гой причиной этих вариаций являются океанические приливы. Учитывая, что засхожденпе наблюденных вариаций ПВЗ с вариациями, вызываемыми океа-їическими приливами, составляет ~ 2 мкс [3] для UTX и ~ 40 мкс дуги для соординат полюса [4], влияние других процессов на вращение Земли в высоко-іастотной области спектра должно быть меньше указанных величин.
Вариации ПВЗ, вызванные атмосферными приливами, таким образом, очень ^алы, и до недавнего времени не могли быть обнаружены. Тем не менее роль ітмосферньгх приливов на вращение Земли может быть очень значительной із-за близости периода почти суточной нутации (ПСН) к суточным приливам. После высокоточного определения амплитуд нутационных гармоник (с ошибкой ^ 0.04 мс дуги для членов с периодами < 430 суток [5]) обнаружены отличия теоретических значений амплитуд от измеренных. Эти отличия могут быть интерпретированы как вклад атмосферных и океанических приливов (и возможно других процессов) в нутацию. Поэтому одной из задач диссертационной работы является определение амплитуд атмосферных приливов. Знание океанических приливов позволяет довольно точно оценить их вклад в нутационные [-армоники. Для атмосферных приливов подобная оценка была впервые сделана автором.
Важность изучения атмосферных приливов объясняется также тем, что именно приливы d атмосфере и океанах являются основной причиной возбуждения ПСН [6]. Так как частота и амплитуда ПСН зависят от внутреннего строения Земли, то разница между теоретическими и наблюденными амплитудами нутационных гармоник говорит об отличии используемой модели строения Земли от реальной. Учет влияния атмосферных приливов помогает, поэтому, уточнить модель внутреннего строения Земли, форму границы "ядро-мантия". Полученные в работе результаты свидетельствуют о большей диссипации энергии на частоте ПСН, чем предполагалось в моделях неэластичности мантии.
Большой научный и практический интерес представляют также исследования достаточно простых моделей атмосферных приливов, в первую очередь термических приливов. Используя эти модели, предсказаны величины полу- и третьсуточных вариаций ПВЗ, которые пока нельзя вычислить из возбуждающих атмосферных функций.
Помимо теоретического изучения высокочастотных вариаций ПВЗ большое внимание в работе уделяется разработке принципиально нового прибора для наблюдения этих вариаций: лазерного гироскопа [7]. Об актуальности этой работы свидетельствуют разработки лазерного гироскопа в Новой Зеландии [8] и гироскопа, основанного на свойствах сверхтекучести гелия [9]. Учитывая значительное повышение точности определения ПВЗ (примерно в 500-700 раз за 20 лет), связанное с быстрым развитием новых методов наблюдений (лазерная локация спутников и Луны, VLBI, GPS), разработка гироскопов специально для этой конкретной задачи выглядит логично. Показано, что первые результаты говорят о перспективности использования лазерных гироскопов в астрометрии.
Цель работы заключается: —в определении параметров атмосферных приливов из вычисляемых метеоцентрами возбуждающих функций;
—в обнаружении суточных вариаций в UTX и движении полюса, вызываемых атмосферными приливами;
—в сравнении суточных вариаций ПВЗ с теоретическими значениями, вычисленными на основе теории атмосферных приливов, а также предсказание возможных полусуточных вариаций ПВЗ;
—в вычислении амплитуд нутационных гармоник, обусловленных атмосферными приливами;
.—в изучении влияния быстрых изменений атмосферного углового момента на вращение Земли и землетрясения.
Научная новизна:
—впервые показано, что влияние атмосферных приливов обнаруживается во вращении Земли: максимальная суточная вариация в UTX равна приблизительно 1 мке;
—вычислены поправки к принятым Международным Астрономическим Союзом (MAC) амплитудам нутационных гармоник; максимальная поправка найдена к обратной годичной нутации; показано также, что учет атмосферных приливов требует пересмотра модели неэластичности мантии;
—численно решены приливные уравнения Лапласа для разных моделей нагрева атмосферы; после учета влияния топографии найдены полу- и третьсуточные
вариации І/ТІ;
—показано, используя теорию параметрического возбуждения волн в атмосфере, что периоды большинства гармоник в спектре скорости вращения Земли близки к периодам собственных колебаний атмосферы;
—показано, что вариации атмосферного углового момента могут быть возможным спусковым механизмом землетрясений; тесная связь между процессами в атмосфере и коре Земли подтверждается существованием периодичностей в ряде землетрясений, которые близки к периодам собственных колебаний атмосферы.
Научная и практическая значимость. В работе показано, что изучение вращения Земли—это комплексная научная проблема, находящаяся на стыке многих наук: астрономии, геофизики, метеорологии, океанологии и др. Поэтому результаты работы могут быть использованы:
—в астрометрии для уточнения принятой теории нутации Земли; —при изучении вращения Марса и построении теории нутации; —в геодинамике для уточнения моделей строения Земли, формы оболочек и связей между оболочками Земли;
—при создании принципиально нового метода для определения высокочастотных вариаций ПВЗ: лазерной гпрометрии.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 125 наименований, и трех приложений. Диссертация изложена на 140 страницах, иллюстрирована 13 рисунками.
Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на симпозиуме "Геодезия и физика Земли" (Потсдам, 1988), Генеральной Ассамблее МАС (Балтимор, 1988), на рабочих совещаниях центрального бюро МСВЗ (Париж, 1993, 1994), на симпозиумах "Структура и внутреннее строение Земли" (SEDI) (Мицузава, 1992; Вистлер, 1994), на VII конференции Европейского союза геонаук (Страсбург, 1993), на конференции "Современные проблемы и методы астрометрии и геодинамики" (С.Петербург, 1996), на заседаниях семинаров по астрометрии и гравиметрии в ГАИШ.
