PDF《地球极移振幅和相位的长期变化特征及预测研究》

气象科技 进展

12 Advances in Meteorological Science and Technology 气象科技进展 7(1)-

2017 收稿日期 :

2016 年2月3日;

修回日期 :

2016 年7月18 日 第一作者 : 王勇(1979―) ,Email:wyong0210@163.

com 资助信息 : 国家重大科学研究计划(2012CB957802) 地球极移振幅和相位的长期变化特征及预测研究 王勇1,2 刘苏峡1 邵亚平3 彭公炳1,4 王月玲1 (1中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室,北京 100101;

2 南京信息工程大学应用气象学院,南京 210044;

3 德国科隆大学地球物理与气象研究所,科隆 50923;

4 国际欧亚科学院中国科学中心,北京 100107) 摘要:利用来自国际地球自转参数服务局(International Earth Rotation Service,IERS)的1900―2013年极移数据, 计算其振幅和相位序列,基于EMD(empirical mode decomposition)和LS-SVM(least squares support vector machines)方法,分析了极移振幅和相位的长期多时间尺度变化特征,并预测了极移的未来走向.结果表明:极移振 幅变化在1900―2013年主要以增加趋势和6.2a的周期为主,而极移相位变化主要以趋势和低频变化为主;

采用EMD对 原始信号进行分解,对得到的一系列分量进行LS-SVM建模预测,对极移振幅和相位的预测是有效的;

未来极移振幅将 进一步加大,地极存在向约68° W的长期漂移趋势. 关键字:极移,长期变化,预测,EMD,LS-SVM DOI:10.3969/j.issn.2095-1973.2017.01.002 Long-Term Changes of the Amplitude and Phase of the Earth'

s Polar Motion and Their Projections Wang Yong 1,2 , Liu Suxia

1 , Shao Yaping

3 , Peng Gongbing 1,4 , Wang Yueling

1 (1 Key Laboratory of Water Cycle and Related Land Surface Processes, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing

100101 2 College of Applied Meteorology, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing

210044 3 Institute for Geophysics and Meteorology, University of Cologne, Cologne

50923 4 China Science Center, International Eurasian Academy of Sciences, Beijing 100107) Abstract: The amplitude and phase time-series of polar motion were calculated by using the polar motion data in 1900-2013, which were provided by the International Earth Rotation Service (IERS). Based on EMD (empirical mode decomposition) and LS-SVM (least squares support vector machines) methods, the long-term changes characteristic of pole motion'

s amplitude and phase over multiple time scales were analyzed, and the future projections of polar motion were predicted. The results show that: 1) The amplitude variations of polar motion have main period of about 6.2-year and an increasing trend for 1900C2013, and the phase variations have a trends and low-frequency oscillations;

2) The EMD and LS-SVM model is very effective in the prediction of amplitude and phase variations of polar motion;

(3) Polar motion amplitude is further increasing in the future, the trend of the phase has the direction of approximately 68°W. Keywords: the earth'

s polar motion, long-term changes, projections, EMD, LS-SVM

0 引言 地极移动(polar motion,简称极移)是地球 瞬时自转轴相对于地球本体的运动导致极点在地球 表面上的位置发生缓慢变化的现象.极移是一个重 要的地球定向参数(earth orientation parameters, EOP),在天球坐标系和地球坐标系的转换中起关 键作用.极移变化直接影响到卫星定轨、大地测 量、导航和极潮等,若能预测极移将具有重要的应 用价值,故对极移变化特征及预测的研究对地球科 学的发展与应用都具有重要的意义. 1888年德国的屈斯特纳才从纬度变化的观测中 发现极移,美国天文学家张德勒进一步指出,极 移包括两个主要的周期:近14个月的周期(张德 勒摆动,Chandler wobble)和周年周期[1,2] .在长 趋势研究方面,Wilson等[3] 和Vondrák [4] 都发现存在 极移的长趋势变化;