Физика Земли, 2020, № 4, стр. 144-160

Об одной особенности расчета океанического гравиметрического эффекта

Е. А. Спиридонов *

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта, РАН
г. Москва, Россия

* E-mail: sp287@mail.ru

Поступила в редакцию 15.08.2019
После доработки 03.12.2019
Принята к публикации 04.12.2019

Аннотация

Данные современных как наземных, так и спутниковых гравиметрических наблюдений играют на современном этапе важную роль при изучении строения Земли, резонансных эффектов, а также поисках полезных ископаемых. В то же время, верные выводы из этих наблюдений можно сделать лишь при правильной обработке и интерпретации данных, позволяющих избежать ложные заключения в перечисленных областях исследований. В диапазоне суточных и полусуточных приливных волн одним из наиболее важных факторов является океанический гравиметрический эффект, который заметно меняет параметры земных приливов даже в регионах максимально удаленных от береговой линии. Основное внимание в работе уделено расчету прямого ньютоновского притяжения водных масс. Показано, что, как с точки зрения физического смысла, так и близости результатов вычислений к наблюдениям, наиболее правильным методом вычисления этого эффекта является взятие прямой производной от потенциала водных масс или, что тоже самое, сложение в точке наблюдения вертикальных составляющих ускорений, создаваемых каждой элементарной площадкой океанической поверхности. Последнее полностью соответствует идеям, высказанным по этому поводу Б.П. Перцевым. Иначе говоря, в работе показано, что правильное выражение для обобщенного гравиметрического фактора, описывающего сумму притяжения и нагрузочного океанического эффекта, имеет вид $ - \frac{1}{2} + 2h{\kern 1pt} '\,\, - (n + 1)k{\kern 1pt} '$, а не $n + 2h{\kern 1pt} '\,\, - (n + 1)k{\kern 1pt} '$ как в подавляющем большинстве работ других авторов ($h{\kern 1pt} '$ и $k{\kern 1pt} '$ нагрузочные числа Лява). Высказанная в настоящей работе точка зрения доказывается как теоретически, так и путем сравнения расчетов с наблюдениями на сверхпроводящих гравиметрах сети Глобального геодинамического проекта. В частности, выяснено, что результаты вычислений, произведенных в настоящей работе в два и более раза ближе к данным наблюдений, нежели полученные по наиболее цитируемым методикам других авторов. Сделан вывод о том, что точность расчета океанического гравиметрического эффекта пока не позволяет уточнить резонансную кривую по гравиметрическим данным.

Ключевые слова: земные приливы, океанический гравиметрический эффект, нагрузочные амплитудные дельта-факторы.

DOI: 10.31857/S0002333720030102

Список литературы

  1. Виноградова О.Ю., Спиридонов Е.А. Сравнительный анализ океанических поправок в ускорение силы тяжести, рассчитанных по моделям PREM и IASP91 // Физика Земли. 2012. № 1–2. С. 74–83.

  2. Молоденский М.С. Упругие приливы, свободная нутация и некоторые вопросы строения Земли. Тр. Геофизического ин-та АН СССР. 1953. № 19(146). С. 3–52.

  3. Молоденский М.С., Крамер М.В. Числа Лява для статических земных приливов 2-го и 3-го порядков. Земные приливы и нутация Земли. М.: изд-во АН СССР. 1961. С. 26.

  4. Mолоденский С.М. Приливы, нутация и внутреннее строение Земли. М.: изд-во АН СССР. ИФЗ. 1984. 215 с.

  5. Перцев Б.П. О влиянии морских приливов на приливные вариации силы тяжести // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1966. № 10. С. 25–29.

  6. Перцев Б.П. Оценка влияний морских приливов на земные в пунктах, удаленных от океанов. Земные приливы и внутреннее строение Земли. М.: Наука. 1967. С. 10–22.

  7. Перцев Б.П. Влияние морских приливов ближних зон на земноприливные наблюдения // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1976. № 1. С. 13–22.

  8. Перцев Б.П., Иванова М.В. Расчет нагрузочных чисел Лява для земной модели 508 Гильберта и Дзивонского. Изучение земных приливов. М.: Наука. 1980. С. 42–47.

  9. Перцев Б.П., Иванова М.В. Оценка влияния нагонных вод на значения силы тяжести и высоты земной поверхности в прибрежных районах // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1981. № 1. С. 87–91.

  10. Перцев Б.П., Иванова М.В. Оценка точности вычисления приливных поправок // Физика Земли. 1994. № 5. С. 78–80.

  11. Перцев Б.П. Приливные поправки к гравиметрическим измерениям // Физика Земли. 2007. № 7. С. 18–25.

  12. Смирнов В.И. Курс высшей математики. Т. 3. Ч. 2. С.-Пб: “БХВ-Петербург”. 2010. 812 с.

  13. Спиридонов Е., Виноградова О.Ю. Гравиметрический океанический нагрузочный эффект. Lamdert Acad. Publishing. 2013. 148 с.

  14. Спиридонов Е.А., Виноградова О.Ю. Сравнение результатов расчета океанического гравиметрического эффекта с данными наблюдений // Физика Земли. 2014. № 1. С. 120–128.

  15. Спиридонов Е.А., Юшкин В.Д., Храпенко О.А. Приливной анализ и экспериментальный океанический нагрузочный эффект в Мурманске // Геодезия и Картография. 2014. № 12. С. 21–28.

  16. Спиридонов Е.А., Виноградова О.Ю. Океанический нагрузочный эффект //Изв. ГАО, № 223. Тр. Всеросcийской астрометрической конференции “Пулково-2015”, Санкт-Перербург. 2016. С. 143–148.

  17. Спиридонов Е.А. Амплитудные дельта-факторы второго порядка и их зависимость от широты // Геология и геофизика. 2016. № 4. С. 796–807.

  18. Спиридонов Е.А. Амплитудные дельта-факторы и сдвиги фаз приливных волн для Земли с океаном // Геофизическое процессы и биосфера. 2017. Т. 16. № 2. С. 5–54.

  19. Спиридонов Е.А., Виноградова О.Ю. Результаты комплексного моделирования океанического гравиметрического эффекта // Сейсмические приборы. 2017. Т. 53. № 1. С. 66–80.

  20. Спиридонов Е.А., Юшкин В.Д., Виноградова О.Ю., Афанасьева Л.В. Программа прогноза земных приливов ATLANTIDA3.1_2014: Новая версия // Наука и технологические разработки. 2017. Т. 96. № 4. С. 19–36. [Темат. вып. “Прикладная геофизика: Новые разработки и результаты. Ч. 2. Навигация и космические исследования”].https://doi.org/10.21455/std2017.4-2

  21. Спиридонов Е.А. Новые методы моделирования параметров земных приливов. Диссертация на соискание ученой степени докт. физ.-мат. наук. М.: ИФЗ РАН. 2018. 231 с.

  22. Boy J.-P., Llubes M., Hinderer J., Florsch N. A comparison of tidal ocean loading models using superconducting gravimeter data // J. Geophys. Res. 2003. V. 108(B4). P. 2193. https://doi.org/10.1029/2002JB002050

  23. Bos M.S., Scherneck H.-G. Computation of Green’s functions for ocean tide loading. In G. Xu (ed.): Sciences of Geodesy - ii. Springer Berlin Heidelberg. 2013.P. 1–52.

  24. Carrère L., Lyard F., Cancet M., Guillot A., Roblou L. FES2012: A new global tidal model taking taking advantage of nearly 20 years of altimetry, Proceedings of meeting “20 Years of Altimetry”. Venice. 2012.

  25. Dehant V., Zschau J. The effect of mantle inelasticity or tidal gravity: A comparison between the spherical and the elliptical Earth model // Geophys. J. 1989. V. 97. P. 549–555.

  26. Dehant V., Defraigne P., Wahr J.M. Tides for a convective Earth // J. Geophys. Res. 1999. V. 104. № B1. P. 1035–1058.

  27. Farrell W.E. Gravity Tides. Ph. D. dissertation. Univ. of California, San Diego. 1970.

  28. Farrell W.E. Deformation of the Earth by Surface Loads // Reviews of Geophysics and Space Physics. 1972. V. 10. P. 761–797.

  29. Francis O., Dehant V. Recomputation of the Green’s functions for tidal loading estimations. // BIM. 1987. № 100. P. 6962–6986.

  30. Longman I.M. A Green’s function for determining the deformation of the earth under surface mass loads, 2. Computations and numerical results //J. Geophys. Res. 1963. V. 68. P. 485.

  31. Pertsev B.P. The effect of ocean tides upon Earth-tide observations // Communs Observ. Roy. Belgique. A9. 1970.

  32. Pertsev B.P. Estimation des Influences des Marees Oceaniques sur les Maree // Marees Terrestres, Bulletin d’Information. 1971. P. 3084–3099.

  33. Pertsev B.P. M2 ocean-tide corrections to tidal gravity observations in Western Europe // Ann. Geophys. 1977. V. 33. P. 63–65.

  34. Spiridonov E., Vinogradova O., Boyarskiy E., Afanasyeva L. ATLANTIDA3.1_2014 for Windows: A Software for Tidal Prediction // Bull. Inf. Marées Terrestres. Feb. 2015. № 149. P. 12062–12082.

  35. Wenzel H.G. The Nanogal Software: Earth Tide Data Processing Package Eterna 3.30 // Bull. D’Inf. Maree Terr. 1996. V. 124. P. 9425–9439.

Дополнительные материалы отсутствуют.