Геофизические исследования: статья

АТМОСФЕРНЫЙ ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
Е.А. СПИРИДОНОВ
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Журнал: Геофизические исследования
Том: 20
Номер: 3
Год: 2019
Страницы: 45-70
УДК: 550.34.01
DOI: 10.21455/gr2019.3-4
Полный текст статьи
Ключевые слова: земные приливы, атмосферный гравиметрический эффект, гравитационное притяжение атмосферы, атмосферный нагрузочный эффект
Аннотация: Современные гравиметрические измерения позволяют изучать как глобальные, так и местные особенности внутреннего строения Земли, получать всё более достоверные оценки упругих модулей и факторов добротности мантии. Важное значение имеет изучение резонансных эффектов внешнего и внутреннего ядра, а также волн больших периодов. В этой связи особенно важна правильная и надежная интерпретация данных гравиметрических измерений, для чего среди прочего необходим точный расчет атмосферного гравиметрического эффекта, суммарная амплитуда которого на разных пунктах наблюдения может достигать 5-10 мкГал. В настоящей работе представлена методика расчета атмосферного гравиметрического нагрузочного эффекта и прямого ньютоновского притяжения атмосферы. Все вычисления проводятся в приближении простого слоя. Вычисление атмосферных эффектов выполнено путем разложения приземного атмосферного давления по сферическим функциям до порядка n =360. В качестве исходных данных использованы значения приземного атмосферного давления, полученные в рамках современного европейского проекта повторного анализа ERA 5. Расчет нагрузочного эффекта проводился по нагрузочным числам Лява, вычисленным автором настоящей работы для случая неупругой вращающейся самогравитирующей эллипсоидальной Земли [ Спиридонов , 2017; Спиридонов , Виноградова , 2017]. Даны оценки относительных погрешностей вычислений, возникающих как вследствие замены реальной толщи атмосферы простым слоем, так и по причине конечности порядка разложения атмосферного давления по сферическим функциям. Для этого проанализированы погрешности соответствующих интегралов для стандартной атмосферы, а также проведен сравнительный анализ карт разложений приземного атмосферного давления до порядков 180, 360 и 720. Итоговая суммарная относительная погрешность вычислений составила 0.01 %. Получены численные оценки абсолютных значений атмосферного гравиметрического эффекта и возможных диапазонов изменения коэффициентов регрессии в зависимости от погодных и местных условий.
Список литературы: Атмосфера стандартная. Параметры. ГОСТ 4401-81. М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. 181 с.

Идельсон Н.И. Теория потенциала. Л.: ОНТИ, НКТН, 1936. 424 с.

Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 751 с.

Перцев Б.П. Оценка влияний морских приливов на земные в пунктах, удаленных от океанов // Земные приливы и внутреннее строение Земли / Под ред. Н.Н. Парийского. М.: Наука, 1967. С.10-22.

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

Спиридонов Е.А. Амплитудные дельта-факторы и сдвиги фаз приливных волн для Земли с океаном // Геофизические процессы и биосфера. 2017. T. 16, № 2. С.5-54. https://doi.org/10.21455/gpb2017.2-1

Спиридонов Е.А., Виноградова О.Ю. Результаты комплексного моделирования океанического гравиметрического эффекта // Сейсмические приборы. 2017. Т. 53, № 1. С.66-80. https://doi.org/10.21455/si2017.1-5

Boy J-P., Gegout P., Hinderer J. Reduction of surface gravity data from global atmospheric pressure loading // Geophys. J. Int. 2002. V. 149. P.534-545.

Boy J-P., Chao B.F. Precise evaluation of atmospheric loading effects on Earth’s time-variable gravity field // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. B08412. doi: 10.1029/2002JB002333

Dee D.P., Uppala S.M., Simmons A.J., Berrisford P., Poli P., Kobayashi S., Andrae U., Balmaseda M.A., Balsamo G., Bauer P., Bechtold P., Beljaars A.C.M., van de Berg L., Bidlot J., Bormann N., Delsol C., Dragani R., Fuentes M., Geer A.J., Haimberger L., Healy S.B., Hersbach H., Hólm E.V., Isaksen L., Kållberg P., Köhler M. et al. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2011. V. 137. P.553-597. doi: 10.1002/qj.828

Merriam J.B. Atmospheric pressure and gravity // Geophys. J. Int. 1992. V. 109. P.488-500.

Petrov L., Boy J.P. Study of the atmospheric pressure loading signal in very long baseline interferometry observations // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. B03405. doi: 10.1029/2003JB002500

Spratt R.S. Modelling the effect of atmospheric pressure variations on gravity // Geophys. J. R. Astr. Soc. 1982. V. 71. P.173-186.

Warburton R.J., Goodkind J.M. The influence of barometric pressure variations on gravity // Geophys. J. R. Astr. Soc. 1977. V. 48. P.281-292.