Вращение Земли: анализ вариаций и их прогнозирование

• Автор: Зотов, Леонид Валентинович
• Шифр специальности: 01.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с. : ил.

1 Ознакомительная часть
1.1 Исторический обзор
1.1.1 История развития взглядов на вращение Земли
1.1.2 Развитие служб наблюдений в XX веке
1.1.3 Деятельность Международной службы вращения Земли
1.2 Параметры вращения Земли
2 Описание основных моделей
2.1 Подходы к моделированию
2.2 Анализ временных рядов
2.2.1 Спектральный анализ
2.2.2 Вейвлет-анализ
2.2.3 Сингулярный спектральный анализ (ССА)
2.3 Регрессионное моделирование и нейронные сети
2.3.1 Авторегрессионная модель
2.3.2 Средняя квадратическая коллокация
2.3.3 Нейронные сети (НС)
2.4 Динамическое моделирование
2.4.1 Дифференциальные уравнения и динамические системы
2.4.2 Динамическая модель вращения Земли
2.4.3 Фильтр Калмана
2.4.4 Регуляризация
3 Результаты исследований
3.1 Высокочастотные вариации во вращении Земли по РСДБ и GPS
наблюдениям
3.1.1 Наблюдательные данные GPS
3.1.2 Модель приливных вариаций Рея
3.1.3 Наблюдательные данные РСДБ

3.1.4 Об одном эффекте интерполяции
3.2 Анализ отклонений теорий нутации ZP2003 и МАС2000 от РСДБ наблюдений
3.2.1 О теориях нутации
3.2.2 Структурные исследования
3.2.3 Спектральные исследования
3.2.4 Обсуждение расхождений
3.3 Вращение Земли и сейсмичность
3.3.1 Сопоставление сейсмических данных и вращения Земли
3.3.2 Вращение Земли и землетрясение в Индийском регионе
декабря 2004 г
3.3.3 Анализ наблюдательных данных
3.4 Спектральные исследования и прогноз ПВЗ
3.4.1 Спектральные исследования
3.4.2 Методика прогноза
3.4.3 Метод ССА и вейвлет-прогноза с использованием НС
3.5 Динамическое моделирование
3.5.1 Восстановление возбуждающих функций по наблюдениям
3.5.2 Прогнозирование возбуждающих функций
3.5.3 Прогнозирование движения полюса фильтром Калмана
Заключение
Приложение
А Анализ сигналов с использованием аудио-программ
В Использованные сокращения
Список литературы
Воронками изрытые поля Не позабудь и оглянись во гневе Но нас, благословенная Земля Прости за то, что роемся во чреве
В. Высоцкий
Планета Земля является объектом исследования многих наук: геофизики, геодезии, географии и других, названия всех этих наук берут начало от древнегреческого слова “Геа”1. Но только одна наука, название которой происходит от латинского слова “Astrum”2, т.е. астрономия рассматривает Землю как-бы извне, глобально и целостно, как одну из планет во Вселенной. В наше время, которое принято именовать “началом третьего тысячелетия”, нередко можно встретить исследователей планет Солнечной системы [1],[2],[3] и их спутников [4], а также внесолнечных планет и релятивистских объектов - пульсаров [5],[6], которые используют теории, созданные в ходе исследования Земли, прошедшие бескомпромиссный отбор и подтвержденные наблюдениями. Именно такие теории могут служить надежной опорой при исследовании еще неизвестного и таинственного в природе, в меру общности ее законов. Свои представления о мире человек приобретает сначала в своей колыбели, затем во дворе, на своей Родине, на своей Земле. И лишь исходя из них, отталкиваясь от Земли он может перейти к исследованиям Неба. Пока человечество не окажется непосредственно у других звезд, лишь результаты исследований
1Гга - Земля (греч.)
2Astrum - звезда (лат.), также Stella
- прецессией и нутацией, R - угловым вращением Земли. Очевидно, что использование пяти параметров предполагает наличие некоторой промежуточной системы координат. Раньше такая система задавалась с использованием средней оси вращения Земли, проходящей через Международный эфемеридный полюс (МЭП). Положение этой оси в МНСО описывалось теорией прецессии и нутации и не содержало компонент с периодом менее 2 суток. Согласно резолюциям, принятым на XXIV ассамблее MAC в 2000 г. и вступившим в силу 1 января 2003 г. [36], Международный эфемеридный полюс (МЭП), который до этого определял положение усредненной оси вращения Земли, заменен небесным промежуточным началом (НПН), или полюсом средней оси Тиссерана. Таким образом, промежуточной системой теперь является система Тиссерана. В ГНСО и МЗСО введены точки, лежащие на экваторе промежуточной системы отсчета, названные соответственно Небесным эфемеридным началом (НЭН) и земным эфемеридным началом (ЗЭН). Обе эти точки являются, так называемыми, невращающимися началами (НН). Углом вращения Земли (УВЗ) принято считать угол в между этими двумя точками, измеренный по экватору промежуточной системы отсчета т.е. в плоскости, перпендикулярной оси, проходящей через НПН и геоцентр. Движение НПН в небесной системе отсчета не содержит компонент с периодами менее 2 суток (частоты от -0.5 до 0.5 циклов за звездные сутки исключены), и определяется теорией прецессии и нутации МАС2000 с точностью не хуже 0.2 мс дуги, поправки определяются из наблюдений. Во вращающейся земной системе отсчета изменение положения НПН происходит с частотами, лежащими вне обратного суточного диапазона (частоты от -1.5 до -0.5 циклов в звездные сутки исключены) и определяется координатами полюса хр и ур. Координаты полюса определяются в прямоугольной системе, центр которой связан с полюсом МЗСО, ось X направлена вдоль Международного опорного меридиана (МОМ) (проходящего примерно в ста метрах от отметки Гринвической обсерватории), ось Y - по направлению меридиана 90° западной долготы. Движение полюса, в основном, определяется из