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用计算机演绎精密引潮位

2000-07-03 来源:光明日报  我有话说

课题负责人介绍:

郗钦文1938年生,1961年毕业于武汉测绘学院大地测量系。中国地震局分析预报中心研究员。从事固体潮汐、误差理论与数据处理研究。中国地震学会、地球物理学会、测绘学会会员。曾获中国地震局科技进步一等奖,国家自然科学二等奖。

引潮位是指天体(日、月及行星)引起潮汐的位(能)函数。引潮位展开是天体引潮位的封闭公式的调和展开,即按其数学天文原理的完全解析展开。其中涉及地球自转与公转、月地运动、天体位置、行星摄动、岁差、章动、地球参考系以及时间系统等现代天文问题。它是固体潮汐研究的基本理论问题,也是潮汐观测分析与研究工作的基础。

自杜德森(DoodsDn)1921年发表引潮位展开以来,直到1961年,卡特赖特—泰勒(Cartwright-Taylard)才发表了引潮位之新计算。由于科学技术的发展,新的天文参数与地球形状参数不断更新,月亮布朗系数的重新计算以及潮波振幅系数长趋势变化的发现,使得有必要对引潮位展开重新计算。

我们在新的条件下进行了新的引潮位展开,并多次改进,最后得到日月引起的潮波3070项。这一新成果已被国际会议推荐用于高精度潮汐数据分析。

引潮位展开这样浩繁的解析演算是难以用手工完成,我们发展了计算机演绎方法。首先,将问题及各种公式化为适于计算机表达的形式;然后,利用计算机的逻辑与字符处理功能,进行字符运算(或称符号演算)及少量数值计算,完成公式推导,称为计算机演绎,类似于手工公式推导演算。

利用计算机演绎方法,我们成功地解决了包括日月行星以及地球形状影响的引潮位展开。形成完整的包括日月行星及地球形状影响的行星地球潮汐模型。在展开中直接引入倾角章动及黄经章动。

为了使引潮位公式表达更加简练,展开更具逻辑性、程序化,我们定义了一组一般意义下的完全规格化的面球谐函数,发展了规格化的面球谐函数递推公式,并据此改进了引潮位公式演绎程序。由于递推公式的引入,使外国人认为只能是手工操作的引潮位展开计算工作,成为极易实现的自动化程序,而且计算时间比国外学者下降了3个量级。

我们研究了地球扁率对引潮位影响,建立了这一影响的数学表达式,并统一将其用规格化的面球谐函数表示,得到了地球扁率影响的新的引潮位潮波15项。

关于行星引潮位的演绎展开,由于内行星在上合与下合时的地心距离比率变化悬殊,展开收敛极其缓慢。应用国外软件,在超级计算机上运行13天也无法解决这一问题。应用我们发展的公式演绎法,克服了这一困难,顺利完成了行星(主要是金星与木星)引潮位的展开,共含潮波296项。

我们早期关于引潮位展开的研究工作业已得到国外学者的承认,国际上称为“Xi(郗)引潮位展开”,经国外多位学者检验、比较,作为完全调和展开,无论在时间域或频率域都具有最高的精度。并已被德、比、法、美、加等国学者使用。

我们发展的规格化的面球谐函数递推公式,对地球物理研究以及地球自转研究与计算,特别是对需要得到解析结果的计算或符号运算颇为重要。

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