2009年日全食期间黄梅台的固体潮扰动＊

吕品姬 赵 斌 陈志遥 李正媛 林穗平

(1)中国地震局地震研究所,武汉 430071 2)地壳运动与地球观测实验室,武汉 430071 3)中国地震台网中心,北京 100045)

2009年日全食期间黄梅台的固体潮扰动＊

吕品姬1,2)赵 斌1,2)陈志遥1,2)李正媛3)林穗平1)

(1)中国地震局地震研究所,武汉 430071 2)地壳运动与地球观测实验室,武汉 430071 3)中国地震台网中心,北京 100045)

对 2009年 7月 22日日全食期间,黄梅固体潮观测台站 3种固体潮观测仪器的观测数据进行了分析,发现 3种观测数据都存在小幅扰动现象。其中,洞体应变南北分量扰动幅度为 27.6×10-10,东西分量幅度为 9.52× 10-10,水管与宽频带垂直摆北南分量扰动幅度分别为 0.88毫秒与 1.84毫秒。进一步的分析表明,扰动与气温变化具有较强相关性。

日全食;固体潮;固体潮观测仪;扰动;气温变化

1 引言

2009年 7月 22日在中国大陆长江流域发生的日全食又叫 2009年长江大全食或 2009年长江大日食。从初亏至复圆长达两个多小时,许多地方的日全食持续时间长达五六分钟,可以说这是近百年来出现的最完美的一次日全食。

1915年爱因斯坦根据广义相对论理论,曾推断光线在引力场中要弯曲,并在 1919年 5月 29日的日全食观测中爱因斯坦的推断得到证实。因此,几十年来,国内外许多学者都先后尝试在日全食发生时观测重力变化,以探测月球对太阳引力场可能的屏蔽作用,探索引力场性质与变化的方法[1]。1995年 10月 24日有观测者在印度的 Dhoraji镇测量到日全食前约 1小时的重力异常[2];1997年 3月 9日我国黑龙江漠河日全食的重力观测结果尤其令人振奋,我国科学家首次在漠河日全食期间发现有两个(4～7)×10-8ms-2的异常重力场低谷,这两个重力谷对称地发生在日食“初亏”和“复圆”之际[3]。

如果日全食期间确实存在重力固体潮的变化,那么在观测精度大大提高、采样率加密的情况下,我们是否可以发现日全食对于固体潮水平方向的观测——即定点倾斜观测或水平应变固体潮观测造成的影响呢?

2 黄梅台倾斜、应变固体潮观测得到的日全食期间的扰动

此次长江大全食发生后,参考中央气象台发布的全国降水量实况图,我们首先选取了日全食观测带上远离降雨区域的黄梅固体潮地震台作为考察点(图 1),研究日全食对水平应变固体潮观测造成的影响。

黄梅台形变观测山洞洞体为完整的花岗岩,覆盖层厚度为 28～40 m,洞室采取了防水、防潮处理,洞内保持日温差 ＜0.1℃、年温差 ＜0.5℃,观测项目有倾斜、洞体应变,仪器墩为完整的花岗岩石墩。台站观测环境及台站建设均严格按照台站观测环境标准[4]及台站建设标准[5]建设。近二十年的观测结果显示,其固体潮观测资料完整率高,资料质量在省局及全国评比中多次获得优秀,并获中国地震局和湖北省地震局科技进步奖。现运行的仪器有 DSQ型水管倾斜仪、VP型宽频带垂直摆倾斜仪、SS-Y型洞体应变伸缩仪和WYY-1型气象三要素(气温、气压和降雨量)观测仪,仪器均为分钟值采样。其中,宽频带垂直摆倾斜仪是在VS型垂直摆倾斜仪的基础上研制的新型地倾斜观测仪器。相对VS型垂直摆倾斜仪,宽频带垂直摆倾斜仪在测量频带宽度、增益稳定性、仪器调零、校准等方面都做了明显的改进,此套仪器已在黄梅台进行了近 3年的试验观测,资料稳定可靠。

图1 黄梅固体潮观测台站位置Fig.1 Location of the Huangmei tide observation station

2009年 7月 21—23日黄梅台水管仪、宽频带垂直摆、洞体应变伸缩仪以及气温、气压观测曲线见图 2,观测曲线中的阴影部分为日食出现的时段。通过对黄梅台日食前后共 3天的倾斜、应变及气象三要素观测资料进行分析,发现在日全食发生的近3个小时时间里,水管仪南北分量、洞体应变伸缩仪南北分量、东西分量宽频带垂直摆倾斜仪南北分量观测曲线均出现了小幅扰动现象。

将固体潮观测数据进行去除固体潮处理,同时提取气温和气压观测数据相应时段的变化,绘制成图3。

从图 3可以看到洞体应变南北分量扰动幅度为27.6×10-10、东西分量扰动幅度为 9.52×10-10,水管仪南北分量扰动幅度为 0.88毫秒,宽频带垂直摆南北分量扰动幅度为 1.84毫秒。日全食时段内 (3小时内)的气温变化为 3.8℃,占当日气温总变化量的 40.69%,气压变化为 1.62×102Pa,占当日气压总变化量的 30.57%。将日全食期间几个固体潮观测分量的扰动幅度与当日变幅之比列于表 1。伸缩仪北南分量扰动幅度与当日变幅百分比最大,说明应变南北分量受影响大。

图 2 黄梅台洞体应变伸缩仪、水管仪及宽频带垂直摆观测曲线(2009-07-21—23)Fig.2 Observation curves of extensometer,water tube tilt meter and broadband vertical pendulum tiltmeter at Huangmei station(2009-07-21—23)

图 3 日全食前后黄梅台观测数据扰动变化(2009-07-22T08：00—10：59)Fig.3 Disturbance changes of observations at Huangmei station before and after total solar eclipse(2009-07-22T08：00—10：59)

为了更直观地表现该时段固体潮变化与气象资料的关系,我们将主测项 (洞体伸缩仪、水管仪和宽频带垂直摆倾斜仪)与气温及气压变化绘制于同一坐标(图 3)。从图 2可以看出：伸缩仪南北分量、伸缩仪东西分量及宽频带垂直摆倾斜仪南北分量与温度变化具有较强的正相关性,与温度变化同步,几乎不存在时间滞后;水管南北分量与温度变化形态呈负相关性或者说存在 1小时左右的时间滞后;所有分量与气压变化的相关性较弱,伸缩仪南北分量、伸缩仪东西分量及宽频带垂直摆倾斜仪南北分量在 8点 20分至 8点 40分期间的变化与气压变化有一定关系,其中伸缩仪北南分量与气压变化一致,表现为气压变大、伸缩仪呈张性变化,气压减小、伸缩仪呈压性变化;伸缩仪东西分量则与气压变化相反,但基本无明显的滞后;宽频带垂直摆南北分量变化形态与气压变化相同,但存在约 10分钟的相位滞后;水管南北向变化与气温的变化具有一定的负相关,而对于气压的变化存在约 1.5小时的滞后响应。

表 1 日全食期间黄梅台观测到的扰动幅度Tab.1 D isturbance amplitude observed at Huangmei station during total solar eclipse

3 结论及讨论

通过对黄梅台的观测资料分析结果来看,其固体潮观测资料在日全食期间的影响机理似乎是由于日全食期间气温瞬间大幅变化引起台站周围地表介质微变形,从而引起伸缩仪、水管仪或宽频带垂直摆固体潮观测数据的扰动现象的发生。这些扰动与之前的研究结果所提到的扰动机理不同,日全食是否会对固体潮观测造成影响,还有待于资料的积累,以及对现有观测数据的深入分析。

1 曹家骧.我国科学家率先获观测记录日全食期间重力有异常现象[R].文汇报,2001年 4月 7日.

2 Mishra D C and Rao M B S.Temporal variations in gravity field during solar eclipse on 24 October 1995[R].NASA www网站.

3 Qianshen Wang and Xinshe Yang.Precise measurement of gravity variations during a total solar eclipse[J].Physics Review,2000,D(62)：41 101-41 103.

4 地震台站观测环境技术要求 (第 3部分)：地壳形变观测[S].中华人民共和国国家标准 GB/T 19531.3-2004.

5 地震台站建设规范地形变台站 (第 1部分)：洞室地倾斜与地应变台站[S].中华人民共和国地震行业标准DB/T 8.1-2003.

6 Liu Shaoming andMichel van Ruymbeke.Search for gravitational absorption effect during total solar eclipse of August 11,1999[J].大地测量与地球动力学,2004,(4)：13-18.

TIDAL D ISTURBANCE OBSERVED AT HUANGM EI STATION DURING SOLAR ECL IPSE,2009

LǖPinji1,2),Zhao Bin1,2),Chen Zhiyao1,2),Li Zhengyuan3)and Lin Suiping1)

(1)Institute of Seism ology,CEA,W uhan 430071 2)CrustM ovem ent Lasortory,W uhan 430071 3)China Earthquake Net work Center,B eijing 100045)

The total solar eclipse took place on July 22,2009 in Yangtze River basin of China is the most important,the longest total eclipse of this century,that the maximum duration of totality reaches 6 minutes 39 seconds.The Huangmei tide observation station having three sets of tide observation instruments is located in the region.A little disturberwas found during the total eclipse.The disturber in the north-south direction of the extensometer is about 27.6×10-10and in the east-west direction about 9.52×10-10.The disturbers in the water tube tiltmeter and in the north-south direction of the broadband vertical pendulum tilt meter are about 0.862 millisecond and 1.84 millisecond respectively.The temperature,pressure and rainfall observation data during the total solar eclipse are considered and it is found that there are the strong correlation between these disturbers and temperature change.

total solar eclipse;total solar eclipse;solid earth tide observation;disturbance;change of temperature

1671-5942(2010)Supp.(Ⅰ)-0116-04

2009-12-27

公益性行业科研专项经费项目(2007GYB092-1);地震行业专项(200808056;200808033);中国地震局地震研究所所长基金(IS200726010)

吕品姬,女,助理研究员,主要从事地壳形变观测与管理、地壳形变资料分析研究.E-mail：pinjilv@163.com

P315.72+6

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