Оглавление (стр. 2 )

Внутренние факторы обусловлены: тектоническими, природными, техногенными и другими геодинамическими процессами.

Совокупность внешних и внутренних геодинамических процессов, изменяющих плотность и перемещающих земные массы внутри и на поверхности планеты, а также последствия этих деформаций обуславливают собственное изменение силы тяжести.

Если из внешнего потенциала силы тяжести Земли выделить постоянную (стационарную) часть, то его изменяющуюся часть можно представить как динамическую составляющую.

Скорость изменения динамической составляющей потенциала силы тяжести и соответствующих его характеристик может быть представлена в виде разложения в ряд по сферическим функциям:

  (1)

где - коэффициенты разложения скоростей изменения динамических составляющих потенциала и его характеристик в ряд по сферическим функциям. Эти коэффициенты позволяют определить скорости изменения стоксовых постоянных (моментов инерции) Земли различных порядков, при этом коэффициент так как общее количество земной массы практически не изменяется.

С повышением точности новых средств изучения фигуры Земли и ее гравитационного поля практическое значение приобретает разработка теории и методов изучения динамики гравитационного поля и физической поверхности Земли.

В связи с этим гравитационное поле и фигуру Земли представляют как сложную динамическую  систему, состоящую из двух слагаемых:

,  (2)

где представляет в общем виде математическую модель системы в пространственно-временной области;

t - момент времени, на котором исследуется поведение системы;

t0 - начальный момент времени в интервале;

d - определенная точка пространства;

B - параметры математической модели.

- первое слагаемое математической модели системы, обусловленное реальным распределением масс внутри Земли и движением ее как планеты; это слагаемое гравитационного поля и фигуры Земли представляет собой стационарную часть, соответствующую какой-либо начальной эпохе, определяемую на основании фундаментальной теории [2];

t0 - начальный момент времени в интервале;

B0 - параметры математической модели на начальный момент времени в интервале.

Второе слагаемое математической модели системы, представляющее суммарную динамическую составляющую гравитационного поля и фигуры Земли, обусловленную влиянием космических, геофизических и техногенных геодинамических процессов:

  (3)

где - изменение, обусловленное движением полюсов;

- изменение, обусловленное неравномерностью вращения Земли;

- изменение, обусловленное движением тектонических плит;

- изменение, обусловленное техногенной деятельностью человека, связанной с перемещением крупных масс на земной поверхности;

- изменение, обусловленное гравитационным влиянием космических объектов;

- изменение, обусловленное другими геодинамическими процессами.

Для ряда геофизических, космических и техногенных геодинамических процессов в настоящее время известны основные их параметры и имеется другая информация, необходимая для построения их динамических моделей. К таким геодинамическим процессам можно отнести: движение полюсов, неравномерное вращение Земли, движение тектонических плит, перемещение больших водных масс при создании крупных водохранилищ, перемещение воздушных масс, изменение уровней внутренних водоемов, изменение уровня мирового океана, влияние Луны, Солнца и планет на изменение гравитационного поля и фигуры Земли. Эти данные позволяют строить соответствующие математические модели и вычислять временные изменения гравитационного поля Земли (ГПЗ) и его характеристик в точках земной поверхности [3–12].

Первое слагаемое представляет собой основную, практически не изменяющуюся со временем стационарную часть ГПЗ и его характеристик, обусловленную реальным распределением масс внутри Земли, сложившимся в результате ее исторического развития как планеты на некоторую фиксированную эпоху. Это слагаемое ГПЗ характеризует глубинные неоднородности строения земной коры, верхней и нижней мантий, а также ядра. Для определения стационарной части ГПЗ и его характеристик используют планетарные модели. Планетарные модели гравитационного поля Земли выводят тремя методами, основанными на использовании различных данных результатов измерений: по спутниковым данным, по гравиметрическим данным и по комбинированным совместным спутниковым и гравиметрическим данным. Точность и детальность всех трех методов выводов планетарных моделей ГПЗ за последние годы значительно возросла.

Чисто спутниковые модели ГПЗ, основанные на анализе возмущений орбит ИСЗ, такие, как GEM-T3S, GJM-1S и GJM-2S содержат полный набор гармонических коэффициентов до 50-й и 60-й степени [13, 14].

Однако, так как влияние гармоник разложения гравитационного потенциала на орбиты ИСЗ с высотами 800–1 000 км быстро убывает с увеличением учитываемой степени разложения, то разрешающая способность этого метода позволяет точнее, чем по гравиметрическим данным определять гармонические коэффициенты низких порядков, примерно до 16-й степени, и зональные коэффициенты, которые вызывают вековые и долгопериодические возмущения ИСЗ, а также некоторые резонансные до более высоких порядков [13, 14].

При степени разложения n > 14 ошибки определения гармонических коэффициентов становятся сравнимыми с порядком их величин. Поэтому коэффициенты более высоких степеней могут существенно отличаться от их реальных значений. Эти коэффициенты рассматривают как согласующие, специально подобранные для прогноза конкретных орбит.

Чисто спутниковые модели гравитационного поля Земли необходимо иметь и для исследования влияния систематических ошибок гравиметрических съемок на точность определения соответствующих низких гармонических коэффициентов ГПЗ по гравиметрическим данным.

Чисто гравиметрический метод имеет практически неограниченную разрешающую способность. Точность метода зависит от точности и полноты исходной информации для гармонического анализа аномалий силы тяжести, измеренных на земной поверхности, а также от методов их предварительной обработки (вывода средних значений для элементарных трапеций, учета влияния рельефа) и наибольшей степени учитываемых гармоник.

Гармонические коэффициенты чисто гравиметрическим методом при n > 16 определяются значительно точнее, чем чисто спутниковым методом. Поэтому чисто гравиметрические модели планетарного гравитационного поля необходимо иметь для оценки реальной точности определения гармонических коэффициентов высоких порядков чисто спутниковым методом. Эти модели также необходимы для определения отклонений морской топографической поверхности, определяемой по спутниковым альтиметрическим данным, от поверхности геоида.

Эффективность применения чисто гравиметрического метода затрудняется недостаточной гравиметрической изученностью акватории Мирового океана, районов Центральной Азии, Африки, Южной Америки и Антарктиды.

Применение метода спутниковой альтиметрии позволило существенно улучшить гравиметрическую изученность всех акваторий морей и океанов вычислением аномалий силы тяжести для одноградусных площадок по альтиметрическим высотам геоида и построить планетарные модели квазигеоида по гравиметрическим и спутниковым альтиметрическим данным с точностью порядка 1,5; 2 м [13, 14]. Определяемые аномалии силы тяжести по спутниковым альтиметрическим данным имеют ограниченную разрешимость, обусловленную:

технологией альтиметрических измерений (частотой радиоимпульсов и их продолжительностью, ошибками определения положения спутника на орбите, диаметром пятна области рассеяния радарного отражения от рельефа измеряемой поверхности и др.); учетом инструментальных погрешностей; учетом влияния атмосферных и океанографических помех; учетом отклонений морской топографической поверхности от геоида; методикой вывода средних аномалий силы тяжести для одноградусных трапеций.

Влияние этих факторов ограничивает применение аномалий силы тяжести, полученных по спутниковым альтиметрическим данным, построением планетарных моделей гравитационного поля Земли с учетом сферических гармоник до 180-го порядка.

В настоящее время наиболее точные планетарные модели гравитационного поля и фигуры Земли получают комбинированным методом с учетом гравиметрических, орбитальных спутниковых и альтиметрических данных. Модели OSU-91 и GFZ включают гармонические коэффициенты разложения геопотенциала в ряд по сферическим функциям до 360-й степени и модель ЦНИИГАиК ГАО-95, соответствующую разложению аномалий силы тяжести в ряд по сферическим функциям до 180-й степени. Национальным управлением геопространственной разведкой США была создана новая модель ГПЗ EGM 2008. Эта модель включает в себя детальные гравитационные аномалии в разрешении 5 × 5 угловых минут и использует преимущества новейших спутниковых решений на базе GRACE*, содержит улучшенные, полученные из альтиметрии аномалии силы тяжести и модели динамической топографии океана.