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中科院上海天文台在国际地球自转参数EOP预报竞赛中获得佳绩

时间:2022-11-09来源:中国科学院上海天文台

    近日,中科院上海天文台地球自转研究团队在国际EOP预报竞赛中获得佳绩。研究团队围绕国际上已有各主流预报方法存在的缺陷,有针对性地建立了一套全新的极移短期预报框架,使它能够与多种预报方法相结合来提高EOP预报精度,极移短期(10天内)预报精度位于国际前列。

    地球是一个非常复杂的动力学系统,包括固体内核、流体外核、地幔、地壳、海洋、大气等圈层。地球除了受日月行星的引力作用外,这些圈层还在各种时间和空间尺度上发生多种耦合作用,因此地球的自转和在空间的指向状态(用地球定向参数EOP来描述)一直在变化,而且是非常复杂且难以预测的。EOP包括极移(两个分量PMX、PMY)、日长变化或世界时和岁差章动等参数,它们是连接地球参考系与天球参考系之间的转换参数,因此对EOP的精确测定和预报不仅在天文与地球科学研究中有重要意义,而且对人造卫星和空间飞行器的精密定轨以及全球卫星导航系统等方面都有重要作用。但由于地球自转的变化规律非常复杂,因此对EOP的高精度预报一直是一个巨大挑战。

    长期以来,国际上对EOP预报极其重视,并专门举办国际竞赛以鼓励相关科研人员提出新的方法来提高预报精度。在2006年至2008年期间,第一届EOP预报竞赛(EOP PCC)对不同EOP预报方法提供了全面的评估,并在改进大地测量数据处理,提供大气、海洋和陆地水等角动量数据和实时服务方面取得了很大进展。在此基础上,第二届EOP预报竞赛于2021年9月1日开始举办并将持续到2022年底,以重新评估各项EOP参数的预报能力[1]。目前共有28家机构33个团队参与此次竞赛,几乎包括国际上所有从事EOP研究和应用的单位,例如国际地球自转与参考架服务组织(IERS)、德国地学研究中心(GFZ)、美国喷气推进实验室(JPL)等。

    中国科学院上海天文台地球自转变化研究团队在地球自转理论、地球内部物理与动力学、EOP数据分析与预报、多技术综合地球参考架等方面有二十多年的研究历史,取得了一系列重要的研究成果。团队积极参与了此次竞赛活动,在青年研究员段鹏硕等的指导下,在读博士生胥灿灿深入研究了国际上已有各主流预报方法存在的缺陷,并有针对性地建立了一套全新的极移短期预报策略,它能够与多种预报方法结合并提高预报精度。在2022年10月18日于希腊召开的IAG国际研讨会——地球科学应用参考框架(REFAG 2022)上,竞赛组织官方发布的中期报告(本次报告只提供了短期预报即1-10天内的预报结果)显示[2](如下图),上海天文台参赛团队的极移短期(10天内)预报精度位于国际前列,特别是PMX在5-10天的预报精度在33支团队中是冠军。

    团队负责人黄乘利研究员展望道:“通过对预报模型与实测值的对比,可以帮助我们深入理解地球自转变化的规律及其背后的物理机制。我们将进一步从机制入手开展研究,并拓展新方法在其它方面的应用。”

    图:在2021年9月1日至2022年8月22日期间,各参赛团队的 EOP-PMX (上子图)和 PMY (下子图)预报精度对比;横轴是预报天数,纵轴是预报精度(MAE为平均绝对误差,单位是毫角秒);右侧图例是各参赛团队的编号,其中编号200是 IERS 提供的结果,其预报精度在国际上被视为参考标准;上海天文台团队编号是138,上子图右下部位的红圈突出展示了本队关于PMX预报精度在5-10天上的结果,在33支团队中精度是最高的。

参考文献:

[1] 第二届EOP 预报竞赛官方主页:http://eoppcc.cbk.waw.pl/

[2] Tomasz Kur, Justyna Sliwińska, Jolanta Nastula, Henryk Dobslaw, Malgorzata Wińska, Aleksander Partyka. 2022. Annual summary of the Second Earth Orientation Parameters Prediction Comparison Campaign (2nd EOP PCC). REFAG 2022 Reference Frames For Applications in Geosciences, 2022.10.17-20,Thessaloniki, Greece

 

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