地球自轉變化是地球（包含大氣）復雜物理過(guò)程以及天體相互作用的運動(dòng)表現，為大地測量與地球物理交叉領(lǐng)域的重要研究課題，定量研究地球自轉速率（日長(cháng)）的年際尺度變化特征及其機制問(wèn)題對于深入認識地球內部的結構、核幔系統的電磁耦合信息以及內核動(dòng)力學(xué)過(guò)程等都具有十分重要的意義。中國科學(xué)院測量與地球物理研究所大地測量與地球動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室段鵬碩博士、劉根友研究員、胡小剛研究員、趙進(jìn)碩士與中國科學(xué)院上海天文臺黃乘利研究員合作，在日長(cháng)年際變化特征及其機制研究方面進(jìn)行了深入研究，取得了最新進(jìn)展。
研究團隊利用測地所提出的標準小波變換方法在國際上首次探測到日長(cháng)6年信號的長(cháng)期衰減現象，并進(jìn)一步基于地球角動(dòng)量方程在理論上解決了該信號產(chǎn)生的物理機制及其衰減現象產(chǎn)生的機理。相關(guān)論文近日在國際地學(xué)著(zhù)名期刊《地球和行星科學(xué)通訊》（Earth and Planetary Science Letters）在線(xiàn)發(fā)表，題目為《日長(cháng)年際振蕩的機制及其對核幔邊界電磁耦合的約束》（Mechanism of the interannual oscillation in length of day and its constraints on the electromagnetic coupling at the core-mantle boundary）。該研究表明：日長(cháng)6年信號本質(zhì)上是固體內核在地球發(fā)電機理論預測的隨機扭矩（與液態(tài)外核扭轉振蕩有關(guān)）作用下做類(lèi)似于單擺的復合擺動(dòng)而向地幔傳遞角動(dòng)量的結果，其中地幔-內核之間的引力耦合扭矩提供該擺動(dòng)所需恢復力；但是該擺動(dòng)的能量（振幅）會(huì )受到核幔邊界的電磁耦合的耗散效應而衰減，其中，內核擺動(dòng)的本征周期為6 年，核幔系統的綜合品質(zhì)因子（
值）約為51.6。在理論上推導出核幔邊界電磁耦合效應與日長(cháng)6 年信號 值之間的數學(xué)表達式，進(jìn)一步基于最新的核幔引力耦合強度、內核邊界的徑向磁場(chǎng)強度對地幔-內核引力耦合系統的品質(zhì)因子（
值）做約束，在1962至2012 年間日長(cháng)6 年波動(dòng)信號做自由衰減的假設下，得到核幔邊界徑向磁場(chǎng)強度0.52mT-0.62mT。
該項研究得到國家自然科學(xué)基金項目“日長(cháng)年際變化信號的定量提取及其物理機制研究”和國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展計劃（973項目）“核幔耦合作用與亞年代至世紀尺度地球自轉及磁場(chǎng)變化關(guān)系研究”以及中國博士后科學(xué)基金聯(lián)合資助。
相關(guān)論文的鏈接如下：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X1730643X
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031920117300055
圖1 去除AAM效應的日長(cháng)時(shí)間序列（1962至2012年）；利用NMWT方法提取的日長(cháng)6年信號的時(shí)間序列；黑線(xiàn)表示去除AAM效應后的LOD序列；藍線(xiàn)表示基于小波低通濾波方法得到的日長(cháng)10年尺度以上的背景趨勢變化；綠線(xiàn)是利用NMWT方法提取出的日長(cháng)6年信號；紅線(xiàn)是背景趨勢和6年信號的疊加
圖2 (a) 為地球內核的自由擺動(dòng)模型; 引力耦合提供內核擺動(dòng)所需要的恢復力，擺動(dòng)周期為；我們在地固參考系中會(huì )觀(guān)察到內核做類(lèi)似于鐘擺而在平衡位置附近的來(lái)回擺動(dòng)現象；其中紅色所示狀態(tài)為平衡狀態(tài); 藍色為受到隨機扭矩后產(chǎn)生的非平衡狀態(tài)；(b)為單擺模型，周期，如果不考慮空氣阻尼，它會(huì )無(wú)止境的擺動(dòng)下去
