地球的呼吸、扁率变化和地球自转：看得见的潮汐形变

                       吉林大学:杨学祥,杨冬红

关键提示

       我们定义，月亮近地潮和日月大潮的间隔时间超过3天，为弱潮汐时期。2013年4月-8月；月亮近地潮和日月大潮的间隔时间不超过3天，为强潮汐时期。

      潮汐组合以日月大小潮与月亮赤纬角对应来划分，变化周期为13.6天、27.3天，与地球自转速度变化有明显的对应关系，可激发地震火山活动和冷空气活动。两个潮汐组合之间大致为6.8天，每月有4-5个潮汐组合。

      计算表明，日月大潮与月亮赤纬角最小值相遇（日、月、地在赤道面成一线）使地球扁率变大，地壳容积变小，地球自转减慢，低纬度地区地球表面地壳纬向扩张，径向收缩，有利于南北挤压东西张裂的地震和火山活动；日月大潮与月亮赤纬角最大值相遇使地球扁率变小，地壳容积变大，地球自转变快，低纬度地区地球表面地壳纬向收缩，径向扩张，有利于东西挤压南北扩张的地震和火山活动。这是不同地区不同类型的地震火山在不同的潮汐组合发生的原因。

35度临界纬度

      M.B.斯托瓦斯把地球作为体积不随时间变化的不等速的二轴椭球体，计算了它的基本参数随扁率或偏心率变化而发生的变化，得出南北纬35^o线不随扁率变化而伸缩，由于其固定不变的特性而称为临界纬度。相反，南北纬62^o与赤道纬度，当地球扁率发生变化时，互为消长，称为共轭纬度[3]。0^o和62^o共轭纬度以及35^o临界纬度在大气环流和海洋环流中的特殊作用，表明地球扁率变化在大气环流和海洋环流中可能起到某中特殊作用。

      本文计算结果表明，一个旋转速度不断增大的气体星球，在扁率不断变大的过程中，被削平的两极突起通过35^o不变圈向赤道流动，形成一个几乎静止的（相对星球自转方向相反的快速旋转）大气环流。在星球外部看来，加速旋转的气体星球象一个层层包裹的洋葱，每层的旋转速度不同，中心转速快，外层转速逐渐减小（见图1）。这非常符合木星环的旋转特征：美国学院公园市马里兰大学的Douglas Hamilton和德国海德尔堡马普学会核物理研究所的Harald Krüger发现，行星环中的微粒缓慢围绕木星运转，其形成机制尚不清楚[4]。理论计算结果给出了一个合理的行星环形成机制：变速旋转的气体星球，赤道有慢速旋转的环，两极有快速旋转的帽。

图1  地球变扁南北纬35度线长度不变（杨冬红，2009）

      根据这一变化规律，在引潮力使地球扁率变大时，赤道上空的高速气流，产生与地球自转方向相反的由东向西运动，加大赤道东风带的风速，在外空间看来几乎静止不动；在引潮力使地球扁率变小时，大气赤道突起减小并向两极流动，在南北纬35度线以上的中高纬度地区，形成两极突起，旋转方向与地球自转方向相同，速度加快，加大中纬度地区的西风带风速。这一变化规律与星体大小以及形变规模无关。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-805253.html

      地球自转加快时，赤道至北纬35°地带鼓起，35°至两极之间的地带下陷．上升与下降的交界带为35°线．

地球自转减慢时，赤道至北纬35°地带下陷，35°至两极之间的地带鼓起．上升与下降的交界带为35°线．

其次，太阳和月亮引潮力的长期项是赤道到南北纬35°间的地带为上升区，35°至两极之间的地带为下沉区．其交界带为35°线．

http://www.360doc.com/content/11/0703/00/7237295_131143704.shtml

       赤道和低纬度地区上升，转动惯量变大，自转变慢；高纬度地区下降，转动惯量变小，自转变快。所以，35度线也是地壳自转快慢转变的分界线。

       我们已经论证，潮汐形变是地震的主要动力。由于北纬35度是地球升降反向和旋转反向的分界线，所以，北纬30-40度是垂直升降和水平扭转最剧烈的地区，应该是明显的地震带和火山带。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-679402.html

地球扁率变化导致的地球呼吸

       计算表明，当地球是一非自转的标准球体，表面积最小，容积最大。地球自转导致地球扁率变大，表面积增大，容积变小，所以，潮汐形变导致地球的扁率、表面积、容积的周期性变化，形成地球的呼吸，是地球排气、地震火山活动的基本动力。

      精确测量显示，固体潮、海洋潮、大气潮可以产生地壳、海洋、大气形成20厘米、60厘米、46520厘米的起伏震荡。

      据此计算，大气圈、海洋圈、固体地球的旋转速度增量比也为400：3：1。当日月在赤道，日月大潮在赤道处形成最大潮汐高潮区，地球的大气圈、水圈和岩石圈的扁率变大，自转变慢，由于速度增量比不同，大气圈最慢，水圈其次，固体地球第三，形成赤道大气和海水相对固体地球向西的差异旋转运动。所以，大气和海洋相对固体地球向西运动，使赤道太平洋暖水由东向西运动，赤道信风加强，有利于拉尼娜事件形成；反之，月亮在南北纬28.6度和太阳在南北回归线时情况正好相反，形成赤道大气和海水相对固体地球向东的差异旋转运动，有利于厄尔尼诺的形成。

表1 物质密度、潮汐振幅和日长变化

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-868448.html

      后来发现，大气圈潮汐振幅被低估。其根据是，大气圈、水圈和岩石圈的密度比与潮汐振幅比相同（见表1）。

      应用三轴椭球壳转动惯量计算公式的计算结果表明，地球各圈层潮汐形变的规模不相同，大气圈的起伏约为465m，海洋圈的起伏大约为0.60m，固体地球的起伏约为0.20m，比例为2326：3：1，速度增量比也为2326：3：1。可以对比的是，空气、水、地壳的密度比为3：1：0.00129,是2326：3：1的倒数。当太阳的位置由南北回归线移向赤道，岩石圈的日长增量dT =0.00027s,海洋圈的日长增量为0.00081s，大气圈的日长增量为0.628s。

      赤道处的地表线速度为v = 465m/s,日长T=24小时=86400s，地球的岩石圈、水圈和大气圈的线速度增量dv分别为-0.00000145m/s、-0.00000435m/s和-0.00337m/s，即地球各圈层自转减慢（见表1）。以岩石圈为参照，水圈相对减慢最少，气圈相对减慢最多。这导致赤道东风增强，赤道太平洋热水集中在西太平洋，有利于拉尼娜事件的形成，对应时间为3月末或9月末（春分3月20-22日，秋分9月22-24日，太阳在赤道面上）。

      而在6月末或12月末（夏至6月21或22日，冬至12月21-23日）日月大潮发生在南北回归线附近，地球各圈层自转加快。以岩石圈为参照，水圈相对加快最少，气圈相对加快最多。这导致赤道东风减弱，赤道太平洋热水回流到东太平洋，有利于厄尔尼诺事件的形成，对应时间为6月末或12月末，与季节性厄尔尼诺现象发生在12月25日圣诞节附近的季节性特征相符。季节性厄尔尼诺现象发生在12月末的原因还在于，每年1月3日或4日为地球轨道近日点，太阳引潮力增大10.2%，与11月18日-1月23日（66天）地球自转加速阶段相对应。冬至为12月22日或23日，离地球轨道近日点1月3日或4日很近，太阳潮最强。引起的地球扁率变化也最显著。季节性厄尔尼诺现象发生在每年的12月25日圣诞节附近，就是潮汐改变地球扁率，影响地球自转、大气环流和海洋环流的最好证明。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-805253.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-911733.html

       地球自转周期18.6、29.783、59.555年的振幅是最大的，月亮赤纬角在18.6年内由18.6度变为28.6度，完成一个周期循环。在月亮赤纬角为28.6度时期（1986-1988年和2005-2007年），地球的平均扁率变小，地球自转加快；在月亮赤纬角为18.6度时期（1977-1979年和1995-1997年），地球的平均扁率变大，地球自转变慢[1]。地震也有18.6年周期[2]。

      中国科学院大气物理研究所研究人员李国庆发现月亮视赤纬角的变化周期13.6天、27.3天与地球自转速度变化有明显的对应关系[31]。李国庆等人通过对比分析1973-1998年的日长、大气环流及月球相位随时间的变化，发现伴随着月球相位的交替变化，地球大气的纬向风速场、地球位势高度场及日长作27.3及13.6d（天）的周期震荡。这种周期性的大气震荡，被视为一种大气潮。月球对地球大气引潮力作用的周期变化，是引发27.3及13.6d（天）周期大气潮的主要原因。月球对地球大气的作用是巨大的，它引起大气纬向风速场及地球位势高度场的变化[3]。

      月亮视赤纬角和月亮到地球的距离是影响日长的两大因素。首先，月亮绕地球运转到赤道上空时，月亮视赤纬角等于零度，月亮对大气的引潮力达到最大值，大气的纬向风速增加，地球的自转角速度减小，日长增加；反之，当月亮视赤纬角绝对值达到最大值，月球对大气的引潮力减小，大气纬向风速减小，地球自转角速度增加，日长减小。其次，凡包含月亮近地点P的波，其波峰的振幅较高，而包含月亮远地点A的振幅较低，因为月亮离地球越近，月亮引潮力对大气的作用越大；反之，月亮离地球越远，月亮引潮力对大气的作用越小。太阳潮也有类似的影响[3]。

      我们定义，月亮近地潮和日月大潮的间隔时间超过3天，为弱潮汐时期。2013年4月-8月；月亮近地潮和日月大潮的间隔时间不超过3天，为强潮汐时期。

      潮汐组合以日月大小潮与月亮赤纬角对应来划分，变化周期为13.6天、27.3天，与地球自转速度变化有明显的对应关系，可激发地震火山活动和冷空气活动。两个潮汐组合之间大致为6.8天，每月有4-5个潮汐组合。

      计算表明，日月大潮与月亮赤纬角最小值相遇（日、月、地在赤道面成一线）使地球扁率变大，地壳容积变小，地球自转减慢，低纬度地区地球表面地壳纬向扩张，径向收缩，有利于南北挤压东西张裂的地震和火山活动；日月大潮与月亮赤纬角最大值相遇使地球扁率变小，地壳容积变大，地球自转变快，低纬度地区地球表面地壳纬向收缩，径向扩张，有利于东西挤压南北扩张的地震和火山活动。这是不同地区不同类型的地震火山在不同的潮汐组合发生的原因。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-717618.html

      潮汐改变地球扁率，影响地球自转、大气环流和海洋环流，导致地壳容积和表面积的周期变化，是地球呼吸的基本动力。

参考文献

 1. 杨冬红,杨学祥.全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”.地球物理学进展.2008, Vol. 23 (6): 1813～1818。YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. The hypothesisoftheocesnicearthquakes adjusting climate slowdown of globalwarming.ProgressinGeophysics. 2008, 23 (6): 1813～1818.

2. 杨冬红，杨德彬。日食诱发厄尔尼诺现象的热-动力机制。世界地质。2010，29（4）：652-657.YangDH,Yang D B. Thermal dynamic mechanism of ElNino induced by solareclipse.GlobalGeology (in Chinese), 2010, 29 (4):652-657.

3. 杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934. Yang D H,Yang D B, Yang X X, The influence of tides and earthquakes in global climate changes. Chinese Journal ofgeophysics(inChinese),2011, 54(4): 926-934

4. 杨学祥, 韩延本, 陈震等. 强潮汐激发地震火山活动的新证据. 地球物理学报, 2004, 47(4): 616~621。YANG X X, HAN Y B, CHEN Z, et al. New Evidence of Earthquakes and Volcano Triggering by Strong Tides. Chinese Journal of geophysics (in Chinese), 2004, 47(4): 616~621

5. 杨冬红;潮汐周期性及其在灾害预测中应用[D];吉林大学;2009年

6. 杨学祥;地球表面积的计算[J];长春地质学院学报;1987年03期

7. 杨冬红;杨学祥;;重大自然灾害周期及其动力机制[A];中国地球物理第二十一届年会论文集[C];2005年

8. 杨学祥，陈殿友，李守春;干旱、地震与月球赤纬角变化[J];西北地震学报;1999年01期

9. 杨学祥，宋秀环，刘淑琴。地球潮汐形变的数值评价. 《地壳形变与地震》 1997年02期. 

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1128836.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1173554.html