“钱德勒摆动”是地球自转轴相对于地球表面的小幅度自由摆动运动，是传递地球自转信息的重要信号之一。近10年来，天文学家观测到地球自转变化越发剧烈，不少证据指向背后可能是气候变化的影响。然而，全球气候变化是否以及在多大程度上影响“钱德勒摆动”？人们还不得而知。
中国科学院上海天文台地球自转变化团组利用卫星重力观测数据发现，全球气候变化导致的冰冻圈变化与地球自转中“钱德勒摆动”现象的变化有关，且近几年这种关系有所加强。2022年冰盖冰川的变化对“钱德勒摆动”的贡献约20%，是2006年的4倍。
01
地球自转正在被扰乱
地球在绕太阳系质心公转的同时，地球各圈层还绕一条贯穿于地球的轴转动，称为地球自转。
地球不是一个球对称的完全刚性体，而是内部结构复杂、具有弹性甚至非弹性（如粘滞或弹滞）、各向异性的非均匀体，这些都使得地球自转变得非常复杂。
数十年来，科学家发现，地球自转正在被“扰乱”，究竟背后原因是什么？科学家们通过各种方式对其进行观测。
其中，地球自转参数起着地面参考架与空间惯性参考架之间转换与连接的桥梁作用，是地面天文观测所依赖的重要参数。对它们的监测、理论与预报研究一直是基本天文学、大地测量学、地球物理学、导航与深空探测、全球变化等领域共同的重要课题。
▲全球气候变化影响地球自转
以前，传统的天文观测主要依赖光学望远镜，通过观测相对于恒星背景的差异，来测定地球自转参数。从上世纪70年代开始，现代天文和空间大地测量技术得到了迅猛发展，测量的精度相对于光学观测已提高约2个量级，即已优于30微角秒，地极在地表上小于1毫米的运动状况也能被监测到；时间分辨率也从一天提升到小时甚至分钟。
02
冰川融化让“钱德勒摆动”更剧烈
“钱德勒摆动”现象属于地球自转的一种本征模信号，其周期在433天左右，1891年首次被美国天文学家钱德勒观测证实。然而，其物理激发机制一直存在争议。近10年来“钱德勒摆动”的振幅发生了急剧的衰减变化，其机制可能与大气、海洋等激发作用有关。
目前被广泛接受的理论认为，大气、海洋和陆地水文过程共同激发了部分 “钱德勒摆动”。
然而，近年来气候变化导致的冰冻圈的变化，特别是格陵兰岛和南极洲冰盖以及许多极地和山区冰川的融化，是否会影响它以及在多大程度上能够影响它还不清楚。
研究团队用卫星重力观测，评估地球上不断变化的冰冻圈对“钱德勒摆动”的影响。结果表明：冰冻圈的变化与“钱德勒摆动”变化有关，且关系在加强。全球变暖导致的冰川融化速度加快，可能对“钱德勒摆动”产生越来越大的影响。
该研究揭示了由于全球变暖导致的冰川快速融化也明显地影响到了地球的转动，并可能从地球自转的“钱德勒摆动”的天文观测中证实或检测到气候变化的信号。该研究同时为极移激发机制的深入研究提供了新视角，也为进一步提高地球自转参数的预报精度提供了新途径。
该成果发表于《地球物理研究快报》，并被《自然》子刊《自然-气候变化》编辑以“研究亮点”形式进行专栏报道。
论文链接：
https://doi.org/10.1029/2024GL108992
https://doi.org/10.1029/2024GL108992
https://www.nature.com/articles/s41558-024-02097-w.epdf
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