Вариации параметров вращения Земли и их использование для повышения точности прогностических моделей
В. М. Тиссен, А. С. Толстиков, Г. В. Шувалов
ЗСФ ФГУП «ВНИИФТРИ» г. Новосибирск, Россия
С появлением ГНСС и других новых методов космической геодезии точность определений ПВЗ возросла на порядки в сравнении с эпохой астрометрических наблюдений. Развитие средств вычислительной техники открыло новые возможности в исследовании и анализе временных рядов. При исследовании рядов ПВЗ широкое распространение получили методы динамического вейвлет-анализа, сингулярного спектрального анализа, нейронные сети, а также детерменированные модели, применяемые, в частности, в международной службе вращения Земли (МСВЗ) [1–3]. Несмотря на появление многих новых методов, проблема высокоточного прогнозирования ПВЗ остается актуальной, особенно в свете принятия ФЦП развития ГЛОНАСС до 2030 г.
Главными проблемами в прогнозировании ПВЗ являются: зависимость результатов от даты начала прогноза, длины интервала обучающей выборки и применяемого математического метода. Это приводит к погрешностям как аддитивного, так и мультипликативного характера. Для решения перечисленных проблем предложена методика прогнозирования координат полюса и Всемирного времени, основанная на последовательном построении гармонических моделей трендовых, квазипериодических, регулярных и высокочастотных вариаций. Оценка параметров гармонических компонент данных моделей производится с помощью МНК и других статистических методов на интервалах известных данных от 2 до 40 лет в зависимости от вида прогнозируемой вариации. Такой подход к созданию моделей прогноза ПВЗ практикуется впервые, поэтому в настоящее время он находится в стадии доработки и перевода на автоматический режим вычислений.
К числу интересных результатов моделирования можно отнести динамику чандлеровских вариаций, являющихся наиболее значимыми в общем частотном спектре изменений координат полюса xp, yp.
На рисунке показаны чандлеровские вариации по двум координатам полюса с января 2000 г. по ноябрь 2022 г.
Рис. 1. Изменение амплитуды ЧП по координатам xp, yp 2000–2023 гг.
Обоснованность разработанного метода построения прогностических моделей ПВЗ подтверждается результатами, полученными, в частности, для координат полюса за 2022 г., в сравнении с аналогичными результатами USNO.
Таблица 1 Сравнение СКП прогнозов координат полюса за 2022 гг.
| СКП, mas прогнозир. параметра |
Участники | Дни | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 10 | 30 | 60 | 90 | ||
| xp | ЗСФ «ВНИИФТРИ» | 0.33 | 3.60 | 9.55 | 10.90 | 14.05 |
| USNO | 0.37 | 3.80 | 13.00 | 20.20 | 26.50 | |
| xp | ЗСФ «ВНИИФТРИ» | 0.25 | 2.70 | 8.35 | 14.70 | 19.45 |
| USNO | 0.27 | 3.10 | 10.25 | 16.55 | 29.30 | |
Литература
1) McCarthy D. D., Petit G. IERS Conventions (2003). IERS Technical Note № 32. Frankfurt am Main: Verlag des Bundesamts für Kartographie und Geodäsie, 2004.
2) Гречкосеев А. К., Толстиков А. С., Тиссен В. М. и др. Модификация базового метода сингулярного спектрального анализа для повышения точности прогнозирования неравномерности вращения Земли. Вычислительные технологии. 2020. Т. 25, № 3. С. 54–65.
3) Горшков В. Л. О методах прогнозирования в геодинамике // Известия ГАО РАН. ‒ 2004. ‒ № 214. ‒ С. 313‒335.