李正心

李正心,1935年9月22日生于上海市卢湾区。他的祖父李维格,早在19世纪80年代就接触西学,后留学游历英、美、日等国10年;归国后办学、办报,“与梁启超、汪康年一起写文章宣传‘变法’,名扬一时”;后投身实业,曾先后主持汉阳铁厂和汉冶萍煤铁厂矿有限公司,“成为发展我国近、现代冶金事业的奠基人,开拓者和带头人”中主要的一个(《中国科学技术专家传略》工学编冶金卷,中国科学技术出版社,1995)。

李正心,天文学家、测量学家。将地球自转参数的数据归算从空间域扩展到时间空间域,显著地提高了其测定的精度。对铅垂线变化进行了创造性的研究,为地震的预测、预报提供了新的思路。

李正心 - 简介

李正心,1935年9月22日生于上海市卢湾区。他的祖父李维格,早在19世纪80年代就接触西学,后留学游历英、美、日等国10年;归国后办学、办报,“与梁启超、汪康年一起写文章宣传‘变法’,名扬一时”;后投身实业,曾先后主持汉阳铁厂和汉冶萍煤铁厂矿有限公司,“成为发展我国近、现代冶金事业的奠基人,开拓者和带头人”中主要的一个(《中国科学技术专家传略》工学编冶金卷,中国科学技术出版社,1995)。他在一次演说中呼吁发展我国冶金事业,“拯中原于涂炭,登亿兆于康庄”。李正心的父亲(美国西北大学法学博士)、母亲(美国伊利诺衣大学文学硕士)以及两位伯父、兄姐等都是留学生,都学成归国报效祖国,这已成为他家三代人的共同心愿。

和他的先辈一样,李正心很早就有献身科学振兴中华的志向。他自幼聪颖好学,善于思考,学习成绩一贯名列前茅。为以后从事科技工作打下了扎实的基础。

1953年10月,李正心进入中国人民解放军测绘学院。五年学习的成绩几近全优。他在毕业设计中推导出的新公式,经国家测绘总局和总参测绘局审定后列入测量规范,在全国推广使用。

李正心于1958年10月毕业后留校任教,不久后因他的“海外关系”,就再也没有机会接近科研任务,但在搞好教学工作的同时他仍坚持学术研究。据此他发表论文近10篇,专著一部。

测绘学院被撤销后他于1970年初复员回到上海。在工厂工作的四年中他仍不忘专业。1974年6月他如愿进入中国科学院上海天文台,从事天体测量研究工作。由于他学过天文测量,且已对测量学有了较深的造诣,很快就在研究工作上取得了进展。

中国科学院在1976年组织了一个“极移会战组”专门研究1949年以来的地极运动,以供我国大地测量整体平差工作之需。李正心参加了这项研究工作。其时正值党中央一举扫除了祸国殃民的“四人帮”,科学事业受摧残的那种情景一去不复返了!科学的春天到来了!李正心决心趁年富力强的时候为人民作出更多的贡献。他将研究重点放在纬度非极变化这一问题上。经过反复实践,李正心开始懂得要解决这个难题一定要打破陈规,一定要从基本的思路上去突破。1979年他开始萌发了将观测数据的归算从空间域扩展到时间空间域的这一新设想。

对用光学天文技术得到的长期极移轨线的可信性问题,李正心提出了一种前所未见的“特殊点”概念,即轨线中有一些点(特殊点)是基本可信的,其他的点则混有因地球全球性变形所致的误差。

作为我国派出的进修生,李正心于1981年底到达法国,在巴黎天文台工作了两年半时间。在国际时间局局长Guinot博士的指导下,李正心将他的在时间空间域进行归算的设想付诸实践,成功地重新归算了1962~1982年的地球自转参数,并显著地提高了结果的精度。由于这一项创新且出色的研究成果,李正心于1984年6月20日获得了法最高学位——国家科学博士。

李正心于1984年10月回到上海天文台。他的“地球自转参数的重新归算”获得中国科学院科技进步一等奖(1986)。国家科委批准他为“突出贡献中青年科技专家”(1986)。

在重新归算地球自转参数这项研究的基础上,李正心凭着对科研的迷恋与不懈的努力,对一系列有关的课题进行了深入研究,如主章动常数,全球板块运动,多种技术观测的综合解算,差分滤波器等,为进一步发掘天文技术的潜力作出了贡献。与此同时他对上海天文台的研究生工作在学术上加以指导,在学位课程的设置上提出抓好三个工作环节(招生选题答辩)等,起了积极的推动作用。

作为中国天文界惟一的成员,李正心参加了国际天文学联合会(IAU)的IAU Working Group for Earth Rotation in the Hipparcos Reference Frame(1988~1997),为国内外资料和学术的交流作了大量的工作。

1991年国际天文学联合会(IAU)和国际大地测量协会(IAG)相继通过决议要求上海天文台继续收集天文时纬观测资料并“对研究铅垂线长期变化的可能性进行探讨”。IAG还为此成立了专门研究组IAG SSG 5.146“Processing of Optical Polar Motion in View of Plumb Line Variation”,并来函要求李正心参加且作出主要的贡献。从此李正心将研究重点转到对铅垂线变化的研究上来了。

李正心证明了纬度公共Z项与日长变化△LOD、南海涛动指数SOI在年际变化频段显著相关,因而揭示了铅垂线存在低频变化的可能性。在对全球10个主要纬度站的非极变化进行了研究后更加具体地提出了这种可能性。通过对波兰华沙技术大学天文、重力测量两种技术1976~1996年平行观测的研究分析,确认了幅度达0″.01~0″.02的铅垂线低频变化,及用这两种技术对它实际测定的可能性。李正心等还在滇西重力测量网的资料分析中发现在1996年丽江7.0级地震发生前后存在0″.1的铅垂线变化。李正心还测量了该地区的大地水准面变化,发现在地震前两个月,震中附近的大地水准面隆起了3cm,震后则恢复原状。

国际学术界对李正心的有关研究给予很好的评价。在1995 年国际大地测量协会第21届全会上选举他为该协会专门研究组IAG SSG5.175 Interannual Variations of the Vertical and Their Interpretation的主席。在1999年于英国伯明翰大学举行的第22 届全会上选举他为国际大地测量协会的Fellow.

李正心 - 简历

1935年9月22日 出生于上海市卢湾区。

1941~1947年 在上海中西女中第二小学学习。

1947~1953年 在上海圣芳济中学学习。

1953~1958年 在北京测绘学院学习。

1958~1959年 任总参测绘局第四地形队测量员。

1959~1970年 任北京测绘学院教员。

1970~1974年 任上海医用电子仪器厂技术员。

1974~1981年 任中国科学院上海天文台助理研究员。

1982~1984年 在巴黎天文台进修及工作,于1984年6月20日获法国国家科学博士学位。

1985~1988年 任中国科学院上海天文台副研究员。

1988~1996年 任中国科学院上海天文台研究员。

1995~1999年 任国际大地测量协会(IAG)专门研究组Special Study Group 5.175 Interannual Variations of the Vertical and Their Interpretation的主席。

1999年在7月 举行的国际大地测量协会(IAG)第22次全会上被选举为国际大地测量协会的Fellow。

李正心 - 科技成就

纬度非极变化与长期极移轨线的特殊点

地球的极点不是固定不动的。它的活动可分为两类:绕中心的转动和中心自身的运动。前者的半径并不固定,但不超过20m,周期为一年多;后者(长期极移)的速度极慢,一年只有几个厘米。

地极的运动(极移)反映在世界各地天文纬度的变化(纬度的“极性变化”)上。但是,实际观测到的纬度变化还存在着一种与此无关的成分,即纬度的非极性变化。观测星表、天文常数、物理模型的误差,所在地铅垂线的变化,大气异常折射等,都会产生纬度观测值的非极性变化,进而影响计算得到的地极坐标,使极移轨线失真。

李正心对纬度非极变化及其对长期极移测量的影响作了一系列的探讨,如纬度非极变化长周期项(1975,1977,1979),它对长期极移的影响(1978,1980),它的地区性问题(1981)和长期极移的显著性问题(1982)。值得注意的是他对用光学天文技术得到的长期极移结果的观点。

由于长期极移每年只有几个厘米,天文技术能否对这样精细的现象给出可信的测量结果从来是一个有争论的问题。在20世纪70年代后期,我国天文界在讨论我国大地测量该如何使用长期极移轨线时又一次提到了这个问题。因为发现计算得到的长期极移结果并不稳定,它会因参加解算台站的数量,或台站的组成的不同而不同,有时甚至会有看似迥然不同的计算结果。对这样的长期极移结果该不该去用它?又该用哪一种呢?对此,李正心根据他的研究提出了一个前所未有的论点,即“特殊点”的存在。他证实了看似不同的几种长期极移轨线之间实际上有其相同之处。在1949~1973年间,存在几个特殊的时刻(如1952年中,1957年初,1960年中,1968年左右),此时各不同长期极移轨线相应的这几个点(即特殊点)所构成的折线轨线却是基本相同的。所以,对光学天文技术得到的长期极移结果不应全部否定,至少可对这些特殊点有信心。因为不管所用台站的数量或其组成有什么变化,它们的相对坐标仍是稳定的。因此,它们所反映的长期极移基本走向应该是可信的。

根据星组未知数测定板块运动

自从魏格纳于1912年提出大陆漂移学说以来,人们一直试图用天文技术来证实这一学说,但是一直未有明确的结论。直到1976年,国际时间局还在给出大西洋两岸在靠拢的相反数据。

李正心利用重新归算地球自转参数中得到的星组未知数对此作了研究。星组未知数中的值,包含了星组自行误差和台站坐标变化率这两种成分。假设星组自行误差为偶然误差,那么同一台站在纬度或经度方向所有的值的平均值就可以被视为台站在这一方向坐标变化率的测量值。根据全球各地在这种坐标变化率,各有关板块的绝对运动和它们之间的相对运动就可以计算出来。

李正心给出了天文技术对全球主要板块运动的测定结果(1988,1989)。说明在改进了归算方法以后,天文技术的结果还是能与其他技术的测量结果相符合的。如以大西洋两侧的板块为例,天文技术表明北美、欧亚两大板块在分离,其速率为每年3.8cm(指北纬40°~60°地带)。与其他技术的结果(每年1~4cm)相符。 

铅垂线低频变化的测量

国际天文学联合会(IAU)、国际大地测量与地球物理学联合会(IUGG)1991年夏在阿根廷、维也纳分别召开的第21次、20次全会上相继通过决议,要求中国科学院上海天文台“继续收集全球光学天文时纬测量资料,对研究铅垂线长期变化的可能性进行探讨”,并在国际大地测量协会(IAU)成立了专门研究组IAG SSG 5.146:“Processing of Optical Motion in View of Plumb Line Variation”。该专门研究组主席P.Paquet教授来函邀请李正心参加,并希望他能“作出主要的贡献”。从此,李正心将主要精力转到了铅垂线变化的研究上来。

Z项的低频变化是各台站纬度非极低频变化的一种平均,既然已发现它与△LOD、SOI有相关,那么理应对一个台站的纬度非极变化也进行类似的研究。由于此时(90年代)地极坐标已完全由空间新技术所提供,一个台站的纬度观测残差是其非极变化的真实反映,依此而做的分析已不再会有疑问。

李正心对全球较为重要的十个纬度站的纬度非极变化进行了研究,其中包括国际纬度服务(ILS)的五个纬度站,华盛顿海军天文台的照相天项筒(1995)和日本Mizusawa的四架测纬仪器(1996)。结论是这十架天文仪器的纬度非极变化在年际变化频段都存在着波动,其幅度约为0″.01~0″.02,且都与南海涛动指数SOI呈显著相关关系,但各地的相位差有所不同。

在美国国家科学基金(NSF)的支持下,李正心两次赴美国德州大学进行合作研究,利用美国的大气资料对华盛顿海军天文台上空的大气异常折射作了具体的计算。结果否定了上述的低频变化是由大气异常反射所致的这一种可能性。

迄今的研究结果都在说明铅垂线低频变化的存在。当然,要确认这一点还应该有另外的证据。

李正心 - 参考资料

[1] 中国数字科技馆 http://m.cdstm.cn/zhuanlue/persondetails.jsp?personid=179074

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