近日，中国科学院国家授时中心研究团队在《Earth, Planets and Space》在线发表题为“An approximately 70-year core-related modulation of Earth rotation and its implications for the leap second”的研究论文。该研究通过比较去除潮汐、地表流体和长期趋势后的日长（LOD）残差与由地磁场反演得到的核角动量（CAM）等效日长，发现两者在1883—2022年共同区间内存在约70年的多十年尺度调制信号，为理解地球自转低频变化及闰秒讨论提供了新的地球物理背景。

图1：地球圈层间的动力学机制影响日长变化与闰秒

    协调世界时（UTC）通过插入闰秒保持与地球自转时UT1的接近。自1972年现行闰秒机制实施以来，全球已插入27次闰秒，均为正闰秒，最近一次在2017年。近年来，UT1—UTC变化显示地球自转出现加速迹象。若该趋势持续，理论上可能引发对负闰秒的考虑。但负闰秒此前从未实施，可能给时间传递、卫星导航和守时系统带来操作风险。

    地球自转长期受潮汐耗散影响而减速，日长约以每世纪2.3毫秒的速率增加。然而，近年观测到的自转加速难以仅由潮汐、地表水、冰盖质量迁移或地球扁率变化解释。这促使科学家关注地球深部，尤其是液态外核与地幔之间的角动量交换。

    研究中，团队使用IERS C04、LUNAR97—IERS等日长和UT1资料，在去除IERS 2010潮汐模型、长期潮汐制动项以及GFZ大气、海洋、水文有效角动量贡献后，构建了日长残差序列。同时，利用COV-OBS.x2地磁场模型和WebGeodyn工具反演核角动量等效日长。所有多十年尺度谐波拟合、频谱分析、小波诊断和LOD—CAM对比均采用1883—2022年共同区间。

    结果显示，日长残差中存在约69.7年的谐波分量，振幅约2.87毫秒；CAM等效日长中存在约71.8年的分量，振幅约1.94毫秒。两个序列的零滞后相关系数为0.918；经11年滑动平均后相关系数为0.925；滞后相关在CAM领先LOD约1—3年时达到宽峰，数值最大为0.932，对应约2年。

图2：日长变化（LOD）与地球的液核角动量（CAM）均存在约70周年的调制信号，且从信号的相位看，CAM比LOD早2年

    在拟合模型下，该七十年分量外推至下一次正最大约在2040年前后。因此，研究认为，该分量本身并不表明近期会出现持续到足以要求负闰秒的日长缩短。

    该研究支持核相关角动量交换对地球自转低频变化具有重要贡献，同时指出目前尚不能唯一区分不同核幔耦合机制。研究也存在局限：历史日长资料仅覆盖约两个完整多十年周期，1976年前缺乏有效角动量改正，CAM反演依赖地磁场模型假设和正则化方案。未来，随着观测资料积累和深部反演改进，相关研究有望进一步约束地球深部过程与地球自转、UT1及时间基准之间的联系。

    论文第一作者为国家授时中心张泽文，合作者包括吴元伟、李西顺、姚当、成璇、杨旭海、张首刚等。该研究得到中国科学院战略性先导科技专项（XDB1070202）资助。

    论文信息：

    Zewen Zhang et al. An approximately 70-year core-related modulation of Earth rotation and its implications for the leap second. Earth, Planets and Space, 2026.

DOI: 10.1186/s40623-026-02529-1