IERS地球参考系统大地测量常数及其实现.pdf
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1、第!卷第#期!$年%月大 地 测 量 与 地 球 动 力 学 V(C0 V W,V )X0C,V XC0R&B)H;1 A!C;A#0 9 I A!$文章编号!*+*D ./!$#$#D$*D$3 4 5 6地球参考系统$大地测量常数及其实现$陈俊勇 国家测绘局!北京*$%#$#摘要介绍了国际地球自转服务局&()!&5 L 2 7 5 4 L=;5 4 1 4 7 L?(;L 4 L=;5)2 7 2#所定义的地球参考系统$大地测量常数及其实现!&()规范!$#中一些新的内容!特别是&()采用国际地球参考系统!$&J()!$#后的一些新进展%对&J()!$的实现!即国际地球参考框架!$&J(W
2、!$#的定义$主要参数$及其应满足的条件进行了研究!重点指出了它和历史上各个&J(W 的不同$特色及其联系%关键词&()规范!$#国际地球参考系统!$&J()!$#国际地球参考框架!$&J(W!$#大地测量常数中图分类号!-!+文献标识码!07 4 5 5 4 6 7 5 3 8 95 4:4 5 4;1 46?4 7 3 11 ;6 7 8;7 68;?7 4 3 55 4 8 9 3 A 8 7 3 ;B?2 5 9 5 N;5 I*7+7#&/#+&(B*&/M#-$)N I+L L-$)!2K N K L 2 O K!I 2;6 2 L=;5 K L 4 5 L K4 5 6L?2=7
3、7 2 4 1=F 4 L=;56 2 M=5 2 6:N&()4 7 2=5 L 7;6 9 2 6=5L?2P 4 P 2 7 A);O 25 2 Q;5 L 2 5 L K=5L?2&()B;5 =4 1 1 NL?25 2 Q6 2 2)N K L 2 O!$&J()!$#4 7 22 O P?4 DK=F 2 6 A J?2 7 2 4 1=F 4 L=;5;M&J()!$!=A 2 A L?26 2 M=5=L=;5!O 4=5P 4 7 4 O 2 L 2 7 K;M&5 L 2 7 5 4 L=;5 4 1J 2 7 7 2 K L 7=4 1(2 M 2 7 D2 5 2W
4、7 4 O 2!$&J(W!$#4 5 6;5 6=L=;5 KQ?=?;9 I?LL;:2K 4 L=K M=2 6:NL?2M 7 4 O 24 7 2K L 9 6=2 6 AJ?26=M M 2 7 2 5 2 K:2 L Q 2 2 5&J(W!$4 5 6L?2P 7 2 L=?4 7 4 L 2 7=K L=K4 7 2P;=5 L 2 6;9 L AZ 2 K=6 2 K!L?27 2 1 4 L=;5 K?=P K=5 1 9 6=5 IL?2=7L 7 4 5 K M;7 O 4 L=;5P 4 7 4 O 2 L 2 7 K4 O;5 IL?2P 7 2 =;9 K&J(
5、W 4 7 24 1 K;I=2 5=5L?2P 4 P 2 7 AC*-D$+,&()B;5 2)N K L 2 O!$&J()!$#!&5 L 2 7 D5 4 L=;5 4 1J 2 7 7 2 K L 7=4 1(2 M 2 7 2 5 2W 7 4 O 2!$&J(W!$#!I 2;6 2 L=;5 K L 4 5 L KE前言&()的参考系统和产生程序都是基于国际科学组织的决议和决定*(!天体系统基于&0 国际天文联 合 会#的 决 议 0/*.*#!Z!*.+#!Z*!$#)地球系统基于&,决议!*.*#)天体和地球系统之间的转换基于&0决议Z*!$#)时间坐标的定义$时间系统的
6、转换$光传播模型和大规模物质运动也都基于&0的决议0/*.*#和Z*!$#%$收稿日期!$_$_*$作者简介!陈俊勇!*.#年生!中国科学院院士!大地测量学家!主要研究方向为天文大地测量!已发表专著*$部!论文*+$多篇万方数据大地测量与地球动力学!卷&()规范!$#和&()以前的标准和规范的主要差别来自采用了第!/次&0!$年大会的有关决议#这些决议澄清和扩展了&()所采用的一些参考系统的某些概念$还引入了应用于参考系统之 间 转 换 方 面 的 一 些 重 要 修 订#&()规 范!$#的一些改变主要是由下面几个因素所引起的%*&()采用了&J(W!$(&0采用了新的章动岁差理论$为了与章
7、动模型保持一致而修改了原来采用的固体潮模型$使用了新的大地位模型#F大地测量常数和潮汐改正FG E 3 4 5 6所采用的大地测量常数表*所列的大地测量常数都依据)&!国际度量衡单位$*.%单位给出$亦即对地心系统采用)地心坐标时间*!J B,作为时间坐标#对于月地质心系统采用)质心坐标时间*!J B Z 作为时间坐标#表E 3 4 5 6数字标准!FH#7&B G E 3 4 5 6%*.*$/0&,2&%+&$+符号数值不确定性资料来源名称!.+.!/%O K_*定义的文献%!&光速A +#*$_*O#U I_*K_!*$_*#O#U I_*K_!文献%!&引力常数I#A.%$/*%*$*
8、/O#K_%*$O#K_%文献%*&地心引力常数!,R.+$#+%*#A O$A*$O文献%*&地球赤道半径*+B$!.%A!/!$A$*文献%*&地球扁率%!$*A$%!#.*$_#*A$*$_*$文献%*&地球动力构形因子!+A!.!*$_7 4 6K_!变动不定文献%*&地球标称平均角速度)$.A+%$#!+%O K_%*$_O K_%文献%*&地球平均赤道重力,$!#%A$O!K_!$A O!K_!文献%*&地球大地水准面的位K$#+!A O$A*O文献%*&地球大地位比例因子注$+$*+B$%!和)的数值相应于)零潮汐*的数值($K$aI+,$F9 F潮汐改正地球周围的引力位是可以直
9、接观测的$它是外部物体的潮汐引力位和地球位的联合#潮汐位!外部 既包含不依赖时间的部分!永久性潮汐$也包含了依赖时间的部分!周期性潮汐#大地测量中有一部分值受到潮汐的影响$如地面点位受到潮汐位所引起的固体地球形变的影响而产生位移$这一类位移也包括了永久性部分和时变部分#移去观测点位中潮汐所贡献的时变部分$这样所得到的测站位置是处于)平均潮汐*!简称)平均*的地壳$相应的位是)平均潮汐*位#由潮汐位所产生形变的永久性部分仍存留在平均地壳中#与之关联的大地位的永久性变化$以及潮汐位的永久性部分也包括在平均潮汐位中#这些都相应于真正的平均值$没有由于潮汐力所引起的周期性变化$例如$平均潮汐大地水准面
10、$就相应于没有)非引力位扰动*!如洋,流,风 的平均海面#总之$相应于)平均潮汐*的量是定义在涉及平均潮汐地壳或平均潮汐大地水准面上的#从平均潮汐位中移去了外部位的永久性部分$这样的位就称为)零潮汐*位$这就是严格的)大地位*#但永久性潮汐所引起的永久性形变的贡献仍存在于)零潮汐*位中$若将它也移去$这样就得到)无潮汐*位!在此作一重要注记 不像讨论位的情况$)零潮汐*这一术语应用于地壳和)平均潮汐*应用于地壳是一个意思#)无潮汐*值$即所有潮汐效应均按模型在某一大地测量值中移去#由于扰动源是永久存在的$因此一个真实的)无潮汐*量是观测不到的#应用于大地位和应用于地壳点位移的潮汐模型是基于标称
11、勒夫数#参考的大地位模型和地球参考框架$它们是由应用这些模型而移去潮汐的贡献$则称之为)通用无潮汐*量#因为响应于永久性潮汐部分的形变$其特征是以长期勒夫数为标志$这一勒夫数本质上不同于标称的勒夫数$因为)通用无潮汐*勒夫数的数值并不相应于真的无潮汐值#若没有潮汐摄动$真的无潮汐值是可以观测到的#&,$&0和&0,都曾以大会决议形式建议)将地球永久性潮汐所产生的间接影响予以移去*$也就是采用)零潮汐*值#然而总的来说$大地测量界在分析空间大地测量数据时$至今仍没有采用这一建议$因此在测站坐标及其有关的分析报告中所列的数据仍是相应于)通用无潮汐*值#!万方数据第#期陈俊勇!&()地球参考系统 大
12、地测量常数及其实现大地位也可以在平均潮汐 零潮汐和无潮汐#种不同情况下实现#与此有关的参数值见表*#处理永久性潮汐的不同过程之间的关系参见图*和图!#图*对大地测量观测值进行潮汐改正的几种方式W=I A*J 7 2 4 L O 2 5 L K;MI 2;6 2 L=;:K 2 7 ;9 5 LM;7 L=6 4 1 ;7 7 2 L=;5图!在大地位中处理不同潮汐效应的方式W=I A!J 7 2 4 L O 2 5 L;M;:K 2 7 L K=5L?2I 2;P;L 2 5 L=4 1H通用地球参考系统(1 7 5 6)和通用地球参考框架(1 7 5:)HG E基本概念地球参考系统$J()%
13、是一个空间参考系统&它联系着在空间作周日运动的地球#在这样的坐标系统中&与地球固体表面有联系的点的位置&由于地球物理的作用$如板块运动&潮汐形变%&其坐标随时间会有小的变化#地球参考框架$J(W%是在J()的某一个特定坐标系统$笛卡儿坐标系统&地理坐标系统&投影坐标系统A A A%中具有精确坐标的一组物理点#这样的J(W被认为是J()的实现#HG F通用地球参考系统!1 7 5 6理想的J()应是定义为一个与地球紧密结合并一起转动的三面体#在牛顿框架中&这一物理空间应视为欧氏三维仿射$4 M M=5 2%空间#在这种情况时&这样的参考三面体就是欧氏仿射框架$O&P%#O是空间一个点&称为原点#
14、P是关联的矢量空间的一个基础#目前对P采用的是右手 直角 基本矢量等长的规定#和基本矢量共线的#套单位矢量就表示了J()的方向&而这些矢量的公共长度就是J()的比例尺#这里所考虑的系统的原点应是位于$接近%地球质心$地心%定向于赤道8轴指向极&而比例尺应接近于)&的米$O%#除了笛卡儿坐标系&还可以使用其他坐标系&例如地理坐标系#通用地球参考系统$B J()%是由提供了该系统的原点 比例尺 定向以及它们的时变量的有关规范 算法和常数来定义的#HG H通用地球参考框架!1 7 5:B J(W是由一组物理点所定义的&这些点在一特定的坐标系统内具有被精确测定的坐标#B J(W是理想的通用地球参考系统
15、$B J()%的实现#当前有两种类型的坐标框架&即动力的和动态的&这取决于在求定坐标时是否采用动力学模型#I国际地球参考系统(3 7 5 6)IG E国际地球参考系统!3 7 5 6 的定义按&,的决议$CVA!&维也纳&*.*%&()负责对&J()进行定义 实现和改进#该决议中建议J()有如下定义!*%通用地球参考系统$B J()%的定义!它是空间旋转的$从地球外部看%地心非旋转的$在地球上看%似笛卡儿系统(!%地心非旋转系统和&0决议所定义的地心参考系$,()%是等同的(#%B J()和,()的 坐 标 时 是 地 心 坐 标 时$J B,%(/%该坐标系统的原点是地球质量$包括陆地&海洋
16、和空气%中心(%相对于地表的水平位移而言&该系统没有全球性的残余旋转#IG F国际地球参考系统!3 7 5 6 应满足的条件*%坐标原点是地心&它是整个地球$包含海洋和大气%的质量中心(!%长度单位为O#这一比例尺和地心局部框架的J B,时 间 坐 标 保 持 一 致&符 合&0和&D#万方数据大地测量与地球动力学!卷,*.*年的决议!它是由相应的相对论模型得到的#它的方向的初始值是由国际时间局$Z&b#给出的*.%/A$的方向/#在采用相对于整个地球的水平板块运动没有净旋转条件下!确定方向的时变%J国际地球参考框架(3 7 5:)JG E用国际地球参考框架!3 7 5:实现3 7 5 6&J
17、()的实现由&()的&J()产品中心$&J()_-B#负责!并由&J(W这一名称来完成它的实现%当前实现的过程是联合解算各种J(W的计算结果!这些结果是&()分析中心利用各种空间大地测量技术!例如H Z&!(!)(!,-)和 V(&)等观测成果形成的%个别的J(W解算包括站坐标及其移动速度!以及相应的完全方差矩阵!它们都以)&C c格式表示%生产&J(W的解算联合模型本质上基于将各个J(W进行坐标系统的转换公式!转换时常利用各坐标系统中的公共点%由于他们代表了&J(W联合解算中的关键因素!在&J(W联合解算中他们应该具有较好的精度和较好的几何分布%目前几乎每年在&J(W技术报告&/中都公布一次
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- 关 键 词:
- IERS 地球 参考 系统 大地测量 常数 及其 实现
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