地球参考系的基本理论和方法研究进展

地球参考系的研究无论在基础科学,还是在国民经济建设中都具有重要的意义。随着空间大地测量技术(VLBI、LLR、SLR和GPS等)的发展,对地球参考系也提出了越来越高的要求。本文详细地介绍了地球参考系的定义,建立和维持的基本理论与方法,综述了地球参考系目前的发展状况和存在的问题。本文可为从事地球参考系研究的学者提供一定的参考。     

天球参考系与地球参考系之间的坐标转换研究进展

天球参考系(CRS)与地球参考系(TRS)之间的坐标转换是天体测量学、大地测量学和地球物理学共同关注的研究领域,也是高精度的军事测绘保障和空间大地测量技术实现的理论基础。基于IAU2000的有关决议,重新研究了CRS和TRS之间转换的有关问题,主要内容包括:天球历书极(CEP)目前存在的问题和天球中间极(CIP)的引入;非旋转原点(NRO)、天球历书原点(CEO)和地球历书原点(TEO)的基本概念;基于春分点和NRO的坐标转换模型以及其中的有关参数的确定。本文完整地综述了CRS和TRS之间转换的理论,也指出了其中存在的问题和有待改进的地方。     

地球内核的章动效应

地球内核与地球自转有着密切的联系。由于内核的存在,将出现两个新的与地球自转有关的章动模式,即顺向的自由核章动(PFCN)和内核摆动(ICW)模式。本文依据Mathews等人的内核地球章动理论,讨论了归一化章动振幅的Mathews形式和Wahr形式的应用;通过PREM地球模型检测了内核对章动振幅的影响,由此发现内核在亚毫角秒量级上影响主要的章动项,它和当今的观测精度是一致的。     

毫米级地球参考系面对的一些地球动力学问题

针对90年代天文地球动力学对地球参考系提出的毫米级要求,本文提出了一些更深入、更广泛的地球动力学问题,并探讨了可能的改进和解决方法。这些问题是:板块运动模型的改进;区域性地壳形变的影响;冰期后地壳回弹的影响;地球质心变化的影响。     

复数矢量球谐函数在形变场中的应用

研究了复矢球函数的理论性质,给出了一般向量场的复数矢量球函数表达及其有关的公式.对潮汐形变位移和形状轴进行了讨论.     

地球内核的径向振动

研究了地球内核围绕其平衡位置的径向振动，即所谓Ｓｌｉｃｈｔｅｒ模，求出了这一现象的周期。在求解导出的常微分程组时采用了切贝谢夫配点法，容易而成功地解决了方程在地心处的奇异性带来的困难。所得结果与国外目前公认的结果一致。     

复数矢量球谐函数在形变场中的应用

研究了复知球函数的理论性质,给出了一般向量场的复数矢量球函数表达及其有关公式。对潮汐形变位移和形状进行了讨论。     

地球参考系的实现

本文简要讨论了组合不同空间技术建立全球最优协议地球参考架（ＣＴＲＦ）的理论和方法；重点分析了影响ＣＴＲＦ稳定的几种主要地球长期形变因素的性质和规律。首次考虑到地球质心运动对ＣＴＲＦ的影响，提出了协议地球质心的概念，给出了更为完整的四维地面点位模型。     

基于新参考系的极移改正

本文利用IAU2000决议中关于CIP的定义阐述了极移坐标系和极移坐标的定义,在总结微分旋转矩阵的性质的基础上给出了极移旋转矩阵的详细推导,结合极移产生的主要原因,详细介绍了目前国际上关于极移模型化工作的最新进展,最后给出了获取极移坐标和TIO位置的方法和途径。     

地球内核与磁场

根据地磁场倒转模拟实验,地球固体内核具有导电性。内核与外核的运动互相耦合,对地磁场的形成、维持、翻转具有重要的约束作用,对内核磁场的研究为进一步了解以上行为提供了有益的帮助。在引入磁矢势后,获得了地球固体内核的磁场公式,并讨论了由于长周期地磁场感应的内核磁场特性。     

利用现有重力场模型求定CHAMP卫星加速度计修正参数

CHAMP卫星加速度计数据的标定是通过确定其尺度因子和偏差参数来完成的.本文基于能量守恒方程,给出利用现有重力场模型标定CHAMP卫星加速度数据的基本原理和数学模型;提出相邻历元间差分算法,大大简化了观测方程,同时避免积分常量的计算.该算法既能同时解算尺度因子和偏差参数,也可任意求解其中之一.基于实测的CHAMP卫星加速度数据,利用EGM96模型和最新公布的EIGEN-2模型进行计算与比较,验证该方法的有效性.     

地球液核的章动效应

对液核地球模型的一般理论进行了研究, 并计算了液核对章动振幅的影响。     

EGM2008地球重力场模型的可视化探究

利用EGM2008地球重力场模型可以将地球重力场解析化,由此我们可以十分方便快速地表示和计算重力异常、高程异常、垂线偏差等其它重力场参数。本文运用Surfer软件将EGM2008重力场模型可视化,获取了全球和局部地区重力场相关参数的等值线图、线框图、3D表面图、影像图。     

浅谈地球坐标系及2000国家大地坐标系

介绍了地球坐标参考系统和国际地球参考系及参考框架;阐述了2000国家大地坐标系,指出2000国家大地坐标系可按精度划分为国家级连续运行基准站、GPSA、B级网、天文大地网三个层次。     

参心大地坐标系中的几何量算问题

通过对目前国内外几种典型GIS软件的几何量算模型比较研究，提出距离、面积、周长等在不同条件下适用的几何量算模型。试验分析证明，弦线法与等积投影法对于大范围内距离与面积的量算效果理想，其量算精度与区域大小、纬度有关。     

基于VisIt与地球系统格网的并行可视化实验

利用集群架构和分布武并行可视化工具VisIt,编写了自定义插件,实现了基于大规模地球系统格网组织下的全球科学数据并行可视化,并设计实验对其并行可视化性能进行了对比分析.实验发现:VisIt完成一次渲染的加速比及并行效率随着核数的增加逐渐降低;采用GPU渲染,可以很好地提高并行渲染的效率.但在核数和GPU个数同步增加的情况下,由于核间通信、GPU间通信以及核-GPU间通信等,VisIt一次渲染的并行运行时间并无明显降低.随着数据量增加,VisIt对单位数据量的运行时间却逐渐减低.实验表明,VisIt可较高效地完成大数据量的并行渲染.该方法和结论可供地学领域大规模海量数据可视化研究参考.     

弹性椭球地球模型的海潮效应

本文推证了比较完整的弹性椭球地球模型的海潮负荷理论和计算公式,它对弹性球型地球模型海潮效应计算的发展起了一定的作用。     

应用重力场模型GL1500E和LLR天平动参数估算月核大小及其组成

针对月核大小及密度估计问题,利用高分辨率重力场模型GL1500E的二阶位系数和LLR(lunar laser ranging)天平动参数,考虑月核分层为外核和内核的情况,结合非线性粒子群优化算法,对月核大小和组成进行了估计。大批量的统计结果表明,大概率分布的外核半径rc1约为469 km,内核半径rc2约为303 km,外核密度ρc1约为4613 kg/m3,内核密度ρc2约为7004 kg/m3,月幔密度ρm约为3340 kg/m3。月幔密度非常接近地质研究结果3360 kg/m3,内外核半径与近期其他研究结果相近,估算的月核大小与密度组成具有一定的参考价值。若月核由纯铁和硫化亚铁组成,则研究表明,内核大部分由纯铁组成,外核大部分由硫化亚铁组成。