关于ITRF96参考架整体旋转性的探讨

利用国际地球自转服务IERS发布的国际地球参考架ITRF96的速度场 ,建立了一个基于现代空间大地测量实测结果的全球板块运动模型ITRF96VEL ,该模型与NNR -NUVEL1A模型有着较好的一致性 .利用该模型 ,本文对ITRF96参考架相对无整体旋转参考架是否存在一个整体旋转的问题进行了初步的探讨 ,结果表明ITRF96参考架相对无整体旋转参考架有一个整体旋转 ,旋转角速度为 0 1 61°/Ma ,旋转极指向南纬 50 5° ,东经 65 5°,这与要求ITRF96无整体旋转的定义不相符 ,这个整体旋转将会对国际地球参考架的高精度应用和长期维持 ,特别是对地球自转参数长期变化的研究产生一定的影响     

关于全球板块运动模型ITRF2000VEL若干问题探讨

利用最新的国际地球自转服务（IERS）发布的国际地球参考架ITRF2000速度场，建立了一个独立于任何其它模型、安全基于现代空间大地测量实测结果的现今全球板块运动模型ITRF2000VEL，较百万年平均地质模型NNR－NUVELIA更能真正反映全球板块现今运动特征，相比ITRF96,晚接近于百万年地质模型NNR－NUVELIA，而且ITRF2000参考架在定向、原点和尺度的定义较ITRF96和ITRF97参考架有了改进，但ITRF200VEL模型存在诸多问题：总角动量|L|=0.127，即不为零，与协议参考架（CTRF）不符，存在整体旋转，并建立无旋转NNR－ITRF2000VEL模型，台站不均匀分布全球板块、部分板块界线不明确以及有的板块不满足刚性特征等，这些对ITRF2000的高精度应用和长期维持、地球自转参数的长期变化都将产生一定的影响。     

ITRF2000的无整体旋转约束及最新全球板块运动模型NNR-ITRF2000VEL

由IERS最新公布的ITRF2000地球协议参考架中, 用54个台站维持参考架的定向. 它有两个不足, (ⅰ) 54个台站只分布在全球14个大板块中的9个, 其中有3个板块只有1个台站, 因此这些台站不能很好地维持全球地壳无整体旋转的条件; (ⅱ) 虽然ITRF2000公报中称ITRF2000相对于NNR-NUVEL1A 地质模型为无整体旋转约束, 但计算结果表明ITRF2000不满足地球协议参考架相对于地壳无整体旋转的条件. 结合实测速度场与地质板块模型, 导出产生ITRF地球协议参考架的无整体旋转的条件, 给出选择维持地球协议参考架无整体旋转条件的核心站条件. 同时在建立ITRF地球协议参考架过程中获得新的地球板块运动模型, 可作为ITRF的产品.     

基于ITRF2000的全球板块运动模型和中国的地壳形变

基于最新的国际地球参考架ITRF2000的速度场构建了一个新的现时板块运动模型ITRF2000VEL,比以往用空间测量技术或地质、地球物理资料建立的板块运动模型,更精确和更全面地反映现时全球板块运动的特点.同时发现了ITRF2000存在整体旋转,旋转角动量矢量为(0.12°/m@a,40.2°S,154.4°E),不符合协议地球参考架的定义.以ITRF2000VEL的欧亚板块运动为背景,计算了近10年来建立的中国地壳运动GPS监测网(全国网和部分区域网)和亚太网的300多个GPS测站在ITRF2000框架内的运动速度.给出和研究了中国大陆及周边地区相对于欧亚板块地壳形变的特点,中国大陆地壳形变具有南强北弱,西强东弱的特点.西部具有一致性的北向运动,而东部具有一致性的南向运动.     

利用中国地壳运动观测网络研究中国大陆相对于ITRF97板块模型形变

在建立全球ITRF97板块运动模型的基础上,利用"中国地壳运动观测网络"79个GPS基本站的数据,建立我国新的地壳运动方向图和块体运动模型.通过与NNR-NUVEL1A地质模型比较认为,ITRF97板块运动模型反映了现今十几年跨度的地壳运动,在研究我国现今几年到十几年时间跨度的地壳形变时,地壳运动背景场应采用基于ITRF97实测速度场建立欧亚板块运动模型.     

利用中国地壳运动观测网络研究中国大陆相对于ITRF97板块模型形变

在建立全球ITRF97板块运动模型的基础上,利用"中国地壳运动观测网络"79个GPS基本站的数据,建立我国新的地壳运动方向图和块体运动模型.通过与NNR-NUVEL1A地质模型比较认为,ITRF97板块运动模型反映了现今十几年跨度的地壳运动,在研究我国现今几年到十几年时间跨度的地壳形变时,地壳运动背景场应采用基于ITRF97实测速度场建立欧亚板块运动模型.     

平均热点参考基准的建立和岩石圈西向漂移的研究

对于大地测量应用来说,目前IERS机构在定义地球参考系时推荐采用岩石圈无整体旋转(No-Net-Rotation-NNR)约束条件,然而对于地球物理应用来说,相对于NNR参考基准的绝对板块运动数据可能会对地幔对流等研究结果产生误导.考虑到热点的运动,提出建立平均热点(MHS-Medial HotSpot)参考基准的方法,给出建立该基准的约束准则,分别以地学模型NNR-NUVEL1A和实测模型ITRF2005VEL为基础,建立了平均热点参考基准MHS-NUVEL1A和MHS-ITRF2005,并与其它基于热点的绝对板块运动模型进行了比较和分析;讨论了岩石圈的西向漂移,给出了岩石圈相对于下地幔整体旋转的更精确的定量估计,即基于实测的热点参考架MHS-ITRF2005和地学模型NNR-NUVEL1A之间的整体旋转为0.26°/Ma,旋转极在(50°S, 62°E),这与由板块的受力模型给出的岩石圈的整体旋转的旋转极很接近,旋转速率大致快了10%.     

国际地球参考框架的原点

随着近年来空间大地测量学的不断发展，地球的质量中心（CM）与几何中心（CF）再也不是不可辨别的了。现在，国际地球参考框架（ITRF）原点被确定为CM，显示出相对真实的CM有从几毫米到1cm范围内的季节性变化。由于科学家们研究地球的季节性及短时间尺度的动态形变，并开始把观测的地心运动与地球物理学模型的预测结果进行比较，参考框架显现出了因未考虑地心运动带来的明显误差。本文讨论了ITRF原点的性质，探讨了GPS测量对于地心运动的敏感性。我们发现地心运动的非线性值并没有包含在ITRF中，当前国际地球参考框架原点的特性在长趋势上反映地球的质量中心，但在季节性上反映几何中心。ITRF原点的本质取决于所采纳的运动学模型和无模型的网络运动。现有ITRF的原点应该定义新的术语来精确地反映CM的本质。这样，原点将保持其现有的长期稳定性，从而把季节性时间尺度的原点精度提高到亚毫米级水平。通过1度形变方法，GPS在测定季节和更短时间尺度的地心变化方面具有提供有价值信息的潜能。     

菲律宾海板块的整体旋转线性应变模型与板内形变-应变场

用菲律宾海板块上7个站ITRF2000的速度建立了菲律宾海板块的整体旋转线性应变模型. 结果认为菲律宾海板块的现今运动是顺时针方向旋转,与NNR_NUVEL_1A估计的旋转方向一致,但与NNR_NUVE_1A估计的旋转极位置和旋转角速度有较大差别. 本文模型与Sella等建立的刚体运动模型相比能更精确地描述菲律宾海板块的现今构造运动与板内形变. 菲律宾海板块内部存在强烈的形变-应变场. 在板块上存在一致的向东形变,形变速率在中央构造线附近小,东、西边界附近大,南、北两端小,中部大,在Mariana弧上向东的形变速率达到48.4 mm/a. 板块上南北方向的形变,东、西部存在明显差别,东部的南北向形变速率很小,西部在Manila海沟附近南北向形变速率较大,北端向北的形变速率为11.3 mm/a,南端向南的形变速率为29.3 mm/a. 板块的中央构造线把板块的主应变场分为东、西两个区. 东区存在非常强烈的张应变,压应变则很弱. 主张应变为近东西方向,从中央构造线向东主张与主压应变率逐渐增加,板块东南边界附近（148°E,15°N）主张应变率最大为8.58×10-8/a. 在西区,存在很强的主压应变而主张应变则较弱,主压应变为NW-SE方向,主压与主张应变率呈现从中央构造向西逐渐增加的特征,在板块西北边界（122°E,23°N）附近,主压应变率最大为5.71×10-8/a. 菲律宾海板块主应变场的空间变化与板块内部及周围的构造背景密切相关,是构造应力场的反映.     

毫米级地球参考框架的构建

本文指出了最新的国际地球参考框架ITRF（International Terrestrial Reference Frame）2005已不能满足当今毫米级地球动态变化监测的需要.提出了利用ITRF2005、SBL/GGFC（Special Bureau for Loading/Global Geophysical Fluids Center）和GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）等卫星的最新成果,构建毫米级地球参考框架的方案,介绍了对其两个关键问题：地壳非线性运动特征∑RΔXiR(t)和地球质心运动ΔX0(t)的空间技术（GPS,VLBI,SLR和GRACE）监测和地球物理因素模制的方法和一些初步结果,并对目前建立和实现毫米级地球参考框架存在的问题和所能达到的精度进行了初步评估.     

NNR constraint in ITRF2000 and the new global plate motion model NNR-ITRF2000VEL

There are 54 sites employed by ITRF2000 for ITRF2000 orientation. The deficiencies are obvious. First, these sites cannot well represent the rotation rate of the earth crust because there is no selected site in five out of fourteen tectonic plates and three of fourteen plates only have one site each. Second, the total angular momentum of the crust is non-vanishing in ITRF2000, even though it is declared that No Net Rotation (NNR) with respect to NNR-NUVEL1A is imposed on ITRF2000 construction according to the documentations of ITRF2000. So the NNR condition in conventional terrestrial reference system (CTRS) realization cannot be satisfied in ITRF2000. In this paper, the criteria of site selection for estimating the Euler vectors are suggested; the Tisserand system constraint equation in ITRF construction is derived; and as a product, the global plate motions can be obtained from the ITRF2000 construction.     

Testing of the IERS2000 Sub-Daily Earth Rotation Parameter Model

The differences between the new International Earth Rotation Service (IERS) 2000 and the previous IERS1996 sub-daily Earth rotation parameters (ERP) models can reach 0.1 mas (0.001 arc sec) and 0.1 mas/day. The largest differences are seen for the aliasing periods of 14.2 and 360 days, which correspond to the diurnal tidal waves of O1 and (K1, P1), respectively. Precise independent polar motion (PM) rate solutions effectively doubles the sampling rate and allows for effective testing of sub-daily ERP models and other periodical effects at the diurnal and semi-diurnal frequency bands. Since November 12, 2000, when the Jet Propulsion Laboratory (JPL) Analysis Center of International GPS Service (IGS) has switched to the conventional IERS1996 sub-daily ERP model, from the older model of Herring and Dog (1994), the JPL daily PM rate solutions show no, or greatly reduced 14.2 day amplitude (O1) peaks. This confirmed that the anomalistic amplitudes at 14.2 day period seen for JPL PM solutions prior November 12, 2000 was largely due to the effects of the older sub-daily ERP model on independent PM rate solutions. As indicated by the latest IGS PM rate solutions, which were corrected for the IERS1996 and 2000 model differences, the new IERS2000 sub-daily ERP model is expected to perform equally well as the conventional IERS1996 model.     

Short Period Variations In Earth Rotation As Seen By VLBI

An overview of the abilities of Very Long Baseline Interferometry (VLBI) to measure the variable Earth rotation and of the international VLBI collaboration is given. The paper concentrates on the short-period, i.e. subseasonal variations of Earth rotation which can be seen in VLBI measurements of length of day (lod) and polar motion between 1981 and 1999. The wavelet transform allows the time localisation of an irregular quasi-harmonic signal within a given data set. The wavelet analysis of lod series yields in the high-frequency range periods of 28 days, 14 days down to 6.86 days caused by the lunisolar tides and irregular quasi-periodic variations between 40 and 130 days. These are mainly associated with global zonal wind changes which can be seen when looking on the wavelet cross-scalogram between the lod series and the atmospheric angular momentum (AAM) time series. In polar motion variable periods between two and five months and even down to 7–10 days can be made visible by the wavelet scalograms.Today it is possible by VLBI to determine polar motion and UT1-UTC with a temporal resolution of as short as 3–7 minutes. The results of parallel VLBI sessions which took place since 1998 using two independent VLBI networks were analyzed in the subdiurnal period range and compared by computing the wavelet cross-scalograms, the covariance spectrum and the normed coherency. Periods between 5 and 7 hours can be seen in many of the UT1-UTC data sets besides the well-known diurnal and semi-diurnal periods. The wavelet analyses reveal interesting patterns in the subdiurnal range in polar motion, too.     

GNSS测站坐标非线性变化影响机制的研究

对影响地球参考框架稳定度与精确度的地球动力学因素进行深入研究,能更好地促进毫米级地球参考架的建立.而研究GNSS测站坐标的非线性变化及其相关机制,是实现毫米级地球参考框架的前提,也为提升GNSS坐标精度、研究地球物理因素等提供参考.首先研究了GNSS测站坐标非线性变化的影响机制与理论改正模型,给出了季节性温度效应、地表物质负荷效应、GNSS周年性系统误差和高阶电离层延迟这四种因素的研究进展,并提出了在机制和模型研究方面一些改进的方向.然后通过以高阶电离层延迟对GNSS测站坐标时间序列的影响为例,进行分组实验,研究了高阶电离层延迟对GNSS测站坐标非线性变化的影响,并进一步将影响进行了量化.研究结果有助于对测站坐标非线性变化的机制做出更精确合理的解释,同时也有助于削弱与限制高阶电离层延迟对建立高精度地球参考框架的影响;为我国北斗地球参考框架的建立与维持提供了可靠的理论基础,具有一定的参考价值.     

利用高精度复测GPS网进行中国大陆区域地壳运动特征分析

本文利用高精度复测GPS网,用多面函数拟合的方法计算出中国大陆地壳运动速度场模型,得到了有实用价值的中国地壳平面运动整体速度场图像和垂直速率等值线图像,同时计算出ITRF97参考框架下中国大陆地壳运动的区域背景场,该局域背景场与NNR-NUVELlA、Sillard、Larson 等全球板块运动模型所提供的欧亚板块的欧拉极方向和旋转速率在量级和大趋势上是一致的.据此对全球框架下的中国大陆区域地壳运动特征进行分析.