三轴刚体地球自转的动力学方程

整体地球自转动力学理论的研究一般是在旋转对称模型基础上进行的,但实际上地球是一个非旋转对称的椭球体,因此,三轴地球模型的自转理论研究具有一定的意义。在刚体地球自转Euler动力学方程的基础上,结合物理学中的空间自由旋转物体(如陀螺)的运动学方程,在极移平方量级的精度上给出适用于地球自转研究的三轴刚体地球自转的动力学方程,同时也给出求解三轴刚体地球自由摆动的两种方法,即椭圆积分方法和椭圆函数方法。最后得出旋转对称地球自转是三轴地球自转在极移量级情况下的一种特例,且三轴刚体地球模型不可能出现第二自由摆动的结论。     

基于时变地球主惯性矩的三轴地球的自由Euler运动

在时变地球主惯性矩情形,采用数值方法求解了自由Euler动力学方程和运动学方程。结果表明,地球存在周期约为304.5 d的自由章动;旋转速度的三个分量均出现周期性的增大和减小;地球主惯性矩A、B、C的时变性导致Euler周期产生复杂的波动,特别是ω3(自转速率)存在周期为22 a1、4 a、8 a4、a、2 a、周年以及更短周期的波动,这表明A、B、C的时变性导致了10 a尺度、周年以及更短周期的日长变化。     

弹性地球自转动力学理论的研究进展

地球自转的精确测定是高精度大地参考系建立的理论基础,也是天体测量学、大地测量学和地球物理学共同关注的研究领域。研究了弹性地球自转动力学的基本理论,主要内容包括:修正了固体潮和地球自转对地球惯量张量元影响的表达式;首次给出了高阶岁差章动力矩对地球自转的影响;介绍了大气对地球自转影响的数值积分法,并给出了负荷理论方法;总结了大陆水分布对地球自转影响的数值原理;研究了海洋负荷潮汐对地球自转影响的理论和方法,在推导过程中抛弃了传统的直接数值积分法,直接以负荷引力位为基础,并将海潮潮高引入表达式中,推导出了海潮对地球自转影响的有关公式。本文给出的理论公式可为动力大地测量学和天文地球动力学的研究提供理论参考和依据。     

液核弹性地球自转动力学理论的研究进展

地球自转的精确测定是高精度大地参考系建立的理论基础,也是天体测量学、大地测量学和地球物理学共同关注的研究领域。研究了液核弹性地球自转动力学的基本理论,主要内容包括:修正了固体潮和地球自转对地球惯量张量元影响的表达式;首次顾及了日月高阶岁差章动力矩对地球自转的影响,引进了周期满足小于等于0 5d和大于等于1 5d的其它摄动机制(例如:大气、海洋和地表水分布等)对地球自转的影响;形式上对Rochester的耗散力矩表达式进行了变换,使得耦合系数变为无量纲的参数。本文的推导理论上更为严格,形式上更为完美对称,并为以后定义液核地球模型的CEP轴和CIP轴打下基础。本文给出的理论公式可为动力大地测量学和天文地球动力学的研究提供理论参考和依据。     

三轴地球Chandler晃动的振幅-频率调制机制

研究了三轴地球的自由晃动,给出了Euler动力学方程的椭圆函数解和Euler/Chandler周期。研究表明,三轴性使得极移轨迹变为短、长半轴分别与主惯性轴A、B平行的椭圆,同时使得极移和自转速率产生耦合效应,导致Chandler晃动的振幅-频率调制机制。根据IERS数据还得出了地极正以3.93 mas/a的速率向77.98°W方向漂移的结论。     

三轴刚性地球自由旋转欧拉角变化数值模拟研究

假定地球是一个三轴刚性体,在Euclid空间中做自由旋转.在设定主惯性矩A小于B小于C的情况下,求解欧拉运动方程,得到数值解.计算结果表明:地球在除了自转和自由进动之外,同时还存在着自由章动.章动角会随着时间做周期性变化.重点讨论的是章动角的变化.     

地球自转形变的动力学效应

本文详细讨论了地球自转形变的动力学效应。地球自转形变导数地球引力位系数产生时变摄动并引起测站位置的变化。导出了由于地球自转引起的地球引力位系数变化的表达式，并给出了表示地球自转角速度矢量的三个参数m1、m2、m3与地球自转参数xp、yp、D间的关系。建议在高精度空间大地测量中要顾及由极潮引起的测站位置的变化。     

同时顾及章动和极移的地球自转方程

通过引进章动坐标系相对惯性参照系的转动角速度随时间的变化,导出了一个可同时解出章动和极移的地球自转方程,用这个方程可同时研究地球的强迫和自由转动,与现行研究地球自转的惯用方法相比,该方法综合性强,易于理解。     

同时顾及章动和极移的地球自转方程

通过引进章动坐标系相对惯性参照系的转动角速度随时间的变化,导出了一个可同时解出章动和极移的地球自转方程,用这个方程可同时研究地球的强迫和自由转动。与现行研究地球自转的惯用方法相比,该方法综合性强,易于理解。     

将微椭对称体的弹性运动方程化算到球域上的一种新方法

研究微椭对弹性地球模型运动方程的简化问题，将它们化算到了球域上，得到的方程等于球对称弹性地球模型的运动方程加上扁率改正项。     

Polar motion of the triaxial nonrigid Earth and atmospheric excitation

The present study aims to extend the traditional rotation theory of the rotational-symmetric Earth to the triaxial Earth.We re-formulate the Liouville equations and their general solutions for the triaxial nonrigid Earth and find that the traditional theory intro-duces some theoretical errors in modeling the excitation functions.Furthermore,we apply that theory to the atmospheric excitation and find that theoretical errors should not be neglected given the present measurement accuracy.Thus we conclude that the traditional the-ory of the rotation of the rotational-symmetric Earth should be revised and upgraded to include the effects of the Earth’s triaxiality.     

关于地球自由摆动中分解定理的讨论

实际地球是一个非旋转对称的椭球体,甚至是梨形椭球体.因此,三轴整体地球自转动力学的理论研究是有一定意义的.主要将研究三轴刚体地球自转的自由摆动,对有关学者提出的分解定理进行重新探讨,指出了其中可能存在的一些问题.     

2015年尼泊尔地震Mw7.9产生的地球内部变形

针对地球内部变形的理论研究缺失,该文基于半无限空间的地球模型,研究了2015年尼泊尔地震Mw7.9产生的地球内部不同深处(地表以及地下10、20、30、50、100和300km)的同震位移变化,研究区域内的地表最大垂直位移有0.779 0m,向下的最大垂直位移是-0.383m,南北向的水平位移在断层处产生集中挤压,最大值有1.460 0m,这与尼泊尔境内的GPS观测结果比较吻合;地下10km处的位移比地表的变形要大很多;地球深部的位移结果逐渐变小,并且100km处的水平位移方向也发生了巨大变化。地球内部位移变化结果显示:地球浅部位移与地表的走向趋势一致但振幅不同,地表的位移并不是最大的,接近震源处的变形最大。     

数字地球中的数据处理理论

数字地球这一概念一经提出，立即引起了全世界的广泛关注，数字地球对于促进国民经济的发展、满足社会发展的需要以及迎接信息社会的挑战都具有非常重要的意义。数字地球的基础和关键是数据，文中首先扼要归纳了数字地球中数据的特点，然后重点介绍了数字地球中的数据处理理论，并对数字地球中的数据处理理论这一领域今后的发展作了展望。     

The angular characteristics of Moon-based Earth observations

ABSTRACT

The Moon, Earth’s only natural satellite, is a potential new platform for Earth observation. Moreover, with the wide applicability of the angular information from remote sensing data, it has been attracting increasingly more attention. Accordingly, this study focuses on the angular characteristics of Moon-based Earth observations. Using ephemeris DE430 and Earth orientation parameters, the position and attitude of the Sun, Earth, and Moon were obtained and their coordinates normalized to a single framework using coordinate transformations between the related reference systems. Then, an angular geometric model of Moon-based Earth observations was constructed, and the corresponding angular algorithms were presented. The results revealed the angular range and distribution characteristics of Moon-based Earth observations. For every point on the surface of the Earth, the view and solar zenith angles all vary widely, which decreases with increasing latitude. The view and solar zenith angles all vary widely with the largest range of values in the equatorial and polar regions and a smaller range of values in mid-latitudes. Furthermore, the range of solar angles of Moon-based Earth observations is the same as that of all-time solar angles, indicating the potential for monitoring and understanding large-scale geoscientific phenomena using Moon-based Earth observations.     

Analytical versus semi-analytical determinations of the Oppolzer terms for a non-rigid Earth

Estimations of the Oppolzer terms for the angular momentum and rotation axes of a non-rigid Earth are obtained from two different approaches and compared. The first approach is an analytical method which relies on the solutions of the Liouville equations for a two-layer Earth model. The Oppolzer terms are evaluated from analytical expressions. The results are then compared to those calculated from Wahr's theory of nutation for a non-rigid Earth, which is the second approach used. Results are obtained for the main nutation frequencies and for the precession case. The differences between the two solutions are generally quite small (the relative error is most of the time under 8%) and are, for a large part, due to successive approximations and truncation effects during their determination. Departures of the results from the two methods are significantly larger for frequencies near the Free Core Nutation (FCN) resonance. This is particularly true for the Oppolzer terms of the angular momentum axis. The Earth model adopted is a little bit different in each case: for the Liouville system solution, we have limited the model to a homogeneous elastic mantle and a homogeneous liquid core. Another source of some of the small differences in the results is the presence of a solid inner core in Wahr's theory. We confirm through the analytical calculation the strong effect of the core on the Oppolzer terms of the angular momentum axis for a non-rigid Earth at the precession frequency. Finally, an application is given in the determination of the axes' position at J2000 for a non-rigid Earth. Received: 23 February 1998 /Accepted: 18 November 1998     

“数字鸿沟”与地球信息科学的应对

2003年上半年连续出现的全球性突发事件,是对我国的严峻考验。面对严峻复杂的世界形势,地球信息科学可以大有作为,如建设各类型的地理信息系统,以增强应变能力,制定长远规划,加强基础研究和数据储备,将地球信息科学的先进技术和成果应用于国家应对突发事件和政府决策,提出强强联合,共同攻克难关。