地球自转

岁差和章动、极移的两个分量X 和Y 以及世界时（Universal Time，UT1）和协调世界时（Universal Time coordinated，UTC）之差UT1-UTC 或者日长变化（其为UT1-UTC 的衍生物）常用来反映地球自转的变化，称为地球定向参数（EarthOrientation Parameters，EOP）。其中，极移、UT1-UTC 和日长变化称为地球自转参数（EarthRotation Parameters，ERP）（孔祥元等，2010）。

随着现代空间大地测量技术如甚长基线干涉测量（Very Long Baseline Interferometry，VLBI）、卫星激光测距（Satellite Laser Ranging，SLR）、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）等的不断发展，已能为人们提高更高精度、更高分辨率的地球定向参数。与经典光学测量技术相比，其观测精度提高了两个数量级（王保卫，1999）。在极移方面，目前观测精度达到0.1 mas（相当于地面上3mm 的距离），日长变化的观测精度可达到0.01 ms（Wlofgang，2008；徐君毅，2010）

由于复杂的数据处理过程，利用现在测量技术所获取的海量数据并不能实时的给出地球定向参数解算值，如运用VLBI、SLR 等高精度的观测手段来获取EOP 值往往要延迟2~5 天，而利用GPS，其解算速度相对较快，也要延迟2~3 个小时来获取EOP变化值。但GPS 技术解算时受系统影响较大，长期性并不好，需要VLBI 和SLR 技术解算值来进行修正（王琪洁，2007；徐君毅，2010）。基于此，地球自转参数是无法实时获取的，为了解决这一矛盾，利用已有观测资料对EOP 进行预测，建立高精度的预报模型就显得尤为重要。

极移主要包括两种：周期为12 个月的周年受迫摆动和周期为14 个月的Chandler 自由摆动，一般有平均极移和瞬时极移两种方式表示。瞬时极移是以地极坐标（Xp, Yp ）来表示的，该坐标系的原点为国际协议原点CIO，X 轴为起始子午线，Y 轴为λ= 2700的子午线。自20 世纪以来，国际纬度局（ILS）、国际极移服务（IPMS）等多个国际组织开展了对极移的监测工作，国际地球自转和参考系统服务组织（IERS）每周都会更新发布包括极移在内的地球定向参数的观测、解算及预报数据。极移主要是由固体地球（地壳和地幔）的形变及地球流体层（大气和海洋）与固体地球间的角动量交换造成的（Chin et al，2004；徐君毅，2010），因而极移的主要的激发源就是地球上物质分布的变化。

地球自转速率可用UT1-UTC 表示，也可简称为世界时（UT），日长变化为UT1-UTC

的衍生物，可用LOD 表示。为了明确UT 和LOD 的关系，可将LOD 定义为同一恒星

在某地连续两次中天相距的原子时。如果LOD 每天都恒定的保持为86400 秒，则原子

时与UT 相等，每一恒星将同时中天。否则，如果LOD 有变化，则原子时与UT 不一致。UT1-UTC/LOD 反映了固体地球与大气、海洋等各个地球流体圈层的相互作用（马利华，2004），同时他们又与大气、地震、海洋运动、ENSO 等物理现象有紧密联系，因此，

引起了天文地球动力学家们的很大兴趣。

地球自转参数的测定方法有传统方法和现代测量方法两种。传统的测量方法主要是

利用光学仪器进行观测。自19 世纪以来已为人们提供了大量的光学观测资料，为研究

地球自转提供了很好的基础，但其观测精度低且容易受外界因素影响，故对现代高精度

导航要求用处不大。20 世纪60 年代以来，随着现代空间大地测量观测手段：甚长基线干涉测量（VLBI）、激光测卫（SLR）、全球定位系统（GPS）的快速发展，地球自转参数的观测精度也大大提高。表为不同阶段的地球自转参数的观测精度:

X-pole/mas Y-pole/ mas UT1

1962-1967 30 30 200

1968-1971 25 25 170

1972-1979 11 11 100

1980-1983 2 2 30

1984-1989 0.4 0.4 2

1990-2000 0.2 0.2 2

2001-2003 0.074 0.074 1.2

2004- 0.058 0.060 0.6

现代空间测量技术测定地球自转参数的方法可分为两种：（1）几何学测量，这种技

术的主要代表是甚长基线干涉测量（VLBI）；（2）动力学测量，它的主要代表为激光测卫（SLR）、全球定位系统（GPS）和人卫多普勒跟踪（DORIS）。

至今，VLBI 仍是唯一能够同时提供天球参考框架（CRF）和地球参考框架（TRF）以及地球定向参数（EOP）的空间技术（李金岭，2000）。同时，VLBI 获取的地球定向参数不仅精度高而且稳定性好。现在VLBI 测定极移的精度为0.1mas，测定UT1 的精度为0.05ms。

SLR 技术对板块运动的实测、高精度地心坐标系的建立以及地球自转参数的精确测

定等地学研究其中重要作用（徐君毅，2010）。目前，全球大约有100 个SLR 固定站，

其中40 多个站观测的历史较长，已可解出其站速度（徐天河，2002）。同时，SLR 也是

目前精度最高的绝对定位技术。

上世纪70 年代，美国国防部组织和研发实施了第二代卫星导航系统：全球定位系

统（GPS），自其建成以后凭借着其全天候、高精度、高效率等优点，在空间测量领域

得到广泛的应用（张昊，2012）。1994 年，国际GPS 服务组织（International GPS Service，IGS）宣布成立，并在全球建立了GPS 连续观测网。到目前为止，全球范围内有378 个IGS 连续跟踪站，其中能保持不间断观测的每天至少300 个（孟国杰等，2006）。上世

纪90 年代GPS 开始提供极移数据，目前测定精度已达到0.01mas（叶淑华，2000）。

和其它技术相比，DORIS 被用于监测地球自转变化的时间较短。目前DORIS 拥

有56 个观测站，且已成立了IDS(International Doris Service, IDS)来对DORIS 的观测

数据进行专门的处理和分析（Wolfgang，2008，徐君毅，2010），其观测数据也被纳入

到地球定向参数的解算中来。