测量时间系统

• 原子时的起点
1958年1月1日世界时（UT1）0h0m0s 作为原子时的 起点0h0m0s，但事后发现在这一瞬间原子时与世界 时相差0.0039秒
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国际原子时
• 原子时的精度
优质商品铯钟 ： 10－12
实验室基准频标：10－14 － 10－16 原子钟也可放置在卫星上
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个真太阳日。真太阳日是真太阳时系统的基本单位。
以真太阳上中天瞬间为一日的开始，这个瞬间称为真午正 （T☉＝0）。
1真太阳日＝24真太阳时小时
1真太阳时小时＝60真太阳时分
1真太阳时分＝60真太阳时秒
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太阳时
真太阳时的不均匀性
真太阳日的长度不 等于地球自转周期
1.
2.
太阳周年视运动的
• 十二地支
子（zǐ）、丑（chǒu）、寅 （yí n）、卯（mǎo）、辰 （chén）、巳（sì ）、午（wǔ）、 未（wèi）、申（shēn）、酉 （yǒu）、戌（xū）、亥（hài） （注：十二地支对应十二生肖— —子：鼠；丑：牛；寅：虎；卯： 兔；辰：龙；巳：蛇； 午：马； 未：羊；申：猴；酉：鸡；戌： 狗；亥：猪。）。
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太阳时
恒 星 视 运 动
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太阳时
真太阳时 • 以地球自转运动的周期为基准建立的一种 时间系统。 • 选取真太阳（太阳视面中心）为参考点， 以它的周日视运动周期为基准所建立的一 种时间计量系统，称为真太阳时，简称真 时，用T☉ 表示。
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太阳时
• 真太阳日
真太阳连续两次通过测站上中天所经历的时间段，称为一
不均匀性
真太阳时不能作为度量时间的标准
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太阳时
平太阳时 • 平太阳
天球瞬时平赤道上的一个假想点， 它具有均匀的恒星运动，其赤经 与太阳平黄经尽可能接近。
它有以下特点：
（1）周年视运动的轨道在赤道 上，而不是在黄道上； （2）周年视运动的速度是均匀 的，等于真太阳一年中视运动速 度的平均值； （3）赤经尽可能接近于真太阳 的平黄经。
天干
地支
•
天干地支不仅可以表示年，还可表示月，日， 时即纪年、纪月、纪日、纪时，这些数值又 称为四柱，含八字，如生辰八字。
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为何一年有四季？
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时间表达方法
记录时间的方法还具有 • 四季
春夏秋冬
• 上下旬 • 二十四节气
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二十四节气
• 根据太阳的位置，在一年的时间中定出二 十四个点。每一点叫一个节气。通常也指 每一点所在的那一天。
• 典型的30到40年周期的振幅约几秒的周期变化，很有可能是 由地球的核幔耦合引起的，依据经验在3年内的预测精度好于1 秒。
周年变化，
• 主要由大气引起，振幅可达 60 毫秒。
不规则变化的高频变化，
• 主要由潮汐、海洋环流及大气等因素引起，振幅可达几个毫秒。
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世界时
极移的影响（UT）→ 春分点 → 恒星时 → UT
• 通用时间表达
2015-01-04 10:10:10.0000000
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我国时间表达法
• 明朝万历元年
• 清朝乾隆十年
• 民国10年 • 公元1992年 • 甲午战争 • 辛亥革命
万历皇帝 朱翊钧
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天干地支
• 十天干
甲（jiǎ）、乙（yǐ）、丙 （bǐng）、丁（dīng）、戊 （wù）、己（jǐ）、庚（gēng）、 辛（xīn）、壬（rén）、癸（guǐ）
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天干地支
干支相配的方法，是以阳干配阳支，阴干配阴 支，从甲子开始，继为乙丑，到癸亥为止，共 合为六十数，之后再从甲子开始循环。
甲子、乙丑、丙寅、丁卯、戊辰、已巳、庚午、 辛未、壬申、癸酉、 甲戌、乙亥、丙子、丁丑、 戊寅、已卯、庚辰、辛巳、壬午、癸未、 甲申、 乙酉、丙戌、丁亥、戊子、已丑、庚寅、辛卯、 壬辰、癸巳、 甲午、乙未、丙申、丁酉、戊戌、 已亥、庚子、辛丑、壬寅、癸卯、 甲辰、乙巳、 丙午、丁未、戊申、已酉、庚戌、辛亥、壬子、 癸丑、甲寅、乙卯、丙辰、丁巳、戊午、已未、 庚申、辛酉、壬戌、癸亥
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什么是时间？
• 是一种物理量，是物理学七个基本物理量 之一。国际单位为：秒（s）。 • 事件过程长短和发生顺序的度量。 • 表达事物的生灭排列。
其内涵是无尽永前，其外延是一切事件过程长 短和发生顺序的度量。
“无尽”指时间没有起始和终结，“永前”指 时间的增量总是正数。
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四、常见的时间系统
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四、常见的时间系统
已选择3种物质运动形式建立时间系统
1.
地球自转（世界时系统）
以地球自转周期为基准，由此量得的时间单位为“日”， 有恒星时和太阳时。
2.
地球公转（历书时系统） 以地球公转运动周期为基准，由此量得的时间单位为 “年”。
3.
原子内部能级跃迁（原子时系统） 以原子内部电子在能级跃迁时所辐射或吸收的电子波频率 为基准，用此量得的时间单位为“原子秒”，这种计量时 间系统为原子时系统。
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太阳时
平太阳时
平太阳
0
6h 41m50.54841s 8640184.81278s Tu 0.09310s Tu2
Tu 是从J2000.0格林尼治平子正起算的儒略世纪数。
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太阳时
区时与日界线 两地在同一瞬间同一类地方时之差，等 于两地经差。 任一测站与格林尼治天文台在同一瞬间 的同类时之差，等于测站的经度。
•
2）UT1
包含极移影响的世界时系统，
可直接观测 UT1 ＝ UT0 + ∆λ
•
4）wk.baidu.comT2R
UT2R = UT1R＋ ∆Ts 最平滑的世界时
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世界时
• 世界时（UT）系统
UT0系统：包含地球自转不均匀和极移的影响
UT1系统：加入极移改正∆λ，消除极移的影响 UT2系统：加入自转速度季节性变化改正∆Ts
相对于北天极，由于岁差的影响瞬时春分点存在顺向的旋转（约-50.29″）， 同样瞬时本初子午线与瞬时赤道的交点由于逆向的长周期运动（如Chandler摆 动及周年摆动），亦相对瞬时赤道存在逆向的旋转（目前约每世纪47μas）
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世界时
世界时（UT）的系统
•
3）UT1R
消除潮汐周期变化（62个平
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诗句名言（中国）
• 盛年不重来，一日难再晨，及时当勉励，岁月不待人。 （陶渊明） • 莫等闲，白了少年头，空悲切！（岳飞《满江红》） • 明日复明日，明日何其多。我生待明日，万事成蹉跎。 世人若被明日累，春去秋来老将至。朝看水东流，暮看 日西坠。百年明日能几何，请君听我明日歌。（文嘉 《明日歌》） • 冬者岁之余，夜者日之余，阴雨者时之余。（可学习时 间）（《三国志· 魏书· 王肃传》裴松之注引《魏略》 ） • 勿谓寸阴短，既过难再获。勿谓一丝微，既绍难再白。 （清· 朱经 ）
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二、时间的表达
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时间的数学表达
• 在数学中，时间是一个一维变量，因此可以用一串序列数字表 示。
• 数字是有限的，而时间是无穷尽的，因此，数字需要进位表示。
十进制：1-9,10,11,12 60进制：一分钟60秒，一小时60分钟。 12进制，24进制：一天小时
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三、时间的测量
度量时间单位的基本原则
连续性
必须是连续的周期性运动。 稳定性（均匀性） 运动的周期必须具有足够的稳定性。 可测性 这种周期性运动必须是可以测定和复制的。
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时间单位
• 时间的单位
基本单位：国际单位制秒（SI），记为s 派生单位：
• 大于1s的单位：分钟（m）、小时（h）、日（d）、月 （M）、年（y）、世纪（c） • 小于1s的单位：毫秒（ms）、微秒（μs）、纳秒（ns）、 皮秒（ps）、飞秒（fs）
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太阳时
• 平太阳时
选取平太阳为参考点， 以它的周日视运动周期为基准所建立的一种时间计量 系统，称为平太阳时，简称平时，用T表示。
• 平太阳日
平太阳连续两次通过测站下中天所经历的时间段，称 为一个平太阳日。 平太阳日是平太阳时系统的基本单位。 以平太阳下中天瞬间为一日的开始，这个瞬间称为平 子正（T＝0）。 1平太阳日＝24平太阳小时， ……
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三、时间的测量
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用怎么测量时间？
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日(rì )晷(guǐ)
传统常用计时方法
• 一炷香
• 两个呼吸 • 半晌
• 时辰、日夜、季节
• 沙漏
• 钟摆
• 日晷(guǐ)
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时间测量工具
“时间的延绵只能通过周期 运动的动作单位测量” — 洛克
时间计量的两个方面： 1、间隔（单位）； 2、时刻
• 频率的单位
基本单位：赫兹（Hz） 派生单位：千赫(KHz)、兆赫(MHz)、吉赫(GHz)等
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计时性能指标
• 时钟的主要技术指标
频率准确度
频率漂移率 频率稳定度
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Galileo星载氢钟（已于2008年上天）
8×10－13/s,1×10－14/1000s,2×10－15/d,18Kg
测绘基础课程
测量时间系统
2015年7月
课程要求
• 明确时间的概念和表达方法 • 熟悉常见的时间系统
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目
录
一、时间的概念 二、时间的表达
三、时间的测量
四、常见时间系统 五、历法和节气
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一、时间的概念
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时间名词
• 时光荏苒
• 白驹过隙
• 一日三秋 • 光阴似箭，日月如梭 • 东隅已逝，桑榆非晚
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太阳时
• 区时
区时通常采用平时系统 经度除以15，所得商四 舍五入取整即可。 例如西经117°： 117/15 ≈7.8，故在西八 区。
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太阳时
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太阳时
日界线
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世界时
• 世界时（UT）
格林尼治平时 T（0时区的区时）称为世界时。世界时 是以地球自转周期为基准（GST）测定的。 是一种规定了起始时区的平太阳时。
什么是时间？
• “时”是对物质运动过程的描述，
• “间”是指人为的划分。
• 时间是思维对物质运动过程的分割、划分。
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测量中时间的含义
• 测量中的时间
时刻： 表示事物在运动过程中的某一瞬间。
时间段： 表示事物在运动过程中的一段时间。
• 二者之间的关系
时刻说明事件发生的先后，反映时间的早晚； 时间段说明事件从开始到结束经历了多少时间， 反映时间的长短。 二者是对时间的测量
UT1＝UT0+ ∆λ UT2＝UT1＋ ∆Ts＝UT0＋ ∆λ ＋ ∆Ts
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国际原子时
• 原子时( AT )
是用原子跃迁所产生的振荡频率为基准而建立起来 的一种均匀的计时系统
• 原子时的秒长 —— SI秒
秒是相当于铯原子133在两个基态的超精细结构的 能级跃迁辐射的电磁振荡9192631770周所经历的时 间
• 世界时的不均匀性
1）长期变化 2）季节性变化 3）不规则变化
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世界时
• 地球自转的不均匀
长期变化，
• 主要由海洋潮汐耗散自转能量、自转能量传导至月球轨道运动 引起，依据Lambeck的估计，日长（LOD）平均增加 2.6ms/c （1.6ms/c — 20c） 。
数十年的周期变化，
• 1）UT0
• 从地方恒星时计算格林尼治恒 星时的过程中，没有采用瞬时 经度，而只采用测站固定的初 始经度值得出的世界时的初值 ，它仅是一个中间结果，不存 在全球统一的UT0系统
滑项）的平滑UT1。
•
4）UT2
加入自转速度季节性变化改
正∆Ts。
UT2 ＝ UT1＋ ∆Ts ＝ UT0＋ ∆λ＋ ∆Ts
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诗句名言（国外）
• 世界上最快而又最慢，最长而又最短，最 平凡而又最珍贵，最易被忽视而又最令人 后悔的就是时间。（高尔基 ） • 忘掉今天的人将被明天忘掉。（歌德 ） • 时间最不偏私，给任何人都是二十四小时； 时间也是偏私，给任何人都不是二十四小 时。（赫胥黎）
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什么是时间？
国际原子时
• 地方原子时
根据原子时的定义，任何原子钟在确定起始历元后 都可提供原子时，由各实验室用足够精确的铯原子 钟导出的原子时称为地方原子时，它仅适用于地方 原子钟所处的时空背景。
• 国际原子时（TAI）
TAI是由国际时间局（BIH，1988年改由BIPM负责） 建立和保持的时间尺度。不同的地方原子时之间存 在差异，将各自的地方原子时进行比对，经过计算 处理，可求出全世界统一的原子时，称为国际原子 时。