利用天测与测地VLBI观测建立天球与地球参考架

本文讨论了利用天测与测地 VLBI观测建立天球与地球参考架过程中所面临的问题及解决的技术途径 ,涉及天球参考架与地球参考架原点与定向的确定、地球参考架时间演变的确定等。并通过实测数据分析与结果比对证明解决途径的有效性。

组建地球参考架中基准约束的选择及其影响

根据约束形式和提供信息的情况,将定义几何坐标参考基准的约束条件分为统计约束和函数模型约束,并给出它们的统一表示形式。解释统计约束中的紧约束、皱约束和松约束的分类依据和使用原则,分析伪逆约束和最小约束的表示形式、使用方法和应用范围。指出固定约束是函数模型约束的一种,它是定义几何坐标参考基准的理想选择,讨论在IERS组建ITRF2008时,用于定义相似变换参数相对参考基准的函数模型约束的表示形式。

国际地球参考框架:现状与未来

地球参考框架是研究地球整体和局部运动以及探讨地球各圈层运动机制的一个重要基准。简要回顾地球参考架的发展和现状,主要分析当前取得的成绩及其存在问题和局限性,着重提出未来地球参考架的目标和若干建议。

地球参考标架和动态地球

本文首先对天球参考标架和地球参考标架作了一般叙述。其次较详细地说明地球参考标架究竟是什么,它是如何形成的,直到现在它的发展情况。最后说明了地球参考标架在有关学科中的应用。

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。

ITRF2000参考架的评价及其探讨

通过ITRF2 0 0 0速度场建立完全独立于任何地质模型假设的ITRF2 0 0 0VEL模型 ,求出总角动量 |L|为 0 .12 7°/m·a ,在运动中应加以改正 。

GPS应用于地球动力学研究的进展

介绍了GPS卫星系统的现代化以及ICS(Ineternational GPS Service)的最新研究成果;重点介绍了GPS技术在地球动力学研究中,包括国际地球参考架的建立与维护,固体地球形变和海平面变化的监测,科学卫星轨道的确定以及全球和中国地壳运动、地球定向参数的监测,GPS在大气研究和气象预报中的最新进展;评述了GPS技术目前存在的问题,包括与SLR测量之间存在的系统偏差、GPS技术本身可能存在的周年变化和GPS卫星天线相位中心的变化。

ITRF2005简介和评析

该文对最新的国际地球参考框架ITRF2005进行了简单介绍,指出了IFRF2000与ITRF 2005之间在解的生成、基准的定义和实现等方面的差别,特别评析了ITRF2005所作改进的理由和合理性,同时也指出了ITRF2005与ITRF2000一样,没有满足协议地球参考系(CTRS)的定向随时间的演化需遵循相对于地壳无整体旋转(NNR)的约束条件,并就此提出了解决办法。

上海VLBI站相对于欧亚板块运动的测定与讨论

利用 1 988～ 1 996年共 8年的上海天文台 VLBI站与国际 VLBI站基线长度变化的精确测定结果 ,重新估计了上海 VL BI站的形变速率 ,证实了基于不同地球参考架系统对估计的上海站的运动有明显差异 ;基于最新的 ITRF96地球参考架和 Sillard等 (1 998)欧亚板块的欧拉矢量 ,估计得到上海站的地壳垂直形变速率为 -1 .95± 1 .0 2 mm/a呈下降趋势 ,水平形变速率为 1 3.5 5± 1 .2 0 mm/a,方位 77.5°± 4.5°;估计得到乌鲁木齐 VL BI站的地壳垂直形变速率为 -6 .0 8± 2 .77mm/a呈下降趋势 ,水平形变速率为 2 1 .87± 2 .5 2 mm/a,方位 45 .5°±6 .6°;进一步分别基于 NNR-NUVEL -1 A地球板块运动模型和 Zhang等 (1 999)的欧亚板块的欧拉矢量 。

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。

确定板块运动学模型的台站选取

国际地球参考架 (ITRF)和板块运动模型的台站选取标准都具有随意性 ,直接影响地球参考架和板块运动模型的精度和可信度。提出了一种确定刚体板块内台站的新方法 ,即从ITRF2 0 0 0速度场利用 7参数转换得到的各台站运动速度残差 ,使其向刚性板块运动逼近 ,通过多次循环 ,从而确定各板块的刚性台站 ,可更好地定向地球参考架和建立高精度板块运动模型。

基于ITRF97的上海和鹿岛VLBI站地壳垂直形变的VLBI测定

利用美国宇航局(NASA)在1999年的VLBI全球解(glb1123)中关于上海VLBI站与国际上13个VLBI站的基线长变化率高精度测定结果,以及日本鹿岛Kashima和Kashima 34两VLBI站分别与国际VLBI站间的相应结果,基于最近的国际地球参考架ITRF97,估计得到了上海VLBI站和日本鹿岛两VLBI站相对于板块稳定区的地壳垂直形变率分别为-1.91±0.56 mm/yr、-3.72±0.74 mm/yr和-8.81±0.84mm/yr,表明上海VLBI站存在每年近2毫米的下降,讨论并证实日本鹿岛两VLBI站的地壳垂直形变速率是不一致的;基于不同板块运动模型的欧拉旋转矢量,估计得到了上述3站的水平形变速率;还估计给出了太平洋板块中部的形变率结果.

多种空间大地测量技术内综合方法研究及精度分析

详细地叙述了国际空间大地测量技术服务组织ILRS(International Laser Ranging Service),IVS(International VLBI Service),IGS(International GNSS Service)和IDS(International DORIS Service)分别采用SLR(satellite laser ranging),VLBI(very long baseline interferometry),GPS(global positioning system)和DORIS(Doppler orbitography and radio-positioning intergrated by satellite)四种技术,并由多家分析中心的站坐标和地球定向参数的SINEX(solution in independent exchange format)周解(或24 h观测解)进行技术内综合解算的方法,包括技术内综合模型的建立、参考架基准约束问题和不同分析中心解的定权方法等主要内容,并对ILRS,IVS,IGS和IDS提供的技术内综合周(日)解的长期序列进行了站坐标和地球定向参数(earth orientation parameters,EOP)的精度评估,分析了地球参考架基准参数的长期特性。由地球参考架基准定义可知,SLR技术内SINEX综合解相对于ITRF2014的平移参数时间跨度最长,且没有明显的偏差或漂移;GPS技术的三个方向平移参数虽然弥散度最低,但是在X方向和Y方向存在长期的线性变化,在Z方向存在跳变;DORIS技术也有类似GPS技术的现象。这些结果说明ITRF2014选择SLR定义的地心作为参考架原点是有道理的。通过分析台站坐标精度可知,利用各种技术对核心站和非核心站进行区分非常重要,所分别得到的精度有明显的不同。由于GNSS(global navigation satellite system)台站多且分布广,因此地球定向参数的确定精度要高于其他三种技术。

基于ITRF2000的全球板块运动模型

利用最新国际地球自转服务 (IERS)发表的国际地球参考架ITRF2 0 0 0速度场 ,建立一个完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ITRF2 0 0 0VEL。板块的总角动量 |L| =0 .12 7sr M·a-1,即ITRF2 0 0 0不满足无整体旋转的要求 ,与协议地球参考架CTRF定义不符 。

空间大地测量测定板块运动新进展

主要阐述利用空间大地测量测定和研究板块运动的研究成果及最新进展 ,并与地质学方法进行了比较 ,结果表明空间大地测量方法测定板块运动由单一手段发展为多种手段的综合 ,最新的研究是利用ITRF96 、ITRF97地球参考架的站坐标及速率建立新的板块运动模型 ,这些模型和相同时期的地质模型 ,整体上一致但仍存在着差异。对于太平洋板块所有大地测量测定的运动速率均大于地质学模型 ,极位置的经度也有系统偏差。

全球垂直基准在全球变化研究中的作用

介绍了全球垂直基准 (GVD)在监测与全球变化有关的海平面变化、现今地壳运动中的作用 ,论及GVD与国际地球参考架 (ITRF)的关系 ,对如何建立全球垂直基准及其精度作了讨论。研究表明只要按文中的方法进行卫星激光测距 (SLR)、全球定位系统 (GPS)观测与重力测量 ,则可使全球垂直基准比现今世界各地高程之差约 2m要提高一个数量级。

并置VLBI站的相对形变及其与全球解结果的比较

基于ITRF2000地球参考架的三维VLBI站速度矢量和NNR-NUVEL-1A地 球板块运动模型,采用观测的VLBI基线长变化率作为约束,估计和讨论了全球6个并置 VLBI站的局部或区域性地壳的相对形变,并与国际地球参考架ITRFs解和VLBI全球解 glb2003以及VTRF2003的结果进行了比较.结果表明日本Kashima与Kashim34VLBI 站之间,美国GREENBANK的NRAO20与NRAO85_3站之间可能存在每年约近4毫 米的相对垂直形变;WESTFORD与HAYSTACK二站间每年近2毫米的垂直形变率差 基本可得到肯定,KOKEE和KAUAI二站的垂直形变率约有每年1至3毫米的差.利用 如下方法能较可靠地检测出并置VLBI站间的局部或区域性的地壳垂直形变,改进ITRF 解的可能不足.

并置VLBI站相对形变率及其与VTRF2005结果的比较(英文)

对杨志根等人在2005年估计的全球6个并置VLBI站的相对形变率(特别是相对垂直形变率)结果与最近的VLBI全球解VTRF2005的相应结果作了比较。结果表明,北美Greenbank的NRAO20和NRAO85_3两个VLBI站之间每年3—4mm的相对垂直形变率和Westford的WEST- FORD和HAYSTACK两个VLBI站间每年1-2mm的相应结果可以进一步得到肯定;太平洋夏威夷岛的KOKEE和KAUAI两个VLBI站每年2～5mm的相对水平形变率和日本鹿岛的KASHIMA和KASHIM34两个VLBI站间每年1-2mm的相应结果也可以得到确认。然而,每年2—4mm的KASHIMA和KASHIM34站间的相对垂直形变率结果,在过去所有观测研究的结果中都被基本肯定,在VTRF2005中的结果中却几乎消失了,对其中可能的原因作了讨论。此外,对北美的FD-VL- BA和HRASO85两个VLBI站间的相对垂直形变率仍不能肯定,在不同的全球解中,FD-VLBA站的形变率解结果是基本稳定的,而HRASO85站在VTRF2005中的垂直形变率结果为(2．61±3．91) mm／a,与估计的结果符号相反,并且比在VTRF2003中的相应结果大了2．2mm／a,估计误差也大了近7倍。有关的结果还有待采用更新的资料进行讨论。

以基线长度变化率为约束估算VLBI站的垂直形变率

基于NNR-NUVEL-1A地球板块运动模型和ITRF2000地球参考架的三维VLBI站速度矢量,采用实测的VLBI基线长度变化率作为约束,重新估计了部分国际VLBI站的局部或区域性地壳的垂直形变,并与国际地球参考架ITRFs解和VLBI全球解GLB2003,VTRF2003和VTRF2005的结果进行了比较。结果表明,欧亚板块的URUMQI站和太平洋板块的KWAJAL26站,南极OHIGGINS站的垂直形变率、ITRFs解和VLBI全球解存在6-15mm/a的差异,北美YUMA站可能有15-31mm/a 的垂直形变率,而美国西部太平洋板块的San Francisco(PRESIDIO)站的垂直形变率还有待进一步的研究。此外,SC-VLBA,CRIMEA和EFLSBERG站的垂直形变率、ITRFs解和VLBI全球解的差约为1-6mm/a。用不同方法得到的VLBI站的水平形变率解有较好的一致性。

分析昆明GPS站相对欧亚板块的运动

利用国际联测和综合处理 ,得到昆明GPS站地壳形变速率每年以( -4 .3± 0 .5)mm下沉趋势 ,水平分别以 3 7.5mm ,方位 1 47°± 1 .°5运动。利用最新国际地球自转服务 (IERS)发布的国际地球参考架ITRF2 0 0 0速度场 ,建立最新反映全球板块模型 ,基于最新的ITRF2 0 0 0地球参考架和欧亚板块的欧拉矢量 ,估计得到昆明站的地壳垂直形变速率为每年 -0 .0 1mm呈下降趋势 ,水平形变速率为每年 ( 8.1± 0 .2 0 )mm ,方位 1 3 7°± 1 .°5;并进一步分别基于几百万年地质地磁模型NNR -NUVEL1A和ITRF96、ITRF97模型的欧亚板块的欧拉矢量 ,得到较一致的结果 ,说明全球板块运动稳定性与模型的可靠性。