《形變地球大地測量學》章傳銀著, 科學出版社, 2025.4
○ 大地測量學，以地球本體及地固空間為觀測和研究對象，研究和測定地球力學平衡形狀（大地水準面）及重力場、點的位置與相互位置關系，監測地球形變及重力場變化、點的運動軌跡與時空協同狀態，也是精準度量地球和監測全球變化的一門計量科學。形變地球大地測量學，是以形變著的地球本體及地固空間為觀測和研究對象的現代大地測量學。

1 內容簡介
○ 本書概括總結大地測量學、地球形變力學與自轉動力學理論基礎，結合自主研發的地球潮汐負荷效應與形變監測計算系統ETideLoad4.5，重點介紹大地測量形變效應理論、算法與地球形變監測方法，進而依據大地測量學原則與計量學精密可測性要求，完善基于力學平衡形狀的地固參考系定位定向、形變地球大地測量基準一體化及其實現方法，探討運用大地測量學及形變動力學原理，約束多源異質數據深度融合，控制多種異構技術協同的一般原則與技術措施。
○ 本書可作為大地測量學、地震學、測繪工程、固體地球物理專業研究生的教學參考書，也可作為大地測量與測繪工程、地震與地球物理、地球動力學與地質環境災害等領域教學、科研和生產計算的參考用書。

2 背景與特色
○ 大地測量學以人類賴以生存發展的地球環境為觀測和研究對象，是精準度量地球與監測全球變化的一門計量科學。大地測量學起源于人類對地球環境的觀察和認識，發展于人類對地球系統規律的利用和探索，隨著人類對改善自身生存生活環境的持續追求而不斷進步。現代大地測量精準記錄了全球變化過程、地球環境演化、災害災變過程及其他各種動力學效應，有力促進了地球科學、全球變化、地球環境災害和海陸氣相互作用領域的許多重要科學發現。
○ 2003年7月，國際大地測量協會啟動全球大地測量觀測系統項目，旨在協調全球范圍內各種類型大地測量技術、多源多代觀測與數據產品以及處理和分析中心，形成時空協調一致、要素解析相容的全球大地測量觀測系統，作為研究地球動力系統、地球各圈層及其相互作用監測的度量規范與計量標準，在此基礎上全面推進大地測量、地球物理與地球環境動力學的深度融合，發展科學先進的復雜地球系統及其時空演變模型，提升人類認知和預測地球系統演變的本領，造福人類社會。已有大地測量學教材或專著，大都以闡述幾何、物理或空間大地測量學的概念、理論、技術與方法為核心，卻很少圍繞研究對象自然客觀性、觀測要素精密可測性、幾何物理時空統一性和要素之間解析相容性這些自然而嚴謹的大地測量學科特色，系統展示和剖析現代大地測量學的無窮魅力和無盡潛力。
○ 本書以形變地球及地固空間為觀測和研究對象，依據大地測量學原理、計量學精密可測性要求與地球形變動力學規律，通過簡化技術細節，結合啟發式語言，系統介紹形變地球大地測量學理論基礎、原則要求、技術方法與應用潛能，完善與發展大地測量學理念，支撐地球觀測系統的復雜多源異質數據深度融合與空天地海多種異構觀測技術協同，促進大數據時代地球系統觀測與全球變化監測科學技術的可持續發展。
○ 本書由8章構成。第1章全面總結大地測量學基礎理論，梳理有關概念，以適應形變地球大地測量學的技術需要；第2章和第4章介紹固體地球形變力學和地球自轉動力學基礎，重點梳理固體地球形變與地球自轉激發的動力學機制及其大地測量原理、效應與特征；第3章和第5章結合自主研發的地球潮汐負荷效應與形變監測計算系統ETideLoad4.5，側重講解大地測量潮汐與非潮汐形變效應的理論、算法與時變規律。
○ 第6章介紹大地測量地球形變監測方法，重點闡述地球形變及時變重力場、地球自轉極移、形狀極移與質心變化大地測量監測及其多種異構協同監測一般方法；第7章依據大地測量學原則與計量學精密可測性要求，完善地球參考系定位定向與形變地球大地測量基準一體化理論及其實現技術，突出極大化大地測量基準性能水平與應用潛力的大地測量學理論依據、原則要求、實現方法與技術措施；第8章探討運用大地測量學原理與形變動力學規律，約束多源異質數據深度融合，控制多種異構技術協同的一般原則與技術路線。
3 目錄
第1章 大地測量學基礎理論 1
1.1 天文與地球坐標參考系 1
1.1.1 相對論與參考系概述 1
1.1.2 經典坐標系與歲差章動 8
1.1.3 國際天球和地球參考系 17
1.2 地球重力場基本理論 18
1.2.1 地球重力場概念與位理論 18
1.2.2 地球橢球與正常重力場 21
1.2.3 擾動地球重力場及其表示 24
1.2.4 地球重力場譜域球諧級數解 26
1.2.5 外部重力場空域邊值問題解 31
1.2.6 地球質心、形狀極與慣性張量 33
1.3 地球潮汐理論基礎 38
1.3.1 海洋潮汐現象與平衡潮 38
1.3.2 天體引潮位調和展開 43
1.3.3 海洋分潮與調和分析 47
1.3.4 大地測量固體潮影響 51
1.4 地球大地測量基準概念 54
1.4.1 大地測量基準的定義與表現形式 54
1.4.2 大地測量參考系統技術要求 55
1.4.3 國際地球參考系與參考框架 57
1.4.4 大地測量垂直基準 58
1.4.5 時間系統與時間轉換 60
第2章 固體地球形變力學基礎理論 64
2.1 地球內部結構與地球模型 64
2.1.1 地球系統的圈層結構 64
2.1.2 地球內部的力學性質 65
2.1.3 球對稱彈性地球模型 66
2.2 地球圈層之間相互作用 67
2.2.1 核幔邊界與核幔相互作用 67
2.2.2 殼幔耦合與板塊構造運動 68
2.3 彈性自轉地球形變力學理論 70
2.3.1 自轉地球的彈性運動方程 70
2.3.2 潮汐形變與勒夫數理論值 72
2.3.3 旋轉地球勒夫數緯度依賴 73
2.3.4 地球表層負荷形變基本理論 74
2.4 黏彈性地球形變與長期形變 75
2.4.1 地球的黏彈性及形變特征 75
2.4.2 黏彈性地球的固體潮滯后77
2.4.3 Mathews潮汐理論模型 77
2.4.4 地球長期形變與潮汐系統 78
第3章 地球表層水循環及負荷效應 81
3.1 地球大氣、海洋、陸地水與水循環 81
3.1.1 大氣、水汽輸移與能量傳送 81
3.1.2 海水、環流與海平面變化 83
3.1.3 陸地水與地球表層水循環 85
3.2 全球負荷球諧分析與負荷形變場綜合 87
3.2.1 地表負荷等效水高球諧級數表示 87
3.2.2 負荷形變場規格化球諧級數展開 88
3.2.3 負荷球諧分析與負荷效應球諧綜合 92
3.3 負荷格林函數與負荷效應空域積分算法 99
3.3.1 地面要素負荷直接影響積分 100
3.3.2 負荷間接影響格林函數積分 101
3.3.3 江河湖庫水變化負荷形變場計算 104
3.3.4 區域負荷形變場移去恢復法逼近 104
3.4 負荷SRBF 逼近與負荷效應SRBF 綜合 108
3.4.1 地面負荷等效水高球面徑向基函數表示 109
3.4.2 適合負荷形變場監測的球面徑向基函數 110
3.4.3 負荷及形變效應徑向基函數參數形式 112
3.4.4 區域高分負荷形變場SRBF 逼近與綜合 114
第4章 地球自轉動力學與參考系轉換 118
4.1 地球自轉運動與動力學方程 118
4.1.1 剛體地球自轉歐拉動力學方程 118
4.1.2 地球自轉的軸、章動與極移 120
4.1.3 形變地球自轉動力學與瞬時極 124
4.1.4 地球自轉運動的激發函數表示 126
4.2 地球自轉的激發動力學基礎 127
4.2.1 二階重力位系數自轉形變效應 127
4.2.2 地球內部激發的極移運動特征 129
4.2.3 錢德勒擺動的激發動力學機制 132
4.2.4 液核效應與液核自由擺動頻率 134
4.2.5 地球自轉速率變化的尺度因子 135
4.3 地球自轉運動有效角動量函數 136
4.3.1 物質負荷有效角動量函數計算 137
4.3.2 物質運動有效角動量函數計算 138
4.3.3 大地測量有效角動量函數計算 140
4.4 天球參考軸與地球參考系轉換 141
4.4.1 天球參考軸與天球中間極 141
4.4.2 天球中間參考系與中間零點 143
4.4.3 天球到地固坐標參考系轉換 144
第5章 固體地球潮汐形變效應計算 147
5.1 地面及其外部大地測量固體潮效應計算 147
5.1.1 地面及其外部固體潮效應統一表示 147
5.1.2 自轉微橢非彈性地球的體潮勒夫數 150
5.1.3 二階勒夫數的頻率相關性及其校正 153
5.1.4 大地測量全要素體潮效應統一算法 159
5.1.5 大地測量固體潮效應的特點及分析 163
5.2 地球外部海洋及大氣壓負荷潮效應計算 165
5.2.1 全球海潮負荷球諧系數模型構建方法 165
5.2.2 海潮與大氣壓潮負荷效應計算及分析 168
5.2.3 海潮負荷效應格林積分法區域精化 174
5.2.4 大地測量衛星的潮汐攝動計算分析 176
5.3 地球質心變化與形狀極移效應計算 178
5.3.1 地球質心與形狀極潮汐負荷效應 178
5.3.2 地球質心與形狀極非潮汐負荷效應 181
5.4 自轉極移效應與自轉參數潮汐效應 184
5.4.1 大地測量要素自轉極移形變效應 184
5.4.2 自洽平衡海洋極潮效應及其算法 186
5.4.3 地球自轉參數潮汐效應及其計算 189
5.4.4 ITRS中CIP瞬時地極坐標的計算 192
第6章 地球形變監測的大地測量方法 193
6.1 地球形變監測大地測量技術 193
6.1.1 空間大地測量監測技術 193
6.1.2 衛星重力場監測技術 195
6.1.3 星載雷達對地監測技術 199
6.1.4 高精度地面重力測量 200
6.1.5 定點連續形變監測技術 205
6.1.6 重復大地測量監測技術 208
6.2 全球重力場及負荷形變協同監測 210
6.2.1 衛星重力場觀測模型構建 210
6.2.2 地面監測站觀測模型構建 212
6.2.3 多組觀測融合與參數估計方法 213
6.2.4 地表負荷中短波聯合監測原則 217
6.3 固體地球形變參數大地測量方法 218
6.3.1 全球板塊運動模型空間大地測量方法 219
6.3.2 地球質心變化與形狀極移的監測方法 220
6.3.3 地球自轉參數的大地測量監測方法 226
6.4 區域與局部形變場大地測量分析 228
6.4.1 水平地應變分析與動力學特點 228
6.4.2 地面垂直形變及局部定量特征 232
6.4.3 區域負荷形變場多種異構監測 233
第7章 形變地球一體化大地測量基準 238
7.1 地球大地測量基準一體化科學背景 238
7.2 形變地球一體化大地測量參考系統 240
7.2.1 基于力學平衡形狀的地球參考系定位定向 240
7.2.2 協調統一的時空尺度標準及同步歸算方法 245
7.2.3 地球重力場與高程基準起算值及高程尺度 250
7.2.4 坐標參考系唯一性與參考框架運動學要求 253
7.2.5 大地測量形變效應處理約定與計量學要求 254
7.2.6 形變地球大地測量參考系統定義及其內涵 256
7.3 形變地球大地測量框架一體化實現 259
7.3.1 形變地球大地測量參考框架一體化方案 259
7.3.2 唯一參考系中歷元坐標框架運動學組合 263
7.3.3 參考系基準歷元傳遞優化與穩定性監測 267
7.3.4 形變地球垂直參考框架及全球實現方案 270
7.3.5 地球質心變化、形狀極移與自轉極移問題 271
7.3.6 全球一體化大地測量基準的數據產品結構 275
7.4 區域大地測量參考框架一體化構建 276
7.4.1 區域大地測量參考框架的一體化方案 277
7.4.2 區域地面坐標參考框架的運動學實現 278
7.4.3 與坐標框架并置的垂直參考框架構建 282
7.4.4 區域大地測量參考框架的一體化維持 285
第8章 多種異構大地測量協同監測原理 290
8.1 地球時空演變的大地測量觀測系統 290
8.1.1 形變地球大地測量觀測系統 290
8.1.2 空天地海各類大地測量技術 291
8.1.3 海量多源大地測量數據及服務 295
8.2 多種異構協同與多源數據深度融合 300
8.2.1 大地測量學原理約束多種異構技術協同 300
8.2.2 監測對象動力學約束多源數據深度融合 301
8.2.3 測量環境效應解析法多種異構技術協同 302
8.2.4 分離解析綜合法多源異質數據深度融合 303
8.3 地表動力環境自適應協同監測感知 304
8.3.1 地表動力環境大地測量系統背景與原理 304
8.3.2 區域大地測量協同監測與數據融合要點 305
8.3.3 自適應動力學探測與監測能力逐步增強 307
8.3.4 地面穩定性變化監測與地災危險性預報 307
參考文獻 310
附錄1 地球潮汐負荷效應與形變監測計算系統ETideLoad4.5 314
附錄2 本書主要物理量及其單位 317