《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(guān)系，監(jiān)測地球形變及重力場變化、點的運動軌跡與時空協(xié)同狀態(tài)，也是精準度量地球和監(jiān)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(xiàn)代大地測量學。

1 內(nèi)容簡介
○ 本書概括總結(jié)大地測量學、地球形變力學與自轉(zhuǎn)動力學理論基礎(chǔ)，結(jié)合自主研發(fā)的地球潮汐負荷效應(yīng)與形變監(jiān)測計算系統(tǒng)ETideLoad4.5，重點介紹大地測量形變效應(yīng)理論、算法與地球形變監(jiān)測方法，進而依據(jù)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(xiàn)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(zhì)數(shù)據(jù)深度融合，控制多種異構(gòu)技術(shù)協(xié)同的一般原則與技術(shù)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(yè)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(zhì)環(huán)境災(zāi)害等領(lǐng)域教學、科研和生產(chǎn)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(fā)展的地球環(huán)境為觀測和研究對象，是精準度量地球與監(jiān)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(huán)境的觀察和認識，發(fā)展于人類對地球系統(tǒng)規(guī)律的利用和探索，隨著人類對改善自身生存生活環(huán)境的持續(xù)追求而不斷進步。現(xiàn)代大地測量精準記錄了全球變化過程、地球環(huán)境演化、災(zāi)害災(zāi)變過程及其他各種動力學效應(yīng)，有力促進了地球科學、全球變化、地球環(huán)境災(zāi)害和海陸氣相互作用領(lǐng)域的許多重要科學發(fā)現(xiàn)。
○ 2003年7月，國際大地測量協(xié)會啟動全球大地測量觀測系統(tǒng)項目，旨在協(xié)調(diào)全球范圍內(nèi)各種類型大地測量技術(shù)、多源多代觀測與數(shù)據(jù)產(chǎn)品以及處理和分析中心，形成時空協(xié)調(diào)一致、要素解析相容的全球大地測量觀測系統(tǒng)，作為研究地球動力系統(tǒng)、地球各圈層及其相互作用監(jiān)測的度量規(guī)范與計量標準，在此基礎(chǔ)上全面推進大地測量、地球物理與地球環(huán)境動力學的深度融合，發(fā)展科學先進的復(fù)雜地球系統(tǒng)及其時空演變模型，提升人類認知和預(yù)測地球系統(tǒng)演變的本領(lǐng)，造福人類社會。已有大地測量學教材或?qū)Ｖ蠖家躁U述幾何、物理或空間大地測量學的概念、理論、技術(shù)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(tǒng)一性和要素之間解析相容性這些自然而嚴謹?shù)拇蟮販y量學科特色，系統(tǒng)展示和剖析現(xiàn)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(jù)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(guī)律，通過簡化技術(shù)細節(jié)，結(jié)合啟發(fā)式語言，系統(tǒng)介紹形變地球大地測量學理論基礎(chǔ)、原則要求、技術(shù)方法與應(yīng)用潛能，完善與發(fā)展大地測量學理念，支撐地球觀測系統(tǒng)的復(fù)雜多源異質(zhì)數(shù)據(jù)深度融合與空天地海多種異構(gòu)觀測技術(shù)協(xié)同，促進大數(shù)據(jù)時代地球系統(tǒng)觀測與全球變化監(jiān)測科學技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。
○ 本書由8章構(gòu)成。第1章全面總結(jié)大地測量學基礎(chǔ)理論，梳理有關(guān)概念，以適應(yīng)形變地球大地測量學的技術(shù)需要；第2章和第4章介紹固體地球形變力學和地球自轉(zhuǎn)動力學基礎(chǔ)，重點梳理固體地球形變與地球自轉(zhuǎn)激發(fā)的動力學機制及其大地測量原理、效應(yīng)與特征；第3章和第5章結(jié)合自主研發(fā)的地球潮汐負荷效應(yīng)與形變監(jiān)測計算系統(tǒng)ETideLoad4.5，側(cè)重講解大地測量潮汐與非潮汐形變效應(yīng)的理論、算法與時變規(guī)律。
○ 第6章介紹大地測量地球形變監(jiān)測方法，重點闡述地球形變及時變重力場、地球自轉(zhuǎn)極移、形狀極移與質(zhì)心變化大地測量監(jiān)測及其多種異構(gòu)協(xié)同監(jiān)測一般方法；第7章依據(jù)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(xiàn)技術(shù)，突出極大化大地測量基準性能水平與應(yīng)用潛力的大地測量學理論依據(jù)、原則要求、實現(xiàn)方法與技術(shù)措施；第8章探討運用大地測量學原理與形變動力學規(guī)律，約束多源異質(zhì)數(shù)據(jù)深度融合，控制多種異構(gòu)技術(shù)協(xié)同的一般原則與技術(shù)路線。
3 目錄
第1章 大地測量學基礎(chǔ)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(jīng)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(shù)解 26
1.2.5 外部重力場空域邊值問題解 31
1.2.6 地球質(zhì)心、形狀極與慣性張量 33
1.3 地球潮汐理論基礎(chǔ) 38
1.3.1 海洋潮汐現(xiàn)象與平衡潮 38
1.3.2 天體引潮位調(diào)和展開 43
1.3.3 海洋分潮與調(diào)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(xiàn)形式 54
1.4.2 大地測量參考系統(tǒng)技術(shù)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(tǒng)與時間轉(zhuǎn)換 60
第2章 固體地球形變力學基礎(chǔ)理論 64
2.1 地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與地球模型 64
2.1.1 地球系統(tǒng)的圈層結(jié)構(gòu) 64
2.1.2 地球內(nèi)部的力學性質(zhì) 65
2.1.3 球?qū)ΨQ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(gòu)造運動 68
2.3 彈性自轉(zhuǎn)地球形變力學理論 70
2.3.1 自轉(zhuǎn)地球的彈性運動方程 70
2.3.2 潮汐形變與勒夫數(shù)理論值 72
2.3.3 旋轉(zhuǎn)地球勒夫數(shù)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(tǒng) 78
第3章 地球表層水循環(huán)及負荷效應(yīng) 81
3.1 地球大氣、海洋、陸地水與水循環(huán) 81
3.1.1 大氣、水汽輸移與能量傳送 81
3.1.2 海水、環(huán)流與海平面變化 83
3.1.3 陸地水與地球表層水循環(huán) 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(shù)表示 87
3.2.2 負荷形變場規(guī)格化球諧級數(shù)展開 88
3.2.3 負荷球諧分析與負荷效應(yīng)球諧綜合 92
3.3 負荷格林函數(shù)與負荷效應(yīng)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(shù)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(qū)域負荷形變場移去恢復(fù)法逼近 104
3.4 負荷SRBF 逼近與負荷效應(yīng)SRBF 綜合 108
3.4.1 地面負荷等效水高球面徑向基函數(shù)表示 109
3.4.2 適合負荷形變場監(jiān)測的球面徑向基函數(shù) 110
3.4.3 負荷及形變效應(yīng)徑向基函數(shù)參數(shù)形式 112
3.4.4 區(qū)域高分負荷形變場SRBF 逼近與綜合 114
第4章 地球自轉(zhuǎn)動力學與參考系轉(zhuǎn)換 118
4.1 地球自轉(zhuǎn)運動與動力學方程 118
4.1.1 剛體地球自轉(zhuǎn)歐拉動力學方程 118
4.1.2 地球自轉(zhuǎn)的軸、章動與極移 120
4.1.3 形變地球自轉(zhuǎn)動力學與瞬時極 124
4.1.4 地球自轉(zhuǎn)運動的激發(fā)函數(shù)表示 126
4.2 地球自轉(zhuǎn)的激發(fā)動力學基礎(chǔ) 127
4.2.1 二階重力位系數(shù)自轉(zhuǎn)形變效應(yīng) 127
4.2.2 地球內(nèi)部激發(fā)的極移運動特征 129
4.2.3 錢德勒擺動的激發(fā)動力學機制 132
4.2.4 液核效應(yīng)與液核自由擺動頻率 134
4.2.5 地球自轉(zhuǎn)速率變化的尺度因子 135
4.3 地球自轉(zhuǎn)運動有效角動量函數(shù) 136
4.3.1 物質(zhì)負荷有效角動量函數(shù)計算 137
4.3.2 物質(zhì)運動有效角動量函數(shù)計算 138
4.3.3 大地測量有效角動量函數(shù)計算 140
4.4 天球參考軸與地球參考系轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換 144
第5章 固體地球潮汐形變效應(yīng)計算 147
5.1 地面及其外部大地測量固體潮效應(yīng)計算 147
5.1.1 地面及其外部固體潮效應(yīng)統(tǒng)一表示 147
5.1.2 自轉(zhuǎn)微橢非彈性地球的體潮勒夫數(shù) 150
5.1.3 二階勒夫數(shù)的頻率相關(guān)性及其校正 153
5.1.4 大地測量全要素體潮效應(yīng)統(tǒng)一算法 159
5.1.5 大地測量固體潮效應(yīng)的特點及分析 163
5.2 地球外部海洋及大氣壓負荷潮效應(yīng)計算 165
5.2.1 全球海潮負荷球諧系數(shù)模型構(gòu)建方法 165
5.2.2 海潮與大氣壓潮負荷效應(yīng)計算及分析 168
5.2.3 海潮負荷效應(yīng)格林積分法區(qū)域精化 174
5.2.4 大地測量衛(wèi)星的潮汐攝動計算分析 176
5.3 地球質(zhì)心變化與形狀極移效應(yīng)計算 178
5.3.1 地球質(zhì)心與形狀極潮汐負荷效應(yīng) 178
5.3.2 地球質(zhì)心與形狀極非潮汐負荷效應(yīng) 181
5.4 自轉(zhuǎn)極移效應(yīng)與自轉(zhuǎn)參數(shù)潮汐效應(yīng) 184
5.4.1 大地測量要素自轉(zhuǎn)極移形變效應(yīng) 184
5.4.2 自洽平衡海洋極潮效應(yīng)及其算法 186
5.4.3 地球自轉(zhuǎn)參數(shù)潮汐效應(yīng)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(jiān)測的大地測量方法 193
6.1 地球形變監(jiān)測大地測量技術(shù) 193
6.1.1 空間大地測量監(jiān)測技術(shù) 193
6.1.2 衛(wèi)星重力場監(jiān)測技術(shù) 195
6.1.3 星載雷達對地監(jiān)測技術(shù) 199
6.1.4 高精度地面重力測量 200
6.1.5 定點連續(xù)形變監(jiān)測技術(shù) 205
6.1.6 重復(fù)大地測量監(jiān)測技術(shù) 208
6.2 全球重力場及負荷形變協(xié)同監(jiān)測 210
6.2.1 衛(wèi)星重力場觀測模型構(gòu)建 210
6.2.2 地面監(jiān)測站觀測模型構(gòu)建 212
6.2.3 多組觀測融合與參數(shù)估計方法 213
6.2.4 地表負荷中短波聯(lián)合監(jiān)測原則 217
6.3 固體地球形變參數(shù)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(zhì)心變化與形狀極移的監(jiān)測方法 220
6.3.3 地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的大地測量監(jiān)測方法 226
6.4 區(qū)域與局部形變場大地測量分析 228
6.4.1 水平地應(yīng)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(qū)域負荷形變場多種異構(gòu)監(jiān)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(tǒng) 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(xié)調(diào)統(tǒng)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(yīng)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(tǒng)定義及其內(nèi)涵 256
7.3 形變地球大地測量框架一體化實現(xiàn) 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(yōu)化與穩(wěn)定性監(jiān)測 267
7.3.4 形變地球垂直參考框架及全球?qū)崿F(xiàn)方案 270
7.3.5 地球質(zhì)心變化、形狀極移與自轉(zhuǎn)極移問題 271
7.3.6 全球一體化大地測量基準的數(shù)據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 275
7.4 區(qū)域大地測量參考框架一體化構(gòu)建 276
7.4.1 區(qū)域大地測量參考框架的一體化方案 277
7.4.2 區(qū)域地面坐標參考框架的運動學實現(xiàn) 278
7.4.3 與坐標框架并置的垂直參考框架構(gòu)建 282
7.4.4 區(qū)域大地測量參考框架的一體化維持 285
第8章 多種異構(gòu)大地測量協(xié)同監(jiān)測原理 290
8.1 地球時空演變的大地測量觀測系統(tǒng) 290
8.1.1 形變地球大地測量觀測系統(tǒng) 290
8.1.2 空天地海各類大地測量技術(shù) 291
8.1.3 海量多源大地測量數(shù)據(jù)及服務(wù) 295
8.2 多種異構(gòu)協(xié)同與多源數(shù)據(jù)深度融合 300
8.2.1 大地測量學原理約束多種異構(gòu)技術(shù)協(xié)同 300
8.2.2 監(jiān)測對象動力學約束多源數(shù)據(jù)深度融合 301
8.2.3 測量環(huán)境效應(yīng)解析法多種異構(gòu)技術(shù)協(xié)同 302
8.2.4 分離解析綜合法多源異質(zhì)數(shù)據(jù)深度融合 303
8.3 地表動力環(huán)境自適應(yīng)協(xié)同監(jiān)測感知 304
8.3.1 地表動力環(huán)境大地測量系統(tǒng)背景與原理 304
8.3.2 區(qū)域大地測量協(xié)同監(jiān)測與數(shù)據(jù)融合要點 305
8.3.3 自適應(yīng)動力學探測與監(jiān)測能力逐步增強 307
8.3.4 地面穩(wěn)定性變化監(jiān)測與地災(zāi)危險性預(yù)報 307
參考文獻 310
附錄1 地球潮汐負荷效應(yīng)與形變監(jiān)測計算系統(tǒng)ETideLoad4.5 314
附錄2 本書主要物理量及其單位 317