形变地球大地测量学，是以形变着的地球本体及地固空间为观测和研究对象的现代大地测量学，也是精准度量地球和监测全球变化的一门计量科学。本书概括总结大地测量学、地球形变力学与自转动力学理论基础，结合自主研发的地球潮汐负荷效应与形变监测计算系统ETideLoad4.5，重点介绍大地测量形变效应理论、算法与地球形变监测方法，进而依据大地测量学原则与计量学精密可测性要求，完善基于力学平衡形状的地固参考系定位定向、形变地球大地测量基准一体化及其实现方法，探讨运用大地测量学及形变动力学原理，约束多源异质数据深度融合，控制多种异构技术协同的一般原则与技术措施。
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第1章 大地测量学基础理论 1
1.1 天文与地球坐标参考系 1
1.1.1 相对论与参考系概述 1
1.1.2 经典坐标系与岁差章动 8
1.1.3 国际天球和地球参考系 17
1.2 地球重力场基本理论 18
1.2.1 地球重力场概念与位理论 18
1.2.2 地球椭球与正常重力场 21
1.2.3 扰动地球重力场及其表示 24
1.2.4 地球重力场谱域球谐级数解 26
1.2.5 外部重力场空域边值问题解 31
1.2.6 地球质心、形状极与惯性张量 33
1.3 地球潮汐理论基础 38
1.3.1 海洋潮汐现象与平衡潮 38
1.3.2 天体引潮位调和展开 43
1.3.3 海洋分潮与调和分析 47
1.3.4 大地测量固体潮影响 51
1.4 地球大地测量基准概念 54
1.4.1 大地测量基准的定义与表现形式 54
1.4.2 大地测量参考系统技术要求 55
1.4.3 国际地球参考系与参考框架 57
1.4.4 大地测量垂直基准 58
1.4.5 时间系统与时间转换 60
第2章 固体地球形变力学基础理论 64
2.1 地球内部结构与地球模型 64
2.1.1 地球系统的圈层结构 64
2.1.2 地球内部的力学性质 65
2.1.3 球对称弹性地球模型 66
2.2 地球圈层之间相互作用 67
2.2.1 核幔边界与核幔相互作用 67
2.2.2 壳幔耦合与板块构造运动 68
2.3 弹性自转地球形变力学理论 70
2.3.1 自转地球的弹性运动方程 70
2.3.2 潮汐形变与勒夫数理论值 72
2.3.3 旋转地球勒夫数纬度依赖 73
2.3.4 地球表层负荷形变基本理论 74
2.4 黏弹性地球形变与长期形变 75
2.4.1 地球的黏弹性及形变特征 75
2.4.2 黏弹性地球的固体潮滞后77
2.4.3 Mathews潮汐理论模型 77
2.4.4 地球长期形变与潮汐系统 78
第3章 地球表层水循环及负荷效应 81
3.1 地球大气、海洋、陆地水与水循环 81
3.1.1 大气、水汽输移与能量传送 81
3.1.2 海水、环流与海平面变化 83
3.1.3 陆地水与地球表层水循环 85
3.2 全球负荷球谐分析与负荷形变场综合 87
3.2.1 地表负荷等效水高球谐级数表示 87
3.2.2 负荷形变场规格化球谐级数展开 88
3.2.3 负荷球谐分析与负荷效应球谐综合 92
3.3 负荷格林函数与负荷效应空域积分算法 99
3.3.1 地面要素负荷直接影响积分 100
3.3.2 负荷间接影响格林函数积分 101
3.3.3 江河湖库水变化负荷形变场计算 104
3.3.4 区域负荷形变场移去恢复法逼近 104
3.4 负荷SRBF 逼近与负荷效应SRBF 综合 108
3.4.1 地面负荷等效水高球面径向基函数表示 109
3.4.2 适合负荷形变场监测的球面径向基函数 110
3.4.3 负荷及形变效应径向基函数参数形式 112
3.4.4 区域高分负荷形变场SRBF 逼近与综合 114
第4章 地球自转动力学与参考系转换 118
4.1 地球自转运动与动力学方程 118
4.1.1 刚体地球自转欧拉动力学方程 118
4.1.2 地球自转的轴、章动与极移 120
4.1.3 形变地球自转动力学与瞬时极 124
4.1.4 地球自转运动的激发函数表示 126
4.2 地球自转的激发动力学基础 127
4.2.1 二阶重力位系数自转形变效应 127
4.2.2 地球内部激发的极移运动特征 129
4.2.3 钱德勒摆动的激发动力学机制 132
4.2.4 液核效应与液核自由摆动频率 134
4.2.5 地球自转速率变化的尺度因子 135
4.3 地球自转运动有效角动量函数 136
4.3.1 物质负荷有效角动量函数计算 137
4.3.2 物质运动有效角动量函数计算 138
4.3.3 大地测量有效角动量函数计算 140
4.4 天球参考轴与地球参考系转换 141
4.4.1 天球参考轴与天球中间极 141
4.4.2 天球中间参考系与中间零点 143
4.4.3 天球到地固坐标参考系转换 144
第5章 固体地球潮汐形变效应计算 147
5.1 地面及其外部大地测量固体潮效应计算 147
5.1.1 地面及其外部固体潮效应统一表示 147
5.1.2 自转微椭非弹性地球的体潮勒夫数 150
5.1.3 二阶勒夫数的频率相关性及其校正 153
5.1.4 大地测量全要素体潮效应统一算法 159
5.1.5 大地测量固体潮效应的特点及分析 163
5.2 地球外部海洋及大气压负荷潮效应计算 165
5.2.1 全球海潮负荷球谐系数模型构建方法 165
5.2.2 海潮与大气压潮负荷效应计算及分析 168
5.2.3 海潮负荷效应格林积分法区域精化 174
5.2.4 大地测量卫星的潮汐摄动计算分析 176
5.3 地球质心变化与形状极移效应计算 178
5.3.1 地球质心与形状极潮汐负荷效应 178
5.3.2 地球质心与形状极非潮汐负荷效应 181
5.4 自转极移效应与自转参数潮汐效应 184
5.4.1 大地测量要素自转极移形变效应 184
5.4.2 自洽平衡海洋极潮效应及其算法 186
5.4.3 地球自转参数潮汐效应及其计算 189
5.4.4 ITRS中CIP瞬时地极坐标的计算 192
第6章 地球形变监测的大地测量方法 193
6.1 地球形变监测大地测量技术 193
6.1.1 空间大地测量监测技术 193
6.1.2 卫星重力场监测技术 195
6.1.3 星载雷达对地监测技术 199
6.1.4 高精度地面重力测量 200
6.1.5 定点连续形变监测技术 205
6.1.6 重复大地测量监测技术 208
6.2 全球重力场及负荷形变协同监测 210
6.2.1 卫星重力场观测模型构建 210
6.2.2 地面监测站观测模型构建 212
6.2.3 多组观测融合与参数估计方法 213
6.2.4 地表负荷中短波联合监测原则 217
6.3 固体地球形变参数大地测量方法 218
6.3.1 全球板块运动模型空间大地测量方法 219
6.3.2 地球质心变化与形状极移的监测方法 220
6.3.3 地球自转参数的大地测量监测方法 226
6.4 区域与局部形变场大地测量分析 228
6.4.1 水平地应变分析与动力学特点 228
6.4.2 地面垂直形变及局部定量特征 232
6.4.3 区域负荷形变场多种异构监测 233
第7章 形变地球一体化大地测量基准 238
7.1 地球大地测量基准一体化科学背景 238
7.2 形变地球一体化大地测量参考系统 240
7.2.1 基于力学平衡形状的地球参考系定位定向 240
7.2.2 协调统一的时空尺度标准及同步归算方法 245
7.2.3 地球重力场与高程基准起算值及高程尺度 250
7.2.4 坐标参考系唯一性与参考框架运动学要求 253
7.2.5 大地测量形变效应处理约定与计量学要求 254
7.2.6 形变地球大地测量参考系统定义及其内涵 256
7.3 形变地球大地测量框架一体化实现 259
7.3.1 形变地球大地测量参考框架一体化方案 259
7.3.2 唯一参考系中历元坐标框架运动学组合 263
7.3.3 参考系基准历元传递优化与稳定性监测 267
7.3.4 形变地球垂直参考框架及全球实现方案 270
7.3.5 地球质心变化、形状极移与自转极移问题 271
7.3.6 全球一体化大地测量基准的数据产品结构 275
7.4 区域大地测量参考框架一体化构建 276
7.4.1 区域大地测量参考框架的一体化方案 277
7.4.2 区域地面坐标参考框架的运动学实现 278
7.4.3 与坐标框架并置的垂直参考框架构建 282
7.4.4 区域大地测量参考框架的一体化维持 285
第8章 多种异构大地测量协同监测原理 290
8.1 地球时空演变的大地测量观测系统 290
8.1.1 形变地球大地测量观测系统 290
8.1.2 空天地海各类大地测量技术 291
8.1.3 海量多源大地测量数据及服务 295
8.2 多种异构协同与多源数据深度融合 300
8.2.1 大地测量学原理约束多种异构技术协同 300
8.2.2 监测对象动力学约束多源数据深度融合 301
8.2.3 测量环境效应解析法多种异构技术协同 302
8.2.4 分离解析综合法多源异质数据深度融合 303
8.3 地表动力环境自适应协同监测感知 304
8.3.1 地表动力环境大地测量系统背景与原理 304
8.3.2 区域大地测量协同监测与数据融合要点 305
8.3.3 自适应动力学探测与监测能力逐步增强 307
8.3.4 地面稳定性变化监测与地灾危险性预报 307
参考文献 310
附录1 地球潮汐负荷效应与形变监测计算系统ETideLoad4.5 314
附录2 本书主要物理量及其单位 317
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