高精度地球自转参数预报的理论与算法研究

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1、分类号:P2210710-2010126036硕士学位论文高精度地球自转参数预报的理论与算法研究孙张振导师姓名职称徐天河副研究员申请学位级别工学硕士学科专业名称大地测量学与测量工程论文提交日期2013年5月28日论文答辩日期2013年6月9日学位授予单位长安大学ResearchontheTheoriesandAlgorithmsofEarchRotationParamtersPredictionADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：SunZ

2、hangzhenSupervisor：XuTianheChang’anUniversity,Xi’an,China摘要地球定向参数包括极移、日长变化或世界时以及章动和岁差，其中极移和日长变化/世界时又称为地球自转参数。由于受到众多激发源的影响，地球定向参数变化极为复杂。而高精度的地球定向参数是进行地球参考框架和天球参考框架之间相互转换的必要条件，然由于复杂的数据资料处理过程，地球定向参数的获取往往要延迟数日，这就使得地球定向参数的预报成为一项值得深入研究的课题。论文从从地球自转参数的理论与方法出发，对影响

3、地球自转参数预报精度的因素进行了深入系统的研究，其主要工作如下：1．提出利用基于误差修正的灰色GM（1,1）模型对极移进行跨度为1-30天的预报，由于极移预报前后两期预测结果的强相关性，用前一期误差对后一期误差修正之后，可很好的改善灰色模型GM（1,1）的预报精度。通过算例分析，该方法能进一步提高极移短期预报精度，在极移跨度为1-10天的预报上可获得与国际最好预报精度相当甚至更优的预报结果。2．针对厄尔尼诺现象发生期间极移周年运动振幅和相位可能发生变化，给极移预报工作带来诸多问题，采用LS+AR预报模型计

4、算分析了厄尔尼诺现象对极移短期预报的影响，探究厄尔尼诺现象与极移短期预报的关系。算例分析表明，在厄尔尼诺现象发生期间，极移预报误差增大，预报精度降低。为了解决这一难题，提出了适当延长拟合序列长度至17-19年，可更好地反映极移趋势，提高厄尔尼诺现象发生期间的极移预报精度。3．针对极移数据中各周期项具有时变性的特点，且国内外学者在利用最小二乘拟合极移趋势时，周期项选取大体一致且依据经验值等缺点，提出了在进行极移预报之前，利用频谱分析方法确定出所用极移观测数据的具体周期值，代替经验值进行最小二乘拟合，进行极移

5、预报。深入分析极移数据中Chandler项和周年项对预报精度的影响，由算例结果显示，将已知观测数据确定出的周期项应用到极移预报中会明显提高预报精度。4．系统研究了基于LS+AR模型的日长变化LOD短期预报。算例分析表明，在LOD的预报中，其长期周期项18.6年和9.3年项对其预报精度影响较大，不可忽略。顾及这两项的误差影响，可大大提高预报精度。1/3周年短周期项对LOD预报精度也有较大影响，高精度预报中应加以考虑。5．针对地球自转参数中趋势项和各周期项具有时变性的特点，越是靠近预测点的数据对预报值的影响越

6、大的特点，提出了利用加权方法以提高近期观测数据对地球自转参数预报精度的影响。在试验中设计了四种加权方法，计算结果表明，WLS+AR模型i相对于LS+AR模型，在不同预报跨度上预报精度都有不同程度的提高，在中长期预报中精度提高更为明显，是一种有效的提高地球自转参数预报精度的方法。6．顾及大气角动量（AAM）与UT1-UTC联系紧密且UT1-UTC观测数据中其周期项和趋势项也具有时变性的特点，在LS+AR模型的基础上提出了应用最小二乘与多维自回归联合预报模型（WLS+MAR）对UT1-UTC进行不同跨度的预报

7、。计算结果表明，LS+MAR模型预报精度要优于LS+AR模型，而WLS+MAR模型可进一步提高预报精度，优于LS+MAR模型，有效改善UT1-UTC的预报精度。本文对提出的方法，都通过了大量实测数据进行了计算验证与比较，取得了较好的效果，论文成果对提高地球自转参数预报精度和可靠性具有一定的参考和借鉴意义。关键词：地球定向参数，地球自转，灰色模型，预报，大气角动量iiAbstractTheEarthOrientationParameters(EOP)includesthePolarMotion(PM)par

8、ameters,theLengthofday(LOD)andtheUniversalTime(UT1-UTC)orcalledtheEarth’srotationvariation,theNutation-precessionparameters.ThePM,UT1-UTCandLODarealsocalledasEarthRotationParameters(ERP).ThevariationofEOPisverycompl