岁差-章动模型与地球动力学扁率研究

The precession-nutation models descibe the changing directions in the geocentric celestial reference system (GCRS) of the Earth's celestial intermediate pole (CIP). It is essential for researches in astrometry, reference systems, and space satellite dynamics. The precesent standard precession-nutation model is the IAU 2006/2000 model, which was devloped 10 years ago. Therefore in this project we first evalueate the accuracy of the IAU model by reviewing the theoretical improvements that have been proposed by various studies, the analytical developemts and the physical parameteres since the adoption of the model. We then compare the model with the most accurate time series of VLBI and other types of observations for improving that model. On the other hand, the dynamical flattening Hd, which describes the global dynamical feature of the Earth, is one of the most important scale factor for the semi-analytical precession-nutation model. It has generally been derived from astronomical observation of luni-solar precession rate in longitude based on VLBI determinations of celestial pole offsets. Noting that the precession rate can be expressed as functions of a number of contributions in recent theoretical models, the value for Hd is therefore depend both on observations and theoretical expressions for each contribution. This poject also discuss the rigorous procedure for deriving the Erath dynamcial flattening from best avilable astronomical observations and theoretical models. We will also provide the accuracy of Hd and its correlation with other parameters. Finally, the reulting value of Hd can be applied in developing new precession-nutation models.

岁差-章动模型描述地球自转极（又称天球中间极CIP）在地心天球参考系（GCRS）中的位置，因此在天体测量、时空参考系以及航天器动力学研究中有非常重要的意义。目前的标准岁差-章动模型是由IAU 2006决议采用的IAU 2006/2000半分析模型。该模型的建立距今以及有10年之久，期间理论和观测都有了很大的进步。本课题首先研究标准模型的精度以及在理论上的可改进之处，并与VLBI和其他实测数据进行比较；另一方面，地球动力学扁率反应地球整体的动力学形状，并且是岁差-章动模型建立过程中的重要因子；它一般从日月岁差速率的观测值得到，本研究另一个目的是利用高精度的VLBI观测和现有的岁差-章动模型，分析在计算过程中需要考虑的各种因素,并精确的计算地球动力学扁率，并给出它的最佳估计值及其能达到的精度水平，进一步,这项工作将对建立新岁差-章动模型起到关键作用。

地球的岁差-章动模型描述地球自转极（CIP）在天球参考架中的运动，在基本天文学领域有着重要的作用，目前的标准模型是IAU2006岁差加上IAU2000A章动模型。该模型建立至今已有十几年的时间，观测和理论都有了很大的进步，包括更加精确的太阳系历表、激光测卫数据、更精细的非刚体地球模型、以及时间跨度更长的甚长基线干涉（VLBI）数据。在建立岁差模型时，地球的动力学扁率Hd是非常关键的比例系数，本研究利用VLBI数据和最新的IAU岁差章动模型，从观测上限制了Hd的值，结果显示它比模型中的采用值略小。这项研究中，我们发现从不同角度分析的Hd与现有值得偏差有很大差异，这也许是某些章动项对Hd的依赖关系是非线性的引起的，需要进一步讨论。本项目的另一项重要工作，利用最新的观测和理论（包括改进的地球Hd或J2系数的长期变化），以及改进的地球模型和积分常数，我们改进了IAU2006岁差模型，通过与VLBI的比较，证明了新模型比IAU模型更加符合观测。对于黄道岁差，我们利用最新的INPOP10a，DE422，VSOP2013太阳系历表，拟合了跨度为2000年黄道的长期运动，即黄道岁差，它与IAU2006的黄道岁差的差异为几十微角秒，并不十分显著。对于赤道岁差，最重要的改进因素是适用了30年的激光测卫得到的地球形状因子J2（与Hd密切相关）的长期变化，用更加合理的二阶变化替代了线性变化，还非常仔细的考虑了积分常数和多种因素对岁差的贡献。最后，我们对岁差方程在2000年内进行积分，获得了改进的赤道岁差模型。我们还将新老模型和VLBI观测做了比较，从经验模型拟合和统计结果看，新模型更加符合VLBI观测。本项目所支持的工作都是当前国际上关心的问题，也是在IAU地球自转工作组的框架下，对未来新的标准模型的建立提供支持。