地球潮汐负荷效应与形变监测计算系统ETideLoad4.5 (Earth Tide, Load Effect and Deformation Monitoring Comput-ation)，覆盖形变地球大地测量学的基本原理、主要公式与重要方法，以改善高等教育环境；严格按大地测量和固体地球动力学原理，约束同化多源异质数据深度融合，控制多种异构大地测量协同监测，完善大地测量科学技术，夯实拓展应用能力。
形变地球大地测量学（Geodesy for a deforming Earth，不仅是Deformation geodesy），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。— 章传银，2025，形变地球大地测量学，科学出版社
地球潮汐负荷效应与形变监测计算系统ETideLoad4.5，主要由全空间全要素潮汐与极移效应解析计算，非潮汐大地测量时序分析处理，多源异质负荷形变场逼近与多种异构协同监测，CORS InSAR融合与地面稳定性计算，以及大地测量数据编辑计算与可视化五大子系统有机构成。 采用一致的地球物理模型和相同的数值标准，构造相容的大地测量与地球动力学算法，统一计算各种大地测量多种潮汐/非潮汐效应，由地表环境观测精确逼近全球和区域负荷形变场，严格依据大地测量与固体地球动力学原理，约束同化多源异质监测数据的深度融合，实现陆地水、负荷形变场及时变重力场协同监测，定量跟踪地表动力环境与地面稳定性变化。为多种异构大地测量基准构建维持，地球形变效应监测计算，空天地海协同观测与海量数据深度融合，以及地表水文环境、地质灾害与地面稳定性变化监测，提供一套科学先进的实用大地测量地球动力学算法系统。 |
（1）严格采用科学统一的标准与解析相容的算法，精密计算地面及固体地球外部全要素大地测量的固体潮、海潮及大气潮负荷效应，极移效应、地球质心变化效应与永久潮汐影响，实现地面全要素大地测量各类潮汐效应全球预报。
（2）精确计算大气、海平面、土壤水、江河湖库水和冰川雪山等非潮汐地表环境负荷形变场及时变重力场；由大地测量与固体地球形变理论，约束同化多种大地测量监测量与地表环境数据的深度融合，协同监测陆地水变化与时变重力场。
（3）构建区域统一、长期稳定时空监测基准，融合CORS网、InSAR与多源大地测量数据；按照客观自然规律，由大地测量几何物理场时序，构造地面稳定性定量辨识准则，实现地面稳定性变化空间无缝、时间持续的定量监测与短时预报。
（1）地球外部天体引潮位、海潮及大气潮，引起固体地球形变和地球重力场随时间变化，称为固体地球的潮汐形变。
（2）通常将外部天体引潮位、海潮及大气潮引起的大地测量观测量或参数的周期性变化，称为该观测量或参数的潮汐效应（潮汐影响）。
（3）大地测量潮汐效应包括固体潮效应和负荷潮效应。固体潮效应是天体引潮位引起的大地测量观测量或参数变化，负荷潮效应是海潮负荷或大气潮负荷引起的大地测量观测量或参数变化。
（4）大地测量潮汐效应是可以模型化的，能够随时随地精确地移去或恢复。大地测量潮汐效应等于其潮汐改正数的负值。
只进行潮汐效应改正，而不考虑非潮汐效应的大地测量参考框架，仍是静态或稳态的。如精密水准控制网和重力控制网，虽然其观测量都经过潮汐改正，但它们仍然只是稳态的大地测量框架。
（1）地球表层系统（简称地表）中的土壤及植被水、江河湖库水、冰川冰盖雪山、地下水、大气与海平面等环境负荷非潮汐变化，引起地球重力位变化（直接影响），同步激发固体地球形变（间接影响），综合表现为地面垂直形变、地面重力及地倾斜变化，称为固体地球的负荷形变，包括地球重力场随时间变化。
（2）地下水利用、地下资源开采、地下工程建设、冰川冰盖消融以及其他自然或人工地表质量大方量变动，致使地球浅表层岩土失去原有平衡，岩土层在自身重力或内应力作用下，缓慢趋向另一平衡状态，引起地面塑性均衡垂直形变。
（3）地面负荷垂直形变由地表环境负荷质量变化（或重新分布）激发，作用于整个固体地球，属于弹性形变，可用负荷勒夫数定量表征；地面塑性垂直形变由人类活动或自然环境因素诱发，动力作用位于地下岩土，并以岩土自身为力学介质传递，是一种缓慢的塑性均衡垂直形变。
（4）非潮汐效应难以模型化，一般采用大地测量技术测定。快速或实时应用需要时，可将实测的非潮汐效应时序进行短期预报推估。
顾及非潮汐效应的大地测量参考框架只能是动态的，动态大地测量参考框架基准值对应具体唯一的参考历元时刻。当前历元参考框架站点的基准值，需要在其参考历元基准值的基础上，增加一项当前历元非潮汐效应相对于参考历元非潮汐效应的差异的校正，这项校正称为（非潮汐效应）历元归算。
地面垂直形变有3种形式，弹性负荷垂直形变、塑性均衡垂直形变与局部构造垂直形变。后两者统称非负荷垂直形变，都属于塑性形变。
（1）负荷垂直形变，由地表环境负荷质量变化激发，引起地球重力位变化（直接影响），经固体地球的弹性动力作用，导致固体地球形变（间接影响，用负荷勒夫数表征），在监测区内表现为与负荷变化时间同步的地面垂直形变和重力场变化。其时变特征与地表环境负荷变化相似，表现为复杂的非线性和准周期性。
（2）均衡垂直形变，通常表现为环境地质动力作用破坏地下岩土原有的平衡状态后，岩土在自身重力或内应力作用下，缓慢趋近于另一平衡状态的地质动力学过程。如：地下空隙岩土失水后的压实效应与渗/注水后的膨胀效应，地下工程建设引发的上方围岩形变，以及地表质量迁移后（冰雪消融、水土流失和地基开挖）的地面塑性回弹。
● 均衡垂直形变空域动力学定量特征：动力作用点位于地下岩土内部，均衡调整对象为动力作用点上方的岩土层，均衡调整空间影响角约为45˚，即地面形变的空间影响半径约等于地下作用点的埋藏深度。
● 均衡垂直形变时域动力学定量特征：均衡调整持续时间与动力作用点埋藏深度近似成正比，在数年时间尺度上均衡垂直形变量与其加速率符号相反，在数月内表现为短期线性时变。
（3）构造垂直形变由板块水平运动驱动，仅作用于压缩性断裂带附近。构造垂直形变大小随离开断裂带的距离快速衰减至零，空间影响半径与构造深度相当。百年时间尺度上，构造垂直形变速率基本保持不变。
（1）负荷形变场是非潮汐负荷效应的一种表现形式，也可表示为地球重力场随时间的变化。地球重力场参数负荷效应之间的解析关系，与地球重力场参数之间的解析关系完全一致。全球重力场可用地球重力位系数模型表示，同样全球负荷形变场及时变重力场可用全球负荷球谐系数模型表示。
（2）已知地球重力位系数模型，可计算地球外部任意点的各种重力场参数，同样，已知负荷球谐系数模型，可计算固体地球外部各种大地测量参数的负荷效应。大地水准面可由重力数据按Stokes积分计算，同样，地表环境负荷效应可由其负荷等效水高按格林函数积分计算。
（3）地球重力场逼近理论是线性的，可按移去恢复方案和累积迭代法逼近，同样，弹性（线性粘弹性）负荷形变理论也是线性的，也能采用移去恢复方案和累积逼近法精化。各种环境负荷（大气压、陆地水和海平面变化等）的形变效应之和，等于这些负荷之和的形变效应。
（4）地球重力场逼近方法可归纳为两类，即空域重力场边值问题积分法和谱域球面基函数（面球函数、径向基函数、样条函数等）逼近法，能综合全球或区域各种重力场数据。同样，负荷形变场（时变重力场）逼近或监测，也有负荷格林函数积分约束和谱域球面基函数逼近两种方法，也能有效融合全球或区域多源异质监测数据。
（1）基于多源异质大地测量数据融合的地面垂直形变、重力与地倾斜变化格网时序，构建地面稳定性降低的确定性准则，实现区域地面稳定性变化的无缝定量连续监测。
（2）地面稳定性降低定量准则（确定性客观自然规律）：地面大地高增大/重力减小，大地高/重力变化水平梯度大，地倾斜变化与地形坡度内积大等。
（3）参考已发生的地质灾害事件，优化整合多种大地测量监测量估计的地面稳定性变化格网时序，建成适应当地环境地质的地面稳定性变化格网时序，夯实稳定性变化监测能力。
ETideLoad采用自定义格式的五种形式大地测量时间序列数据，包括地面监测量时间序列、监测网站点记录时间序列、监测网观测量记录时间序列、监测量（向量）数值格网时间序列和球谐系数模型时间序列。
（1）地面监测量时间序列。一个地面监测量时序文件可存储某一站点、某条基线或路线多种属性监测量时间序列数据，各种属性的采样历元时刻完全相同。如CORS坐标解时间序列、固体潮站观测与分析成果时间序列、GNSS基线解时间序列等。
（2）监测网站点记录时间序列。一个监测网站点记录时序文件可存储大地监测网多个地面站点一种类型监测量的时间序列数据。如CORS站网坐标解（一维）、水准网点高程、固体潮站网、验潮站网时间序列，以及时序InSAR监测量等。
（3）监测网观测量记录时间序列。一个大地测量监测网观测量记录时序文件可存储CORS网（GNSS网）一维基线解、水准控制网水准路线高差观测量或重力控制网重力段差观测量时间序列数据。
（4）数字模型（向量）格网时间序列。由一组带时间（历元）信息的某一种类型监测量（向量）格网文件构成，每个格网头文件第7个属性约定为该格网数据的采样历元时刻。如陆地水等效水高、海平面变化格网时序，各种地面负荷形变场格网时序，时变重力场格网时间序列等。
（5）球谐系数模型时间序列。由一组带时间信息的球谐系数（Stokes系数）模型文件构成，用于表示全球负荷变化时间序列、全球负荷形变场时间序列和全球重力场变化时间序列。每个文件头占住一行，至少包含地心引力常数GM（×10¹⁴m³/s²）、地球椭球长半轴a（m）和采样历元时刻（ETideLoad约定的长整数格式）3个属性。GM,a称为球谐系数模型的尺度参数。
因技术需要，ETideLoad约定了大地测量监测量概念。
☆ ETideLoad自定义
大地测量监测量定义为当前历元时刻的大地测量观测量或参数，与其一段时间内观测量或参数的平均值或某一参考历元时刻大地测量观测量或参数之差。大地测量监测量通常用大地测量观测量或参数变化（特指时间差分）表示。如地面重力变化、地倾斜向量变化分别表示地面重力监测量和地倾斜监测量。
☆ 监测量类型及单位约定
（1）高程异常/大地水准面变化（mm，毫米）、地面重力/扰动重力变化（μGal，微伽）、地倾斜/垂线偏差变化（mas，毫角秒）；
（2）地面水平位移（东向/北向，mm）、地面径向位移（大地高变化mm）、地面正（常）高变化（mm）；
（3）扰动重力梯度变化（径向/天顶方向，10μE）、水平重力梯度变化（北向/西向10μE）。仅在表示区域性重力梯度的非潮汐负荷效应时，单位用mE。
（4）卫星轨道重力位摄动（0.1m²/s²）、重力摄动及其三维分量变化（μGal）、扰动重力梯度摄动对角线三分量变化（10μE）；
（5）陆地水负荷等效水高变化（cm）、海平面变化（cm）、海洋潮高（cm）和大气压变化（hPa）。
☆ 监测量向量方向约定
（1）地倾斜/垂线偏差变化SW。第一分量指向南，第二分量指向西，与地面重力/扰动重力方向构成右手直角坐标系，即自然坐标系；
（2）站点水平位移EN。第一分量指向东，第二分量指向北，与径向位移（大地高变化）方向构成右手直角坐标系，即东北天坐标系；
（3）水平重力梯度变化NW。第一分量指向北，第二分量指向西，与扰动重力梯度方向（径向/天顶方向）构成右手直角坐标系；
（4）分潮调和常数。第一分量为同相幅值（余弦分量），第二分量为异相幅值（正弦分量）。
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