地球自转速度变化 第一步：基本概念与观测现象 地球自转速度并非恒定不变。它指的是地球绕自身轴旋转一周所需的时间（即一日）所对应的角速度。这一速度存在微小的、复杂的变化。最直接的观测现象是“日长”（一天的长度）的波动。例如，通过原子钟和天文观测对比发现，一天的长度可能在数十年尺度上增加或减少几毫秒。 第二步：变化的主要类型及原因 这种变化主要分为三种时间尺度的类型： 长期减慢 ：由于月球和太阳对地球潮汐摩擦的作用（特别是海洋潮汐与海底的摩擦），地球自转在数亿年时间尺度上持续变慢，导致日长每世纪增加约1.8毫秒。这已被古生物化石（如珊瑚生长纹）记录所证实。 不规则变化 ：在十年至数年尺度上，自转速度存在忽快忽慢的不规则波动。其主要驱动因素被认为是地球 液态外核 与 地幔 之间的角动量交换。外核中熔融铁镍的对流运动产生的电磁耦合和地形耦合，可以改变其旋转状态，并通过与地幔的相互作用传递角动量，从而影响地表自转速度。 季节性及短期变化 ：在年、季节甚至更短时间尺度上，变化主要源于地球各圈层间的物质迁移和角动量再分配。 大气环流 ：大规模风系（如西风急流）角动量的变化是主要因素，强西风会加速地球自转。 水圈变化 ：冰雪积累与融化、海洋洋流变化、地下水储量变动等引起的地球质量分布改变，也会通过改变转动惯量影响自转速度。 第三步：核心物理机制——角动量守恒 所有变化的根本物理原理是 角动量守恒定律 。对于一个相对孤立的系统（如整个地球），其总角动量保持不变。角动量等于转动惯量乘以角速度。当地球内部或表面的物质发生移动（如大气质量向赤道或两极迁移、地核流体运动）时，会改变地球的 质量分布 ，从而改变其 转动惯量 。为了保持总角动量不变，角速度（即自转速度）就必须发生相应的反向变化。这就是大气、海洋、地核过程能够影响地球自转速度的本质原因。 第四步：测量技术与地球定向参数 这种微小的变化是通过一套称为“地球定向参数”的精密测量系统来监测的，主要技术包括： 甚长基线干涉测量（VLBI） ：通过射电望远镜网络精确测量地球相对于遥远类星体的方向，是测量日长变化和地极移动的最准确技术。 全球卫星导航系统（GNSS，如GPS） ：监测卫星轨道的变化来反推地球自转参数。 卫星激光测距（SLR） ：精确测量地面站到装有反射镜的卫星的距离。 这些技术共同实时确定地球自转轴在空间的方向（岁差和章动）、在地球本体内的位置（极移）以及自转速度本身（日长变化）。 第五步：影响与意义 地球自转速度变化的影响广泛而深远： 时间计量 ：国际原子时极其稳定，而基于地球自转的世界时（UT1）却因此变化。为了协调两者，产生了协调世界时（UTC），并通过插入“闰秒”进行同步。 空间导航 ：深空探测和卫星精密定轨需要精确的地球定向参数作为参考基准。 地球内部探测 ：自转速度的变化，特别是十年尺度上的波动，是探测地球深部（尤其是液态外核）动力学过程的重要“窗口”，有助于理解地磁场的生成与变化。 气候研究 ：自转变化与大气、海洋角动量交换紧密相连，是研究全球气候系统相互作用的重要指标。 地质与古气候 ：长期减慢的记录为研究地球-月球系统演化历史、古代地质过程和天文气候周期提供了关键约束。