劉民，孫毅，古兆兵，高玉平，張升康

2020年再議協(xié)調(diào)世界時UTC閏秒問題

劉民1，孫毅1，古兆兵2，高玉平3,4，張升康5

（1. 北京東方計量測試研究所，北京 100086；2. 軍事科學(xué)院 系統(tǒng)工程研究院，北京 100141；3. 中國科學(xué)院大學(xué) 天文與空間科學(xué)學(xué)院，北京 101048；4. 中國科學(xué)院 國家授時中心，西安 710600；5. 北京無線電計量測試研究所，北京 100005）

國際無線電科學(xué)聯(lián)盟URSI電磁計量專業(yè)委員會Commission A準(zhǔn)備提交2020年關(guān)于UTC連續(xù)的問題提案，草案征求意見期間，URSI中國委員會的電磁計量委員會表達(dá)了反對意見，引起國際組織的高度重視，引發(fā)了關(guān)于UTC是否繼續(xù)閏秒的再討論，這里揭示了UTC閏秒和時間連續(xù)性問題的本質(zhì)，介紹了支持和反對取消閏秒的雙方觀點，比較了URSI聲明的初稿和最終稿，中國的反對意見對國際組織的提案和國際時間規(guī)則的修訂產(chǎn)生了重要影響。

閏秒；協(xié)調(diào)世界時；世界時；國際原子時；慣性坐標(biāo)系；非慣性坐標(biāo)系

0 引言

協(xié)調(diào)世界時（UTC）是世界各國公認(rèn)的全球標(biāo)準(zhǔn)時間，時間規(guī)則的制定和修改需要由相關(guān)國際組織達(dá)成一致意見，才能被各國政府共同采納，實現(xiàn)時間計量的全球統(tǒng)一。國際電信聯(lián)盟（ITU）是全球時間統(tǒng)一重要的國際組織，ITU要求全球各守時實驗室保持的時間基準(zhǔn)UTC（）與國際標(biāo)準(zhǔn)時間UTC的偏差須控制在±100 ns以內(nèi)。另一個國際組織國際計量大會（CGPM）及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)國際計量局（BIPM）負(fù)責(zé)UTC的歸算和國際時間公報（T公報）的發(fā)布。UTC是否繼續(xù)閏秒的問題由來已久[1]，不僅僅涉及科學(xué)技術(shù)層面，更影響管理層面，甚至涉及政治層面。2000年ITU的無線通信部（ITU-R）發(fā)起了“UTC的未來”的討論，該議題的核心就是是否取消閏秒的問題，中國曾于2008年、2009年和2011年在ITU會議上，3次提交書面建議，并口頭發(fā)言，表示中國的態(tài)度是希望保持現(xiàn)有UTC的定義不變，即TAI與UT1的關(guān)系。2012年ITU大會沒有形成一致意見。2015年中國代表支持大多數(shù)國家代表的意見，在ITU大會上投了贊成票，通過了WRC15決議。但是由于英國和俄羅斯的反對，UTC至今還保持閏秒。國際無線電科學(xué)聯(lián)盟（URSI）是非政府間國際組織，是各國無線電科學(xué)家談?wù)摽茖W(xué)技術(shù)的平臺，1999年ITU-R向URSI征求關(guān)于UTC閏秒問題的建議，從那時起，URSI的電磁計量專業(yè)委員會（Commission A，簡寫為Com A）便成為討論UTC閏秒問題最活躍的平臺之一。2014年URSI-Com A的各國科學(xué)家一致通過了“建議保持UTC連續(xù)，不再增加閏秒”的提案，形成URSI-GASS2014大會決議，支撐了ITU-WRC15的655決議通過。按照WRC15-655決議，大家又在進(jìn)行新一輪的UTC閏秒議題研究。

1 UTC閏秒的由來

2 時間連續(xù)性問題

閏秒的最大問題是時間連續(xù)性問題。一種觀點是“閏秒造成了時間不均勻，使時間不連續(xù)”[7-8]。這個問題需要從不同角度來解讀。

國際原子時TAI，采用SI秒連續(xù)累計時間，這是連續(xù)的時間坐標(biāo)，若不考慮相對論效應(yīng)，則坐標(biāo)刻度間隔是均勻的。

為什么我們不用TAI而熱衷于UTC呢？因為UTC源自于UT1，影響人們最深的時間概念來自于年月日時分秒這套約定俗成的時間規(guī)則[9]。這種時間單位和時間進(jìn)制更適合描述周期性的自然規(guī)律，如地球自轉(zhuǎn)周期為1日，地球公轉(zhuǎn)周期為1年，60是2、3、4、5、6、10、15、20、30的公倍數(shù)，1 min = 60 s的六十進(jìn)制更適合于描述勻速周期變化和圓周運(yùn)動。只有遵循傳統(tǒng)的時間規(guī)則，人們才有了時間的概念，方便了交流溝通。

天文學(xué)需要連續(xù)的時間坐標(biāo)，為了避免閏年、閏月不均勻的影響，采用了儒略日（Julian day）時間坐標(biāo)軸，起始點在公元前4713年1月1日中午12點，坐標(biāo)刻度是日，連續(xù)計算日期。這種連續(xù)的時間有利于科學(xué)研究，不利于生活使用，如某人的生日為2 443 781.5 JD，看起來很不方便。

時間在物理意義上是連續(xù)的，只是我們采用了一套邏輯規(guī)則，規(guī)定了進(jìn)位法則，才造成了時間不均勻不連續(xù)的錯覺。當(dāng)前幾個全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS），如北斗、GPS等，都使用SI秒測量時間，都是連續(xù)的，也都是在導(dǎo)航報文中播發(fā)導(dǎo)航時間與UTC的差值，接收機(jī)讀報文中的信息，計算本地的UTC時間。導(dǎo)航系統(tǒng)不存在所謂UTC時間連續(xù)性問題。

追根溯源，時間連續(xù)性問題，是沒有區(qū)分兩種坐標(biāo)系上的時間，混淆使用時間單位造成的。離開空間談時間是沒有意義的，絕對獨立于空間的時間是不存在的。時間和空間聯(lián)系在一起才是自然，古代稱為宇和宙。在地球上，一種坐標(biāo)系是慣性坐標(biāo)系，不隨地球旋轉(zhuǎn)，為了便于天體觀測和航天活動，科學(xué)家定義了地心天球坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點是地球質(zhì)心，在原點上的時間稱為坐標(biāo)時（TCG），慣性坐標(biāo)系上除了坐標(biāo)原點和無窮遠(yuǎn)點外，其他各處都受到相對論效應(yīng)影響，造成時鐘走速不同。為便于測量，定義了大地水準(zhǔn)面，在大地水準(zhǔn)面上的相對論效應(yīng)的影響量為常數(shù)，國際原子時TAI在大地水準(zhǔn)面上復(fù)現(xiàn)SI秒，TAI與地球質(zhì)心坐標(biāo)時（TCG）有固定走速偏差，本質(zhì)上都屬于慣性坐標(biāo)系上的時間，所以SI秒屬于慣性坐標(biāo)系的時間單位。另一種坐標(biāo)系是非慣性坐標(biāo)系，非慣性坐標(biāo)系是固定在地球上，且隨地球自轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系，在此坐標(biāo)系上以地球自轉(zhuǎn)軸為參考觀測太陽的運(yùn)動周期，定義了一種時間稱為世界時，UT1就是非慣性坐標(biāo)系上的時間，UT1使用的時間單位（秒、分、時、日、月、年）和進(jìn)制規(guī)則都只適用于這種非慣性坐標(biāo)系，即符合周期變化和周期運(yùn)動規(guī)律。兩種坐標(biāo)系上的“秒”僅在TAI的起始時刻有相同的數(shù)值，本質(zhì)上是不同的，除了定義不同外，所適用的空間范圍和適用的對象也是不同的，這是最容易混淆之處。國際單位制定義SI秒后，只把UT1定義的非慣性坐標(biāo)系的“秒”形式上搬到了慣性坐標(biāo)系，讓“秒”與地球自轉(zhuǎn)脫鉤，卻仍繼續(xù)沿用非慣性坐標(biāo)系上的其他單位（分、時、日、月、年），這就造成了慣性坐標(biāo)系上的SI秒與非慣性坐標(biāo)系上的其他單位不兼容的矛盾。就像一臺機(jī)器只改變了動力齒輪，卻沒有更新其他齒輪一樣，新舊齒輪之間不匹配出現(xiàn)了矛盾。解決這個矛盾最簡單的辦法就是閏秒。從慣性坐標(biāo)系上看，閏秒造成了1min = 61s的現(xiàn)象，把此現(xiàn)象說成不連續(xù)，或者非線性，其本質(zhì)是用錯了時間單位，除已定義的SI秒外，把非慣性坐標(biāo)系上的其他時間單位照搬到了慣性坐標(biāo)系中。反過來從非慣性坐標(biāo)系上看，閏秒修正了慣性坐標(biāo)系的SI秒在地球自轉(zhuǎn)中的非整周期偏差，維持了其他單位與自然和諧的關(guān)系，就像閏年、閏月一樣，修正了地球公轉(zhuǎn)周期= 365.242 5 d的非整周期偏差，這種時間規(guī)則匹配了周期運(yùn)動現(xiàn)象?？臻g計量理論告訴我們“不同坐標(biāo)系之間不具備同時性”[10]。從不同坐標(biāo)系上看閏秒問題，會有不同的結(jié)論。

3 URSI-Commission A的草案征求意見

為推進(jìn)此問題在ITU-R和CCTF再次表決，2020年2月19日URSI-Com A主席Y. Koyama起草了“URSI有關(guān)UTC需要連續(xù)的聲明”，再次征求各國官方委員的意見。Com A中國區(qū)主席在微信群中發(fā)起了討論，邀請了中國計量科學(xué)院、中國科學(xué)院國家授時中心、北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心、北京無線電計量測試研究所、北京東方計量測試研究所、軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院軍標(biāo)所、國防科技大學(xué)等19位專家，還邀請了URSI中國委員會秘書長作為觀察員。各位專家圍繞是否贊成UTC連續(xù)，討論形成了兩種對立的觀點，綜合考慮多數(shù)專家的意見，給URSI中國委員會建議“維持UTC現(xiàn)狀，繼續(xù)閏秒”，報中國電子學(xué)會URSI中國委員會批準(zhǔn)。URSI中國委員會認(rèn)為UTC閏秒的問題涉及我國重大戰(zhàn)略基礎(chǔ)，時間規(guī)則的修改也是國際上重大基礎(chǔ)問題，支持Com A中國委員會的建議，以URSI中國電子學(xué)會CIE正式意見報送到URSI Comission A。至3月1日草案征集意見結(jié)束后，只有中國1張反對票。URSI-Com A主席Y. Koyama非常重視這1票反對意見，他認(rèn)為URSI是世界無線電科學(xué)家們向ITU-R和CCTF反映此問題意見的唯一平臺，我們不能錯過難得的機(jī)會，為促成草案達(dá)成一致意見，提議再組織一個特別草案起草小組修改草案，特邀Com A的中國區(qū)主席劉民、BIPM時頻主任P. Tavella、原美國海軍天文臺時頻主任D. Matsakis參加小組，報名參加特別小組的還有美國2名、法國2名、印度5名、中國、日本、以色列、意大利、墨西哥各1名代表，中國計量科學(xué)院李天初院士和瑞典科學(xué)院C. Rieck兩位作為觀測員。最初的草案繼承了2014年URSI-GASS大會的觀點，題為“Statements from URSI on the need for continuous UTC”（國際無線電科學(xué)聯(lián)盟關(guān)于需要連續(xù)UTC的聲明），見圖1。

4 URSI中國委員會的建議

上述草案征求意見后，只有中國委員會提出不同意見。經(jīng)過國內(nèi)時頻領(lǐng)域19位專家討論，中國電子學(xué)會CIE國際無線電科學(xué)聯(lián)盟URSI中國委員會的主席吳健、副主席陶然、秘書長林潤華、國際合作部主任王桓召開時頻會議，審議通過了正式報送國際組織的官方意見：

UTC應(yīng)該保持閏秒。我們的觀點是UTC應(yīng)該繼續(xù)插入閏秒保持|UTC-UT1|<0.9 s，直到我們已經(jīng)找到了一種明確的方案來解決UT1信息從標(biāo)準(zhǔn)時間中消失的問題。至今，中國的一些學(xué)者、研究機(jī)構(gòu)和部門仍然不能對撤銷閏秒帶給他們潛在負(fù)面的影響給出準(zhǔn)確和廣泛的評估?？紤]這種情況，他們建議現(xiàn)在還不是討論此問題的時機(jī)，他們?nèi)匀恍枰猆T1跟隨UTC一同被授時，因為對其測控系統(tǒng)和軟件來說UT1仍然非常重要。

5 國內(nèi)專家主要意見

支持取消閏秒的正方意見，和建議保留閏秒的反方意見，綜合如下。

5.1 正方意見

1）閏秒的加入是非線性的

人們總希望時間是均勻流逝的，然而，總有平年、閏年、大月、小月，和閏秒這些不等長的因素造成時間刻度不均勻。天文觀測的時間軸，為了避免年月的不等間隔，采用了儒略日時間軸，但是閏秒的不均勻性給高精度的天文測量帶來了麻煩，如脈沖星觀測的時間坐標(biāo)軸如果采用UTC將會出現(xiàn)脈沖周期跳變的現(xiàn)象，這也許是閏秒造成的；在標(biāo)準(zhǔn)時間內(nèi)加入閏秒會給計算軟件增添不少麻煩。所以不管是閏秒、閏分、還是閏小時，這些非均勻的時間坐標(biāo)軸，都會造成測量數(shù)據(jù)的非線性。

2）閏秒的未來難以準(zhǔn)確預(yù)測

國際地球自轉(zhuǎn)參考系統(tǒng)服務(wù)（IERS）于1988年1月開始提供服務(wù)，提供國際天球框架（ICRF）和國際地球框架參考框架（ITRF），提供地球方向參數(shù)（EOP）和相關(guān)協(xié)議（如標(biāo)準(zhǔn)、模型和常數(shù)）。據(jù)IERS提供的網(wǎng)站數(shù)據(jù)，可預(yù)知未來6個月是否有閏秒。如果不精確計算的話，未來30年有多少個閏秒大概可知，因為只了解到潮汐和大氣的季節(jié)變化對地球自轉(zhuǎn)的作用規(guī)律，其他影響還不清楚，如地震、火山、海嘯等，所以具體預(yù)測閏秒的時間還有難度[11]。

3）加入閏秒前后的時間可能無法同時

雖然地球上不同時區(qū)的國家按照自己對應(yīng)GMT時區(qū)，同時啟動增加閏秒的操作，例如北京時間07:59:59/07:59:60增加閏秒，由國家授時中心統(tǒng)一為全國用戶增加閏秒。但是，授時到用戶還有一段時間，并不是所有用戶都能及時獲得授時信號，增加閏秒的同時性僅僅是理想狀態(tài)。那么，在調(diào)整了時鐘的用戶與尚未獲得授時信號仍按原來時間工作的用戶之間就會存在1 s的偏差。尤其對于不能及時獲得授時信號的短時間自主運(yùn)行的設(shè)備，如潛艇、飛機(jī)、導(dǎo)彈等武器裝備1 s的差異將會造成很大的影響。

5.2 反方意見

1）UTC的協(xié)調(diào)作用無法替代

協(xié)調(diào)世界時UTC字面中的coordinated譯為協(xié)調(diào)，有兩方面含義：第一是協(xié)商一致的意思，各行各業(yè)、各個國家和地區(qū)都認(rèn)同UTC的規(guī)則和發(fā)布的主體，這種協(xié)調(diào)是人與自然、組織與組織、國家與國家之間達(dá)成的協(xié)議；第二是解決地球自轉(zhuǎn)時間周期與國際原子時TAI之間不和諧的問題，UT1的秒長是地球自轉(zhuǎn)參數(shù)，地球自轉(zhuǎn)不斷減慢，如果不加入閏秒，我們所用的標(biāo)準(zhǔn)時間將與地球自轉(zhuǎn)漸行漸遠(yuǎn)，約5 000年后就會|UTC-UT1|相差1h。所以UTC協(xié)調(diào)作用無法替代。

2）符合地球人類的作息習(xí)慣

人類對時間的約定，最早是建立在日升日落的基礎(chǔ)上。通過時間可知太陽的角度。如果沒有閏秒UTC將失去計時觀天象的作用，后人也很難計算早期發(fā)生的天文現(xiàn)象與時間的關(guān)系。閏秒對人們?nèi)粘Ｉ顩]有太大影響，地球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時間是不同于UTC的自成體系的時間系統(tǒng)，如北斗時間（BDT）不加入閏秒，僅在短報文中告知用戶BDT與UTC的差值，讓用戶自己參考使用。

3）暫無新的替代方案

地球上的標(biāo)準(zhǔn)時間公認(rèn)是UTC，如果不增加閏秒，則必須事先討論出一個公認(rèn)的替代方案，該方案主要是解決時間統(tǒng)一問題。在沒有替代方案之前如果一些國家取消了閏秒，而另一些國家沒有取消，將會產(chǎn)生更嚴(yán)重的后果。

4）UT1用戶對IERS的依賴

如果UTC授時信號中失去了與地球自轉(zhuǎn)的聯(lián)系，我們就必須依賴IERS獲得地球自轉(zhuǎn)信息，受制于人。這些受影響的行業(yè)涉及與地球參考系有關(guān)測量，如天體觀測中天文望遠(yuǎn)鏡自動跟蹤程序、潛艇水下自主導(dǎo)航程序、甚長基線干涉（VLBI）觀測、地球同步軌道衛(wèi)星的軌位維持、空間碎片和航天器的軌道測定等，還有一些軍事活動和軍工研制活動也會受到影響。如果UTC不再閏秒了，就必須建設(shè)完善我們自己對UT1或地球軌道平面（EOP）的測定能力，對于一些沒有高準(zhǔn)確度測量能力的國家和組織，就必須依賴IERS。雖然目前IERS的服務(wù)是免費(fèi)的，未來不一定這樣。

5）管理問題

關(guān)于統(tǒng)一時間的問題，是相對而言的，在一個獨立系統(tǒng)內(nèi)可以自行定義時間的規(guī)則，比如衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)、金融系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，軍用時間系統(tǒng)等，各自用自己守時中心，在系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)授時，可以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的時間統(tǒng)一，不會有時間沖突的問題。如果跨越多個系統(tǒng)來說統(tǒng)一時間的問題，就必須約定規(guī)則，達(dá)成共識。這里更多的不是技術(shù)問題，而是管理問題甚至是政治問題。

6 Commission A中國區(qū)主席寫給特別草案小組的補(bǔ)充說明

我們知道目前UTC的分、時、天、年不是均勻間隔的時間坐標(biāo)軸，閏秒增加也很難準(zhǔn)確預(yù)測，閏秒不可能同時變更，這些缺點給一些需要連續(xù)時間坐標(biāo)軸的用戶帶來一些麻煩。但是這些問題可以用現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星授時技術(shù)很方便的解決。

另一方面，如果UTC不再閏秒將給另一些用戶帶來問題。UTC是已經(jīng)達(dá)成共識的，使用廣泛的標(biāo)準(zhǔn)時間，用戶能夠很方便地從UTC發(fā)播信號中獲得兩種信息，一是全球時間同步和SI秒，二是地球自轉(zhuǎn)的信息如UT1。

1）如果UTC改為連續(xù)，不再閏秒，那么授時信號中將失去地球自轉(zhuǎn)的信息，那些需要地球自轉(zhuǎn)信息的用戶只能在一些網(wǎng)站上（如www.iers.org）查找。這些網(wǎng)站有多少訪問承載能力，會不會阻塞和崩潰，沒有相關(guān)試驗報道。已經(jīng)依賴UTC授時信號的硬件和軟件必須投入巨大改造經(jīng)費(fèi)。這些受影響的行業(yè)涉及與地球自轉(zhuǎn)有關(guān)的測量和控制，如天體觀測中天文望遠(yuǎn)鏡自動跟蹤程序、衛(wèi)星發(fā)射時間控制、地球同步軌道GEO衛(wèi)星的軌位維持、和觀測天線的角度掃描和坐標(biāo)系換算算法等。

2）全球衛(wèi)星導(dǎo)航GNSS（如BDS、GPS、Glonass、Galileo）在報文中要給出GNSS時間與UTC的差值，如果UTC連續(xù)不再閏秒，那么差值就是一個固定的常數(shù)，導(dǎo)航報文中失去了地球自轉(zhuǎn)信息UT1。

3）協(xié)調(diào)世界時UTC字面中的coordinated譯為協(xié)調(diào)，有三方面含義：第一是解決地球自轉(zhuǎn)時間周期與國際原子時TAI之間不和諧的問題，維持TAI-UT1的差值不超過1s；第二是時間與空間的協(xié)調(diào)，時間不能離開空間單獨存在，TAI是建立在地球慣性坐標(biāo)系上的時間，UT1是建立在地心地固坐標(biāo)系，非慣性坐標(biāo)系上的時間，UTC協(xié)調(diào)兩種坐標(biāo)系的時間，不能說哪個坐標(biāo)系更重要，兩個都不可缺少；第三是協(xié)商一致的意思，各行各業(yè)、各個國家和地區(qū)都認(rèn)同UTC的規(guī)則和發(fā)布的主體，這種協(xié)調(diào)是人與自然、組織與組織、國家與國家之間達(dá)成的協(xié)議。所以UTC協(xié)調(diào)作用無法替代，如果UTC不再閏秒，將失去協(xié)調(diào)的含義，我們?nèi)绾畏Q之為協(xié)調(diào)世界時呢？

4）人類對時間的約定，最早是建立在日升日落的基礎(chǔ)上的。通過時間可知太陽的角度。60 s為1 min，60 min為1 h，24 h為1 d，這樣的六十進(jìn)制規(guī)則是適用于圓周運(yùn)動的規(guī)律，是符合UT1的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。而UTC連續(xù)不再閏秒后就不再與圓周運(yùn)動的地球自轉(zhuǎn)有任何聯(lián)系，也就沒有不要占用秒—分—時—日的進(jìn)制規(guī)則，把此規(guī)則留給UT1，讓地球上的人類繼續(xù)使用。TAI改用十進(jìn)制更能表現(xiàn)時間軸的線性?？梢粤硗饷粋€新的詞，也可以使用TAI。

5）需要連續(xù)時間的用戶可以很方便地從GNSS授時信號中獲得連續(xù)的時間軸，而且與TAI同步。若UTC連續(xù)后，需要UT1的用戶，將無法方便地獲得UT1。

6）如果UTC不再閏秒，那么全球授時信號將選擇哪種時間坐標(biāo)？播報新UTC還是UT1？授時系統(tǒng)如果要兼顧兩種需求的用戶，就必須研究同時授時兩種時間的技術(shù)，或者先解決了地球自轉(zhuǎn)和定向參數(shù)單獨發(fā)送問題后，再來討論UTC連續(xù)的問題。在沒有準(zhǔn)備好之前，建議不要改變UTC的現(xiàn)狀。

總之，UTC閏秒問題不能簡單地理解為連續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)時間更加科學(xué)的問題，鑒于UT1和地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的重要性，當(dāng)前尚無很好的方案解決上述問題，我們決定暫時保持UTC現(xiàn)狀。

7 URSI-Commission A的最終提案

特別草案小組以郵件群發(fā)的形式開展了19天，主要改進(jìn)點在于：首先把題目中的“UTC”改成了“參考時間”，回避了“協(xié)調(diào)”的異議；其次表達(dá)了UT1用戶關(guān)切；最后提出了在衛(wèi)星導(dǎo)航授時和網(wǎng)絡(luò)授時信號中增加UT1-UTC信息。而當(dāng)前的GNSS報文中播發(fā)的信息是導(dǎo)航系統(tǒng)時間與UTC的差值，這需要衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)計者引以關(guān)注。

欄目草案征求意見稿2020年2月19日特別小組的最終提案稿2020年3月26日 題目國際無線電科學(xué)聯(lián)盟關(guān)于需要連續(xù)UTC的聲明關(guān)于需要一個連續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)時間尺度的來自URSI的聲明 考慮到a）當(dāng)前用不定期的閏秒維持協(xié)調(diào)世界時UTC和地球自轉(zhuǎn)角度時間尺度UT1在0.9 s內(nèi)保持一致的實際操作，從1990年代討論至今。a）當(dāng)前用不定期的閏秒維持協(xié)調(diào)世界時UTC和地球自轉(zhuǎn)角度時間尺度UT1在0.9s內(nèi)保持一致的實際操作，從1990年代討論至今。 b）國際電信聯(lián)盟ITU在其2015年世界 無線電會議（WRC-15）和WRC-15的655號決議中討論了時間尺度實現(xiàn)和通過無線通信系統(tǒng)授時問題，需要與國際無線電科學(xué)聯(lián)盟URSI和其他相關(guān)國際組織合作，更長遠(yuǎn)、更廣泛地研究當(dāng)前和未來潛在的不同領(lǐng)域未來參考時間尺度，包括其影響和應(yīng)用。b）國際電信聯(lián)盟的無線通信部門（ITU-R）在其 2015年世界無線電會議（WRC-15）和WRC-15的655號決議中討論了時間尺度實現(xiàn)和通過無線通信系統(tǒng)授時問題，需要與國際無線電科學(xué)聯(lián)盟URSI和其他相關(guān)國際組織合作，更長遠(yuǎn)、更廣泛地研究當(dāng)前和未來潛在的不同領(lǐng)域未來參考時間尺度，包括其影響和應(yīng)用。 c）在2018年第26屆國際計量大會CGPM上形式上確認(rèn)了國際原子時TAI和協(xié)調(diào)世界時UTC的定義，還請求所有相關(guān)國際組織和聯(lián)盟一起協(xié)作在標(biāo)準(zhǔn)時間尺度上達(dá)成共同理解，它們的產(chǎn)生和授時要考慮目前的在UT1-UTC的最大幅值上的限值，為了滿足當(dāng)前和未來用戶群體的需求。c）在2018年第26屆國際計量大會CGPM上形式上確認(rèn)了國際原子時TAI和協(xié)調(diào)世界時UTC的定義，還請求所有相關(guān)國際組織和聯(lián)盟一起協(xié)作在標(biāo)準(zhǔn)時間尺度上達(dá)成共同理解，它們的產(chǎn)生和授時要考慮目前的在UT1-UTC的最大幅值上的限值，為了滿足當(dāng)前和未來用戶群體的需求。 d）URSI-Com A組織了更廣泛的咨詢，向來自不同領(lǐng)域的專家征求他們對于采納連續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)時間尺度的意見。 注意到d）引入閏秒已經(jīng)導(dǎo)致了嚴(yán)重的問題，也在世界范圍內(nèi)導(dǎo)致一些應(yīng)用的中斷，如衛(wèi)星導(dǎo)航和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等需要連續(xù)時間參考的應(yīng)用。為了減弱問題的影響，不同的用戶采取了一些替代方法，或者使用了非標(biāo)準(zhǔn)的連續(xù)時間參考（如GPS時間），或者采用了不同制造商提供的與UT1同步時間的方法。這些做法反過來又給用戶造成混亂和錯誤。e）引入閏秒已經(jīng)導(dǎo)致了嚴(yán)重的問題，也在世界范圍內(nèi)導(dǎo)致一些應(yīng)用的中斷，如衛(wèi)星導(dǎo)航、分布式測量系統(tǒng)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等需要連續(xù)時間參考的應(yīng)用。為了減弱問題的影響，不同的用戶采取了一些行動，或者使用了非標(biāo)準(zhǔn)的連續(xù)時間參考（如GPS時間），或者采用了不同制造商提供的與UT1同步時間的方法。這些做法反過來又給用戶造成混亂和錯誤。 f）在插入閏秒的期間，由于模棱兩可，計量溯源到UTC的用戶經(jīng)常不能實現(xiàn)。 g）改變當(dāng)前保持UTC與UT1在0.9 s內(nèi)一致規(guī)則，仍然有不可預(yù)測的顧慮。 h）UT1對于諸如航天工業(yè)、地球基地觀測等領(lǐng)域，以及對于在固定與旋轉(zhuǎn)參考系之間信息轉(zhuǎn)換是必須的；并且對這些應(yīng)用來說，實時授時UT1信號也是需要的。 i）UT1-UTC的定義值可由國際地球自轉(zhuǎn)參考系統(tǒng)服務(wù)（IERS）網(wǎng)站、其他無線信號的時間授時技術(shù)、GNSS和網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議提供。 j）TAI應(yīng)該不被考慮作為一種可實現(xiàn)連續(xù)參考時間尺度的選項；在它的當(dāng)前狀態(tài)下，它只提供頻率參考，不被時鐘授時。 認(rèn)識到e）于1996年，在法國里爾（Lille），URSI大會上通過了鞏固URSI與ITU關(guān)系的決議，決定URSI理事會必須在共同關(guān)心的具體問題方向上同ITU合作，這樣的議題以適當(dāng)?shù)男问綔?zhǔn)備URSI的聲明。k）于1996年，在法國里爾（Lille），URSI大會上通過了鞏固URSI與ITU關(guān)系的決議，決定URSI理事會必須在共同關(guān)心的具體問題方向上同ITU合作，這樣的議題以適當(dāng)?shù)男问綔?zhǔn)備URSI的聲明。 f）2002年成立了URSI擴(kuò)大工作組，已經(jīng)識別出來偶發(fā)的閏秒調(diào)整帶來的風(fēng)險。l）2002年成立了URSI擴(kuò)大工作組，已經(jīng)識別出來偶發(fā)的閏秒調(diào)整帶來的風(fēng)險。 g）1999年URSI Commission A（電磁計量）表達(dá)了意見，插入閏秒的程序必須被停止，UTC應(yīng)該成為一個連續(xù)的參考時間尺度，這個觀點在2014年由Com A的決議確認(rèn)下來。m）1999年URSI Commission A（電磁計量）表達(dá)了意見，插入閏秒的程序必須被停止，UTC應(yīng)該成為一個連續(xù)的參考時間尺度，這個觀點在2014年由Com A的決議確認(rèn)下來。 URSI作出決定的聲明A）所有GNSS被要求在資金支持、能力和發(fā)展?jié)摿Φ确矫婵紤]廣播UT1-UTC，以1 ms或更高精度。此外，通過互聯(lián)網(wǎng)提供UT1-UTC的系統(tǒng)需要加固以防范黑客攻擊，還必須補(bǔ)充第二個來源，常年滿足僅要求UT1-UTC信息的用戶的需求。 國際無線電科學(xué)聯(lián)盟URSI的無線電科學(xué)家們已經(jīng)識別到由未來長期不可預(yù)測的插入閏秒導(dǎo)致的各種風(fēng)險，還識別到在無線電領(lǐng)域的科學(xué)研究和相關(guān)活動中，一個獨一無二且連續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)時間是至關(guān)重要的。進(jìn)一步得出結(jié)論，與適應(yīng)系統(tǒng)和軟件需要有關(guān)的技術(shù)顧慮能被解決，一個連續(xù)參考時間尺度的好處，科學(xué)性與可操作性相比，挑戰(zhàn)是正常的，因此URSI的意見是在公布通知的適當(dāng)時間之后， |UT1-UTC|允差寬度應(yīng)該不再被限制。B）國際無線電科學(xué)聯(lián)盟URSI的無線電科學(xué)家們已經(jīng)識別到由于在UTC未來長期不可預(yù)測閏秒調(diào)整導(dǎo)致的風(fēng)險，還識別到在無線電領(lǐng)域的科學(xué)研究和相關(guān)活動中，一個獨一無二且連續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)時間是至關(guān)重要的。進(jìn)一步得出結(jié)論，大多數(shù)與適應(yīng)系統(tǒng)和軟件需要有關(guān)的技術(shù)顧慮能被解決，一個連續(xù)參考時間尺度的好處，科學(xué)性與可操作性相比，挑戰(zhàn)是正常的，因此URSI的意見是在公布通知，且實時授時UT1-UTC已經(jīng)實現(xiàn)，且到2023年沒有發(fā)現(xiàn)有致命問題之后的適當(dāng)時間，取消當(dāng)前對UT1-UTC最大幅值的限制。

8 結(jié)論

UTC是否繼續(xù)閏秒的問題，已經(jīng)在國際上討論20多年，中國代表在ITU上和CGPM上也曾表達(dá)過明確意見，那時支持了國際上大多數(shù)國家的意見，讓UTC不再閏秒。但是隨著我國國際地位的提升，承擔(dān)了更多的國際責(zé)任，尤其是新時代以來國際形勢發(fā)展變化，許多學(xué)者重新審視了UTC閏秒的利弊，本次給出了不同以往的建議。本次再議閏秒問題，在國內(nèi)借助微信群，在國際上借助電子郵件群，廣泛組織代表不同觀點的專家，開展了高效而熱烈的討論，達(dá)到了科學(xué)、民主、公開、透明、集中統(tǒng)一的效果。在URSI國際組織中僅有來自中國的1票反對意見，中國的意見引起國際組織高度重視，最終提案是折衷的結(jié)果，納入了我國學(xué)者的部分意見，達(dá)到了表達(dá)UT1用戶關(guān)切的目的。在這個過程中提升了我國的國際話語權(quán)，在國際時間規(guī)則的制定中發(fā)揮了積極推動作用。同時，也意識到發(fā)展獨立自主的地球自轉(zhuǎn)參數(shù)EOP測量能力是非常重要的。

[1] 趙君亮. 閏秒及其廢存之爭[J]. 自然雜志, 2009, 31(4): 223-228.

[2] KOVALEVSKY J. The evolution of tasks within the meter convention[J]. Measurement, 1999(26): 143-149.

[3] STOCK M, DAVIS R, MIRANDES E D, et al. The revision of the SI-the result of three decades of progress in metrology[J]. Metrologia, 2019(56): 1-14.

[4] ARIAS E F, PANFILO G, PETI G, et al. Status of UTC/TAI[C]//General Assembly and Scientific Symposium, Istanbul: IEEE, 2011.

[5] International Earth Rotation and Reference Systems Service. Contains announcements of the leap seconds in UTC, Bulletins C[EB/OL]. (2013-05-21)[2020-12-18]. http://www.iers.org.

[6] GAMBIS D, LUZUM B. Earth rotation monitoring, UT1 determination and prediction[J]. Metrologia, 2011, 48(4): S165-S170.

[7] CAO Y, VEITCH D. Network timing, weathering the 2016 leap second[C]//IEEE INFOCOM2018-IEEE Conference on Computer Communications, Honolulu: IEEE, 2018: 1826-1835.

[8] 徐清華, 張愛敏. 閏秒對時間計量的影響[J]. 黑龍江科技信息, 2013(32): 140.

[9] 歐陽曉莉. 兩河流域六十進(jìn)制位值記數(shù)法早期發(fā)展的新證據(jù)及其分析[J]. 自然科學(xué)史研究, 2015, 34(2): 201-221.

[10] 劉民, 彭明, 劉碧野. 空間計量中的時間單位和時間測量[J]. 電子測量與儀器學(xué)報, 2016, 30(8): 1137-1143.

[11] LUZUM B. The IERS and adjustments to coordinated universal time[C]//General Assembly and Scientific Symposium, Beijing: IEEE, 2014.

Re-discussed about leap second in coordinate universal time in 2020

LIU Min1, SUN Yi1, GU Zhao-bing2, GAO Yu-ping3,4, ZHANG Sheng-kang5

(1. Beijing Orient Institute of Measurement and Test, Beijing 100086, China;2. System Engineering Research Institute of Chinese Academy of Military Sciences, Beijing 100141, China;3. School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101048, China;4. National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China;5. Beijing Radio Institute of Metrology and Test, Beijing 100005, China)

The electromagnetic metrology Commission A of the Union of Radio Science International (URSI) is about to draft a resolution about continuing Coordinate Universal Time (UTC) in 2020. During the period of time for taking advice, China Commit of URSI expressed its oppositive opinion. This drew much attention in the URSI, and led to a debate about whether inserting leap second into UTC is necessary or not. This paper revealed here the nature of the problem about UTC’s leap second and time continuity, introduced the views pro and con, and compared the initial and final drafts of the statement by URSI. The oppositive opinion from China created significant impact on the resolution of the international organization and the emending of the international time rule.

leap second; coordinate universal time(UTC); universal time(UT1); international atomic time(TAI); inertial coordinate; non-inertial coordinate

10.13875/j.issn.1674-0637.2021-03-0153-10

劉民, 孫毅, 古兆兵, 等. 2020年再議協(xié)調(diào)世界時UTC閏秒問題[J]. 時間頻率學(xué)報, 2021, 44(3): 153-162.

2021-06-06；

2021-06-21

國家自然科學(xué)基金資助項目（42030105；11973046；91736207）