地球自转是深空导航、卫星精密定轨、时间尺度以及不同时空参考系连接的基本问题。地球自转运动指的是地球参考轴（极）相对于地球本体的运动,表现为极移和自转速率变化;以及相对于惯性空间的运动,表现为岁差章动。地球自转变化的力学机制主要包括:外界天体的引力、地球内部的物质迁移、地球表面的各种质量负荷变化等。缔合Legendre多项式和矢量球面函数分别是研究地球引力位和地壳形变的基本数学工具。本文首先对其进行了理论研究,接着简要介绍了地球引力位和潮汐的若干基本概念,然后在进一步完善地球自转动力学和运动学理论的基础上,详细研究了地球自转运动的潮汐与非潮汐变化。论文的主要工作如下:缔合Legendre多项式递推公式的改进。对目前常用的递推算法进行研究,指出了Belikov（1991）递推算法系数存在的问题,并进行了改正;首次提出一种超跨阶次的缔合Legendre多项式递推算法,通过实际计算和比较,证实了其具有更广的适用范围及更好的精度和效率。完善了关于复数球矢量函数的描述,给出了位移场、应变张量场的复矢量球函数表达,以及潮汐形变位移和地球形状轴的定义。空间测地技术中的潮汐效应研究。在引潮力位展开研究过程中,指出了前人研究结果中存在的一些问题,给出了6阶引潮力位Laplace展开式,并据此导出了6阶岁差章动力矩表达式;重新计算了Love数频率特性对地球引力位系数和测站位移的影响,指出在高精度空间大地测量中需要考虑极移、地球自转速率变化对重力观测值和垂线偏差的影响。液核地球自转动力学理论研究。推导了任意天球参考轴的极移和岁差章动与地球自转轴的极移和岁差章动之间的理论转换关系,并对其正确性和便捷性进行了数学证明。详细推导了顾及三轴性的液核地球自转动力学方程,对其激发函数进行了深入研究与修正,给出了便于计算和应用的激发函数表达式。地球自转潮汐变化研究。地球自转变化的显著特征是太阳、月球引潮力所引起的潮汐变化。本文在以上理论研究的基础上,详细讨论了尺度因子的取值,结合最新的精密引潮力位展开,给出了顾及大气效应和地幔滞弹性的地球自转潮汐变化序列,并与IERS（2010）及前人相关研究进行了对比。地球自转非潮汐变化研究。研究了地球自转变化中的非潮汐影响,计算结果显示在地球自转速率的长期变化中,有约23.8%的绝对量来自于非潮汐效应的影响。对陆地水储量之于地球自转变化的激发影响进行了计算,结果显示陆地水储量对周年极移的顺向激发振幅约为16.85mas,对周年日长变化的激发约为44μs。表明将大气激发与陆地水储量激发相结合能很好地解释与天文观测激发之间的差异,同时也发现还有未知激发源存在,其量级约为10mas。随后对其它非潮汐因素及其对地球自转变化的影响机制进行了探讨,表明太阳活动和冰期后地壳回弹也是重要的非潮汐因素,同时也还有其它非潮汐影响需进一步探寻。图17幅,表13个,参考文献186篇。