中国科学院上海天文台合作交流据2016年3月天文台官网显示，中国科学院上海天文台同美国、德国、英国、荷兰、意大利、法国、日本、俄罗斯、加拿大、比利时、阿根廷、乌克兰等国的研究机构签有合作协议，在天文地球动力学和星系宇宙学研究领域开展多形式的密切合作
在上海天文台工作的海外学者中，有4位荣获“中科院海外杰出学者基金”或“国家海外青年学者合作研究基金”资助
“亚太地区空间地球动力学研究计划”（APSG）是由该台叶叔华院士发起组织的国际合作项目，其目的在于联合亚太地区科研力量，综合天文、地质、空间大地测量和地球物理等各学科优势，共同研究该地区的板块运动、地壳形变和海平面变化及其动力学机制，努力对该地区面临的重大灾害事件，特别是地震、火山和海侵事件的预测作出贡献
该项目被列为中科院2007年度国际合作重点项目
2007年11月，中国科学院上海天文台与德国马普天体物理研究所签订了《建立马普天体物理伙伴小组——宇宙学伙伴小组的合同书》，其研究课题包括宇宙大尺度结构、星系形成与演化、引力透镜、星系相互作用等领域的大型计算机数据模拟和理论模型研究，同时为国家大科学工程LAMOST计划在科学上提供强有力的支持
2007年度，中国科学院上海天文台与乌克兰尼古拉耶夫天文台签订中乌科技合作项目——《旋转漂移扫描CCD照相机系统的联合研制》
中国科学院上海天文台VLBI台站参加欧洲VLBI联合研究所（JIVE）负责的“VLBI跟踪惠更斯探测器”项目，上海25米射电望远镜对惠更斯整个降落过程进行了成功的观测
佘山25米射电望远镜还承担了中欧合作地球空间双星计划的数据接收任务
此外，还共同参加国际VLBI网的天文观测研究
中国科学院上海天文台VLBI站是欧洲VLBI网（EVN）、国际测地/天体测量学VLBI服务（IVS）和东亚VLBI网的正式成员，与EVN和IVS合作进行国际联测
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