球谐分析方法对GRACE大气去混频模型计算的影响

基于球谐分析的解析积分公式,导出5种适合于大气去混频模型计算的球谐分析公式。采用无误差和加入误差的模拟大气压数据,通过“闭环”过程分析了5种球谐分析方法的正确性和有效性。基于ERA-Interim表面大气压数据,采用5种球谐分析方法计算了5组大气去混频模型。通过星间距离变率残差和累计大地水准面误差比较可知,不同球谐分析方法可导致星间距离变率残差的差距最大达0.6 nm/s。第一类Neumann方法精度最高,证明5种球谐分析方法对现有GRACE卫星重力恢复的影响可忽略;但对于未来采用激光测距的卫星重力任务,建议大气去混频模型计算采用第一类Neumann方法。     

联合GRACE卫星轨道及距离变率数据反演地球重力场方法研究

基于动力学法,研究联合GRACE卫星精密轨道及距离变率数据反演地球重力场的方法,该方法可对重力位系数及卫星初始状态误差同时进行有效校正。通过对各观测值模拟不同的随机误差,研究了不同精度观测值联合反演所能达到的精度,以及用相同精度的观测值进行联合反演时不同采样率对反演结果的影响,模拟计算结果表明：联合反演模式下,当距离变率精度为1 μm/s,卫星位置精度为2~3 cm,速度精度为0.1~0.5 mm/s时,加速度计精度为(1.0×10 ^-10~1.0×10^-9 m/s ²比较适合;将距离变率精度由1 um/s提高到0.1 um/s时,反演精度可获得相应提高;在观测值精度一定的情况下,联合反演算法宜采用5 s采样率。     

基于移去-恢复法的区域大气负荷影响精化——以滇西地区为例

传统的大气负荷改正根据全球大气压模型计算获取,但全球大气压模型中、长波信号占优,缺乏突显区域特征信息的短波信号,而在研究高精度的区域大气负荷影响时,空间信息中的短波信号不可忽视。为此,根据地球重力场理论,引入移去-恢复思想,结合ECMWF提供的全球大气压变化数据和区域高分辨率大气压变化数据（CLDAS-V2.0）,基于负荷球谐系数和区域负荷格林函数方法得到大气压变化对滇西地区的负荷影响。结果表明,得到的大气负荷形变场在空间和时间分变率上均有一定提高。利用移去-恢复法计算区域大气压负荷影响,可为固体地球形变和CORS站时序分析提供参考。     

尼泊尔M8.1地震震前卫星重力场时变特征

利用多年GRACE卫星重力变化资料,给出尼泊尔及周缘地区的重力场时空变化,以探索2015-04-25尼泊尔M8.1地震震前重力变化特征;并基于球形位错理论,利用断层模型数据模拟同震重力场变化。研究表明,区域重力场变化以2008年为界存在明显的分时段特征,2003~2008年以重力增加为主,而2009~2014年以重力减少为主;且存在明显的分区性,区域重力场在尼泊尔地震震中四周呈正负相间分布;震前局部重力场变化在压缩区重力增加,拉张区重力减少,与理论同震重力变化结果一致。总结研究区域近年来M7.0以上地震震前重力变化特征发现,地震基本发生在重力变化高梯度带的过渡带及重力变化零值线附近。     

融合多源数据的局部重力场建模中线性化误差的研究

引入高阶重力场模型作为参考场,削弱局部重力场逼近中线性化误差的影响。以实测的陆地重力异常、船载重力异常及航空重力扰动为基础数据,基于泊松小波径向基函数分析不同参考场对局部重力场逼近的影响。结果表明,引入高阶全球重力场模型代替GRS80参考椭球正常场作为参考场,能更为准确地逼近真实的重力场,有效削弱线性化误差的影响。相比于基于GRS80正常场构建的似大地水准面模型,基于DGM1S重力场模型为参考场构建的似大地水准面的精度,在地形起伏较大的德国、英国及挪威区域分别提高了1.5 mm、3.3 mm和9.0 mm。     

星间距离影响GRACE地球重力场精度研究

利用改进的能量守恒法,基于不同星间距离反演了120阶GRACE地球重力场.模拟结果表明:第一,基于相同的GRACE核心载荷精度指标反演长波(L≤20阶)地球重力场时,随着星间距离逐渐增大(110～330 km),累计大地水准面的精度依次提高.在20阶处,基于110 km星间距离反演精度为0.052 cm,基于220 k...     

移去-恢复法校准重力异常场及其应用

对经典移去-恢复法进行改进，利用EGM2008地球重力场模型、地表重力/GPS联合观测数据和ASTER数字地形模型，提出考虑地形梯度特征的区域重力场校准算法，同时针对我国动态重力区域网布设情况，对重力场的校准区域范围进行更为合理的设定。通过与经典移去-恢复法在川西地区实际应用的比较发现，改进模型能够将川西地区重力场模型数据的标准差从65.09 mGal降至61.24 mGal，在结合地形梯度影响后，能够将标准差进一步降至59.31 mGal。采用国际重力局最新发布的283个重力数据对喜马拉雅东构造结及邻区的重力场进行校准，结果表明，布格重力异常和地形数据有很强的正相关，该区中东部存在明显的均衡重力异常低值区。     

关中地区重力场动态演化特征与地震活动分析

系统分析了陕西关中测区1983～2003年的流动重力观测资料,研究了重力场的时空动态演化特征,结 果表明:①地震孕育阶段,伴随异常点段增多,重力场在一定范围内出现区域性的重力负异常,地震往往发生在异 常区的边缘或重力异常梯度带上,震后逐渐回升;②重力场变化图像较好地反映了在区域应力场和震源应力场作 用下断层活动引起的重力效应;③关中重力场的转折变化受制于大区域应力场的影响和作用。     

由GOCE高低卫卫跟踪数据反演地球重力场的模拟研究

根据调和分析法、最小二乘法,建立利用扰动位数据解算地球重力场的实用数学模型。结果表明,采用不同数据量和不同采样率的观测数据对重力场模型解算结果有一定影响,不同分辨率的观测数据恢复重力场模型的精度差异较大,调和分析法精度优于最小二乘法。     

2020年伽师MS6.4地震前后重力变化

基于2016年以来南疆相对重力和绝对重力观测资料,系统分析南疆区域重力场动态变化及其与2020-01-19伽师M_S6.4地震的关系。结果表明：1)区域重力场变化与区域构造关系密切,沿柯坪断裂形成多个局部重力异常区及重力变化高梯度带,反映出2016～2020年该断裂活动引起显著的地表重力场变化;2)与伽师地震孕育有关的重力场经历了“重力正异常区-四象限特征及沿柯坪断裂的重力高梯度带-反向变化发震”的演化过程;3)重力场累积变化和差分变化图像均反映出伽师地震前出现显著的重力异常变化,地震发生在重力变化梯度带、四象限中心和零等值线拐弯附近;4)重力场动态演化较好地反映出伽师M_S6.4地震孕育发生过程中出现的中期前兆现象,基于流动重力异常变化在伽师M_S6.4地震前进行一定程度的中期预测,尤其是强震地点判定。     

顾及垂直形变速率影响的茅山地区重力场变化

利用CORS获得的垂直形变速率，对CG-5测得的重力变化进行布格梯度改正，绘制茅山断裂带周边真实的区域重力场，并分析其变化。选取茅山断裂带附近18个相对重力点进行同步GPS-RTK测量，将测量数据进行对比分析，并将GPS所测高程变化量作为重力值归算依据；以2014年重力值为基准，将2016～2017年3期重力测量值进行梯度变化修正，绘制重力场异常等值线图，并对茅山断裂带重力场异常变化进行研究。结果表明，将未进行高程修正前的重力场差分图与修正后的进行对比，其形态发生较大变化，高梯度区域和零值线方向均发生改变。该研究成果对依据差分变化趋势判定年度异常区具有重要意义。     

基于重力测点和段差变化的前郭5.8级震群研究与三维反演

利用东北地区近几年流动重力观测数据，分析前郭5.8级震群周边重力点值的时序变化特征，并基于重力段差变化对东北地区整体和局部重力变化引入能够反映异常显著性程度的指标量G和C值，最后对前郭5.8级震群前的重力场动态变化作三维密度反演。结果表明：1）前郭5.8级震群发震构造两侧的局部重力变化具有较明显的差异性，其变化趋势可作为识别构造活化或解耦运动的标志；2）显著性指标量G和C值能够为地震重力前兆的定量描述提供新思路；3）震前重力变化的反演结果显示地震发生在质量运移的过渡区域，垂向反演结果对本次地震的震源深度有一定的揭示意义。     

华北地区重力场变化与构造运动的关系

根据重力场和形变场观测结果及其年变化率,结合均衡异常（经典和现代的补偿模型）和地质构造及其演化历史,探索了该区的重力场和构造运动特征。研究结果表明：华北地区处于再活动阶段;岩石圈弹性厚度薄,以致地壳破裂严重;有一大的正均衡异常区（北京以南）,说明此处质量运移多,也正是地震发生多的地带。     

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重力异常场云计算软件系统

针对重力异常场计算中存在的处理流程繁琐、参数和坐标系统不统一等问题，开发一种跨平台的重力异常场云计算软件系统OnGra。该软件按照区域重力调查规范和大比例尺重力勘查规范，设计、重构、集成现有重力异常场处理算法和自适应提取计算区域数字地形模型算法，可依据野外重力/GNSS观测，批量、自动计算自由空气异常、布格重力异常和均衡重力异常，也可依据卫星重力场模型，提取和计算特定区域的重力异常场。     

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西天山地区重力场变化与地震研究

基于2013~2015年西天山地区流动重力观测资料,结合区域地震目录,分析研究区域重力场时空变化与地震的关系。结果表明：1）重力场变化反映出西天山地区是构造运动活跃的地区,重力场变化的“增强-减弱-增强”过程与区域地震活动趋势的“活跃-平静-活跃”相对应,西天山区域重力场变化与塔里木板块北漂旋转相关。2）西天山地区震中多出现在重力变化接近为零的断层附近,震中附近重力变化较为剧烈,震中区水平梯度方向接近该区域断层走向。3）西天山区域地震前,跨断层测段剖面出现转折图像。     

深部场源变化微重力观测系统设计与模型研究

基于陆地μGal级精度的重力重复测量可以获取高精度区域重力场时变信号，实现对地壳内部介质物性变化的监测能力。提出一种基于现有地震重力监测网络，通过优化场地观测条件，联合应用高精度绝对重力、相对重力，联合水准、GNSS系统和水文等观测手段，设计一种新型的场地重力阵列式观测系统，有助于分离不同深部场源引起的微重力变化信号。该观测系统除可以提高地壳深部场源信号的信噪比外，还可以通过调整阵列间距来监控敏感区场源变化，有助于探测地壳深部地震孕育和发生阶段的场源介质物理变化过程。