基于GPS垂向位移测定云南地区陆地水储量及其对累积降雨的响应机制

本文基于中国大陆构造环境监测网（陆态网）GPS台站垂向形变数据,通过主成分分析计算云南省6大流域陆地水负荷形变,并与降雨数据进行相关性分析和交叉小波分析。结果表明,云南省各流域陆地水储量变化相对于降雨在半年和年周期上分别存在1.5~2.25和3~6个月的滞后,不同周期滞后的叠加使陆地水储量与累积降雨量之间存在显著的负相关性,6大流域的降雨累积天数各不相同,均在47~109 d之间。本文由此提出一种云南地区陆地水储量对累积降雨的响应机制。     

基于台州及周边地区CORS站网地表形变时空特征分析

基于台州地区15个连续运行参考站（CORS）2017-2019年的时间序列,对其进行线性拟合,构造三维速度场,并利用功率谱分析及小波变换分析其CORS站周期特征．发现台州地区CORS中基准站水平方向具有平均站速度33.58mm／a,运动方向为东南的水平运动现象,高程方向最大抬升速率3 mm/a,最大沉降速率1 mm/a;从周期上看,CORS站垂直方向相较于水平方向明显很多,具有明显的年周期、半年周期以及季节周期．      

利用交叉小波技术分析三峡水库蓄排水过程对库区降雨量的影响

三峡大坝蓄水过程对邻近区域气候的影响一直是国内外学术界广泛关注的热点问题。三峡大坝从2003年投入使用至今，水位从66 m上升至175 m，经历了3个蓄水阶段，为观测水库水位与库区降雨量相关性提供了极佳的窗口期。为了精准分辨两者在多周期多尺度的相互影响，基于三峡库区的4个国家气象观测站的历史逐日降雨数据和三峡蓄排水过程水位变化数据，进行交叉小波分析，提取能量谱、凝聚谱和相位谱，展现两类数据时频域多尺度的相关细节。结果表明，三峡大坝蓄排水过程对库区降雨有影响，第一期蓄水期最明显，表现为库区降雨年周期性相对减弱，高频模式增强；历史数据表明库区降雨主要表现为1.0 a主周期和2.0 a、4.0 a等多个次长周期；三期蓄水之后，库区降雨量的1.0 a主周期没有改变，而多个次长周期特征变化明显。交叉小波相位谱揭示水库蓄排水过程对库区降雨的人工调节和自然调节影响，前者表现为水位变化与降雨1.0 a主周期的完全反相，明显不同于蓄水之前的同相特征；后者表现为高频分量（1/128~1/32 a）的反相特征，其规模效应随大坝建成而增强。值得关注的现象是巴东站与荆州站的降雨存在3.5 a次长周期的反相特征，可能是大坝蓄水后改变了水循环的范围。     

地表流体变化对我国地壳垂直形变的影响

研究了大气、海洋、土壤水与积雪质量变化对我国25个GPS基准站地壳垂直形变的影响。谱分析结果表明，垂直形变周期为12个月，半周期为6个月，基准站高程主要表现为季节性变化，最大可达20mm。通造对负荷效应与GPS监测结果的相关分析和显著性检验可知，96％的基准站相关系数在99％的置信度水平上，也说明两者有较强的线性相关关系。     

我国GPS基准站地壳垂直形变的大气负荷效应

利用球谐展开方法对中国地壳运动监测网络工程6个GPS基准站的大气负荷效应作了计算，结果表明，大气负荷引起的地壳垂直形变最大可达20-30mm，且主要表现为季节性变化。通过对6个基准站的大气负荷效应和GPS观测到的垂直形变时间序列的分析对比，得出大气是地壳垂直形变季节变化的主要因素。     

热膨胀效应对GNSS基准站垂向位移非线性变化的影响

天线观测墩及基岩的热膨胀效应会造成GNSS基准站坐标时间序列高程方向的非线性变化。本文提出了一种计算热膨胀效应导致的基准站垂向位移的改进方法:首先利用基岩热膨胀模型和基准站地表温度数据,分别计算热膨胀效应对基准站天线观测墩和基岩的影响量;其次,利用最小二乘拟合方法,同时估计模型中周期项的周期、振幅、相位等信息,而已有方法仅估计振幅与相位信息;最后,基于改进的模型,分析了基准站垂向位移的周期性特征变化。本文利用该方法分析了有代表性的9个IGS基准站的数据。结果表明:基岩热膨胀和天线观测墩热效应能造成测站垂直方向位移变化;在分析的基准站中,最大影响分别可达0.57mm和1.85mm;热膨胀效应造成的GNSS基准站垂直方向位移时间序列具有周年和半周年周期特性,分别可以解释测站U方向坐标时间序列季节性变化的11.2%和3.3%,影响大小随测站纬度的增加而增加,且半周年影响明显小于周年影响;同时,部分测站发现了其他小周期的影响(约51d)。此外,基于该方法,选取了全球107个IGS站,计算了热膨胀造成的各测站垂向位移周年振幅及其相位,结果显示周年振幅最大可达3.3mm,其大小和测站纬度具有比较明显的相关性。     

卫星测高推求的中国近海与全球海平面变化的趋势及小波相关分析

基于多种卫星测高资料融合海面高数据对黄海、东海、南海和全球海平面异常在1993年至2005年期间的变化趋势进行分析,结果表明:黄海、东海、南海线性趋势分别为5.05mm/a,4.8mm/a,4.27mm/a,均大于全球平均趋势项2.66mm/a,各海域的周期振幅和相位变化也存在较大差异。近海各海域与全球的海平面异常的小波交叉谱和相关谱分析表明,近海各海域与全球海平面异常变化在年际周期上具有较高的谱能,但相位差异较大,短周期相关性不明显。     

太阳黑子与全球地表温度变化周期性及相关性分析

本文采用SIDC提供的1750~2016年逐月和1700~2016年逐年的太阳黑子观测资料,利用小波分析研究太阳黑子数变化的周期性。结果表明,太阳黑子数变化存在11和116 a的显著周期以及22和55 a的局部显著周期。最小二乘拟合分析表明太阳黑子周期的振幅与小波功率谱呈正比关系,11 a振幅最大。同时在1700~2016年间,太阳黑子以每年0.08个单位的速度增长。此外,全球地表温度变化存在22和64a的显著周期。1880~2016年太阳黑子数与全球地表温度的小波相干性分析结果表明,太阳黑子数变化对全球地表温度变化的作用主要体现在22 a周期上;太阳黑子数变化超前全球地表温度变化约3.6 a。     

基于 EEMD 和 Husrt 指数的 GNSS 基准站的垂向速率估计

连续的全球卫星导航系统(GNSS)基准站的坐标时间序列中包含了复杂的噪声信号、非构造形变及其它因素的影响,尤其在垂直方向,对GNSS基准站在国际地球参考框架(ITRF)下的运动速率估计产生了较大的干扰。为进一步提高速率精度,文中采用整体模态分解(EEMD)方法对GNSS基准站的垂向观测时间序列进行分解,并根据各种信号的Hurst值进行分类及重构为噪声信号、季节性信号和长期趋势信号,采用最小二乘方法拟合长期趋势信号得到垂向速率。通过对中国大陆构造环境监测网络(CMONOC)的GNSS台站从2001—2013年近13a的垂向坐标时间序列的实例分析,采用基于EEMD和Husrt指数的最小二乘法能够准确地估计GNSS基准站的垂向速率。     

利用GNSS数据分析大港验潮站地壳沉降

青岛大港验潮站的地壳沉降关系到该站平均海平面的绝对变化,因而也就关系到我国高程基准面的变化。本文利用青岛GNSS基准站约10年的观测数据对该站的地壳沉降变化进行分析。首先将青岛GNSS基准站纳入由50个国际IGS站和43个国内陆态网络基准站组成的全球网中,进行单日松弛解和单日约束解解算,获得该站坐标时间序列。然后对该站垂向坐标时间序列进行分析,利用粗差探测、偏差探测、趋势项分析、频谱分析等方法对粗差、偏差、趋势项和周期项进行探测、分析,并通过时间序列模型估计获得时间序列中的周期项振幅和偏差估值。分析表明青岛GNSS基准站垂直方向近一段时间未发现存在显著性的地壳沉降变化,但受到比较明显的周年和半周年周期变化影响。结合青岛大港验潮站验潮数据分析结果得出结论:青岛大港验潮站平均海平面的绝对上升速率是1.62mm/a。     

利用GPS基准站数据浅析我国地壳垂直运动

应用国内GPS基准站1999-2005年共？年的垂直位移时间序列数据，浅析我国的地壳垂直运动。粗略地分析GPS基准站的垂向位移分量时间序列，表明地壳垂直运动受到多种因素的影响。     

上海VLBI站相对于欧亚板块运动的测定与讨论

利用 1 988～ 1 996年共 8年的上海天文台 VLBI站与国际 VLBI站基线长度变化的精确测定结果 ,重新估计了上海 VL BI站的形变速率 ,证实了基于不同地球参考架系统对估计的上海站的运动有明显差异 ;基于最新的 ITRF96地球参考架和 Sillard等 (1 998)欧亚板块的欧拉矢量 ,估计得到上海站的地壳垂直形变速率为 -1 .95± 1 .0 2 mm/a呈下降趋势 ,水平形变速率为 1 3.5 5± 1 .2 0 mm/a,方位 77.5°± 4.5°;估计得到乌鲁木齐 VL BI站的地壳垂直形变速率为 -6 .0 8± 2 .77mm/a呈下降趋势 ,水平形变速率为 2 1 .87± 2 .5 2 mm/a,方位 45 .5°±6 .6°;进一步分别基于 NNR-NUVEL -1 A地球板块运动模型和 Zhang等 (1 999)的欧亚板块的欧拉矢量 ,得到与上述较一致的结果     

1990—2015年极移和日长周期性变化的小波分析

采用由国际地球自转及参考服务组织(IERS)提供的1990—2015年的EOP 08C04序列,分别利用小波变换和最小二乘法对极移(PM)和日长(LOD)的周期性变化进行了研究。小波分析结果表明,PM和LOD都存在明显的季节性和年际变化,但是,无法区分周年变化和钱德勒变化,可能是因为两者的频率太接近。在最小二乘意义上,对PM和LOD的趋势变化和周期变化进行了解算,结果发现LOD具有明显的半年和周年变化,同时探测了PM的半年和周年变化。1990—2015年间,LOD的趋势变化率为(-0.066 7±0.001 6)ms/a,PM在X和Y方向的趋势变化率分别为(2.898 0±0.131 0)mas/a和(0.957 0±0.152 0)mas/a,说明北极点相对地壳向18.3°E的方向移动。此外,对PM的X分量、PM的Y分量以及LOD两两之间进行了交叉小波变换,对三者之间的相关性进行了分析。     

时变重力测量确定青藏高原地壳隆升与增厚速率

联合绝对重力和重力反演与气候实验卫星（gravity recovery and climate experiment,GRACE）重力多年观测数据,获得了青藏高原多个基准站区域的地壳垂直形变速率。研究结果表明,绝对重力呈明显的负变化,绝对重力和卫星重力的时变系统差也呈较一致的负值,鼎新（DXIN）、德令哈（DLHA）、西宁（XNIN）、拉萨（LHAS）和仲巴（XZZB）5个基准站的区域地壳垂直形变呈明显的隆升状态,即拉萨块体、祁连块体和阿拉善块体处于地壳隆升状态,隆升速率分别约为2.01±0.15 mm/a、1.88±0.19mm/a、1.91±0.10 mm/a。在印度板块和欧亚板块的双向挤压下,青藏高原的地壳在不断的隆升与增厚,平均隆升速率约为1.94±0.17 mm/a,平均增厚速率约为2.35±3.30 mm/a。     

1700—2012年太阳黑子周期性变化的小波分析

为了研究太阳黑子的周期性变化规律,采用SIDC提供的1700—2012年逐年与1987—2012年逐日的太阳黑子数据,利用小波功率谱分别从长周期和短周期两个方面研究太阳黑子的周期,分析结果表明,太阳黑子存在3个显著性周期:0.075 a(27 d)、11.04 a和111.6 a,除此之外,还有55 a的局部显著周期。对太阳黑子数与太阳F10.7射电流量进行交叉小波变换,分析结果发现两者在10.1~12.3 a的尺度上有着显著的共振性。利用最小二乘谱分析方法得到太阳黑子时间序列各个周期的振幅和趋势信息,结果显示各个周期的振幅与其小波功率谱成正比关系,11.04 a的振幅最大,0.075 a最小,同时在1700—2012年间,太阳黑子呈现逐年递增的趋势,每年约增长0.08个单位。     

单频静态GPS在滑坡监测中的高程精度分析

GPS给测绘工作带来了极大的便利,其平面测量精度已达到亚mm级。但由于受电离层、多路径效应、几何精度因子和天线高量取等因素影响,GPS测得的高程数据很少被精密测量工作者采用。在三峡库区树坪滑坡合理布设形变监测网的基础上,经长期监测得出大量水准和GPS实测数据;以水准测量数据为基准,分析单频静态GPS测量高程在滑坡垂向形变监测中的应用精度。结果表明,单频静态GPS的垂向形变监测精度为±2 cm;依照滑坡监测规范,形变监测精度应大于其测量周期内形变量的1/5,因而可以得出单频静态GPS适用于监测周期内垂向形变在10 cm以上的滑坡的结论。对于树坪滑坡,第2期到第3期的垂向形变达到30 cm,GPS测量可以很好地提供监测数据,但不适用于其他处于缓变状态监测周期的滑坡。     

陕西省GPS基准站垂直形变的陆地水负荷效应

基于GPS、GRACE以及GLDAS 3种数据从均方根、相关性、周年振幅和相位4个方面对陕西省22个GPS基准站的垂直负荷形变进行定量分析和研究,结果表明:陕西省GPS垂向形变时间序列中,陆地水负荷形变并不明显,其中GRACE的贡献值为11.7%,GLDAS的贡献值为11.0%;GPS与GRACE以及GPS与GLDAS的相关系数大于等于0.5的站点比例分别是63%和77%;对于振幅而言,GPS的振幅最大,GRACE的振幅其次,GLDAS的振幅最小。文中研究陕西省陆地水负荷形变的量值和特征,为获取更高精度的构造形变提供依据。     

基于CORS基准站的地质灾害监测技术研究

采用高精度的数据处理软件对CORS基准站不间断、实时的观测数据进行处理与分析，结合大气、地表水及海平面变化等观测资料，研究地面水平和垂直形变、地面重力的变化.通过挖掘CORS基准站网监测地质灾害灾变过程的潜力，提升地质灾害监测预警能力，推进地质灾害预警向定量化、实用化方向发展，为浙江省重大工程建设和形变安全运营等提供支持.      

滇东南地区垂直负荷形变特征研究

针对传统的全球水文同化模型计算陆地垂直负荷形变的不确定度问题,该文采用GPS、GRACE以及GLDAS3种数据对滇东南13个GPS连续站的垂直负荷形变进行了综合的分析。结果表明:GPS垂向形变时间序列中,陆地水负荷形变显著,高值达12 mm,其中GRACE的贡献值为32.1%,GLDAS的贡献值为26.9%;对于初相位而言,GPS、GRACE、GLDAS三者符合得很好;对于振幅而言,GPS与GRACE的振幅较为接近,GLDAS的振幅最小;通过主成分分析方法所获取的GPS共模误差与GRACE的相关性高达0.90。虽然GRACE的空间分辨率较低,但GRACE为连续监测地表垂直负荷形变提供了一种有效和可靠的手段。     

三峡库水位变化过程中的地壳垂直形变与重力变化监测

监测三峡库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化,对三峡水库的安全运行和区域地质灾害监测防治等具有重要意义。本文从直接计算、实际测量和综合解算3个方面研究了三峡库水位变化过程中地壳垂直形变和重力变化。基于资源三号卫星影像提取的水体数据,结合水位数据,直接计算了三峡水库蓄放水从145~175m每隔5m的影响,地壳垂直形变最大可达30mm,对重力影响超过20μGal(1Gal=10~(-2) m/s~2)的范围距离长江中心线约2km内。库区较近的巴东CORS站(ES13)能够实际测量到库水位变化过程中的地壳垂直形变。由于目前三峡库区的CORS站和重力台站数量较少,分布不均,还不能满足紧密跟踪三峡库水位变化过程中的监测需求。利用三峡地区26座CORS站和部分重力台站数据,基于负荷形变理论和球谐分析方法,综合解算了库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化,与实际CORS监测结果一致。通过对比分析发现,基于CORS站网的综合解算,能够有效提升对库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化的监测能力。