GRACE估计南极冰川质量变化的泄露影响及其改正

利用2003-01～2013-12期间GRACE数据反演得到地球表面质量变化,使用全球正向建模恢复法改正泄露影响,获得南极冰盖质量变化。比较GRACE直接估计和泄露影响改正后的结果发现,南极冰盖在2003～2013年质量变化信号衰减20.3%,西南极有26.4%的质量消融信号泄露到了周边,东南极的泄露影响更高达70%。改正后的结果表明,南极冰盖绝大部分质量消融发生在西南极和南极半岛,质量积累发生在东南极的Ronne冰架和Amery冰架;西南极冰盖质量变化速度达到-152.47±2.00 Gt/a,基本上等同于南极全岛的质量消融速度,而南极半岛的冰盖融化速度为-27.44±0.75 Gt/a,基本与东南极的冰盖质量积累速度27.27±5.12Gt/a抵消;南极全岛冰川整体质量以-152.64±7.00 Gt/a速度消失,并以-18.85±4.87 Gt/a2的加速度加速融化,导致海平面以0.41 mm/a的速度上升。     

基于GRACE数据估计近年喜马拉雅冰川质量变化

基于CSR发布的GRACE时变重力场模型RL05数据,在频域上计算得到2002~2014年喜马拉雅山冰川质量变化。扣除GIA和水文模型影响后,喜马拉雅地区的冰川质量变化整体上呈现加速消融的趋势,消融速率约为-8.26±4.61 Gt/a,加速度约为-3.54±1.25 Gt/a2。     

基于GRACE的格陵兰冰盖质量变化分析

基于GRACE RL05数据反演2003-01~2012-12格陵兰岛的冰盖质量变化,构建去相关滤波和高斯滤波的组合滤波方式,采用线性及二次多项式拟合分析格陵兰岛冰盖质量变化速度及加速度。结果表明,格陵兰岛冰盖呈现加速融化趋势,冰盖融化主要在南部及西北地区。扣除泄漏误差及冰川均衡调整改正,冰盖质量融化速度及加速度分别为-157.8±11.3 Gt/a,-17.7±4.5 Gt/a2,其融化速度在2010年后明显加快,由2003~2009年的-132.2 Gt/a增加到2010~2012年的-252.5 Gt/a。东北部冰盖趋于稳定。中东部地区冰盖质量变化加速度呈现正增长,显示该地区冰盖融化逐年减缓,但2010年后加速融化。     

基于Tongji-GRACE01模型的南极质量变化分析

利用最新发布的Tongji-GRACE01月时间分辨率的时变重力场模型,采用组合滤波方法（高斯滤波+去相关滤波）滤除条带误差,分析不同GIA模型对南极质量变化的影响,并比较GIA改正后南极质量变化时间序列均方根（RMS）。2003-01～2011-08南极质量变化的速率分别为：-128.2±34.6 Gt/a（Pau-5-AUT模型）、-177.9±40.2 Gt/a（W&W-4-AUT模型）、-92.8±31.2 Gt/a（W12a模型）。     

基于GRACE时变重力场反演南极冰盖质量变化

利用UTCSR发布的GRACE Level-2 RL04版本2003-01—2008-08月的重力场模型估计南极冰盖质量变化。由于GRACE提供的C20项不准确,利用SLR测得的C20项进行替换。对于经度方向上出现的条纹状信号,采用去相关滤波处理。选择去掉其中某一个月的位模型重新反演南极冰盖质量变化,发现相同区域的质量变化率并没有发生很大的变化。联合得到的位模型、滤波技术以及ICE-5G冰后回弹模型观测到的西南极Amundsen地区和南极半岛的冰盖质量消融现象,其等效水高变化分别为-5.28±0.95 cm/a、-1.82±0.77 cm/a;而Ronne冰架以及东部Enderby地区冰盖质量在增加,分别为1.42±0.69 cm/a、1.43±0.72 cm/a。与已有研究结果比较发现：西南极冰盖质量在加速融化,而Ronne冰架以及东部Enderby地区冰盖等效水高变化率没有发生大的变化。     

基于星载激光测高估计南极冰盖高程变化

利用NSIDC公布的ICESat运行期间的19个任务期的观测数据, 采用重复轨迹分析方法估计近年来南极冰盖高程的时空变化。结果表明,南极大陆冰盖整体上呈现消融趋势,基于不同的GIA模型和ICESat激光测高数据的南极大陆冰盖高程变化的趋势约为 -1.17~-1 cm/a。     

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GRACE时变重力场条带误差的加权平均去相关滤波方法

提出一种简单、快速的加权平均去相关滤波方法,以滤除GRACE时变重力场存在的显著的南北条带误差,并可以处理球谐位系数中的两端点系数。基于CSR RL05和Tongji-GRACE01时变重力场模型,采用加权平均去相关滤波求得2003~2011南极区域的质量变化速率为-78.35±41.08 Gt/a和-78.06±40.75Gt/a,与多项式拟合去相关滤波求得的结果-81.91±40.75Gt/a和-79.31±40.46Gt/a极为接近。在亚马逊流域,这两种滤波方法求得的结果也极为接近,从而验证了本文方法的有效性。     

拟合法改正南极泄露误差最佳外扩边界的确定及其应用

以GRACE CSR Mascon为模拟数据，讨论边界外扩及外扩范围内海洋信号对拟合法改正南极泄露误差的影响。实验表明，仅考虑南极信号泄露时，拟合边界至少为南极海岸线外扩300 km；当考虑外扩范围内的海洋信号对南极质量变化及其空间分布的影响时，最佳拟合边界为海岸线外扩100 km。采用最佳外扩边界线利用拟合法估算的CSR RL05时变重力场模型的南极质量变化速率为-178.61 Gt/a，其质量变化空间分布与Mascon模型一致性较好。     

2002～2018年中国七大流域水储量变化及时空分布特征

基于 GRACE 重力卫星反演2002～2018年中国七大流域的水储量变化。研究表明,中国陆地水储量变化存在明显的地域分布特征,辽河、海河、黄河和淮河流域水储量总体上呈递减趋势,年均减少速率分别为-0.54±0.9 mm/a、-5.96±0.6 mm/a、-2.65±0.8 mm/a 和-1.94±1.2 mm/a。在海河流域,地下水严重超采导致水储量明显减少;松花江、长江、珠江流域水储量呈显著增加趋势,年均增长速率分别为4.52±1.1 mm/a、3.84±0.7 mm/a、4.87±1.1 mm/a。流域水储量峰值一般晚于最大降雨量月份,这是因为降雨转换为陆地水储量需要一定时间。     

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冰川均衡调整模型对全球质量变化的影响分析

利用国际上常用的8个冰川均衡调整（GIA）模型分别对利用卫星重力(GRACE)数据解算的2005~2014年全球质量变化趋势进行GIA改正。在对南极地区进行改正时发现,ICE-6G_C、ICE-6G_D和IJ05这3种模型的改正值相近;在对全球海水质量变化趋势进行改正时发现,不同改正模型对全球海水质量变化影响的均值都小于-2.0 mm/a;对比陆地水及冰盖对海水质量变化趋势的贡献,同时联合卫星测高和Argo温盐数据集进一步验证发现,Paulson07、GW13和ICE-6G_D模型对全球海水质量改正效果较好。综合整个陆地和海洋的分析结果来看,ICE-6G_D模型更适用于全球质量变化趋势的调整。     

基于Bedmap2与冰雷达数据的南极局部冰盖三维建模

利用Bedmap2数据与中国第29次南极科学考察期间获取的冰雷达数据,在中山站至Dome A断面的Gamburtsev山脉地区首次构建11.3 km×11.5 km南极局部冰盖三维模型。着重介绍三维模型建立过程中的数据处理,其中冰雷达数据采集首次采用中国自主研发的冰雷达系统。详细阐述了冰雷达数据的处理流程,包括数据预处理、常规图像修正技术以及冰下地形获取,得到冰下基岩埋深和冰盖内部等时层埋深,插值得到100 m分辨率的冰下基岩DEM（海拔1 729 m~2 718 m）和等时层DEM（海拔2 601 m~2 950 m）,利用南极Bedmap2冰表面栅格影像得到100 m分辨率的冰盖表面DEM（海拔3 679 m~3 745 m）。结合冰盖内外部数据处理结果,构建包含冰盖表面、冰盖内部等时层和冰下基岩地形特征的三维模型,并对模型进行检验,对冰盖内外部地形特征进行初步分析。     

CryoSat DEM与多种南极DEM的对比分析

南极洲被巨厚冰雪覆盖,地质构造以南极横断山脉为界,总体分为东南极地盾和西南极活动带。数字高程模型（DEM）是研究南极冰盖变化的基础数据之一。通过多期次数字高程模型相比较获得高程的变化信息,是分析南极冰盖厚度变化和物质平衡的重要手段。然而不同类型DEM之间存的平面误差和垂直误差影响分析结果的精度。首先利用配准消除DEM间的水平误差,然后计算并按坡度提取CryoSat DEM与其他DEM的平均高程差和标准差,最后分析高程差的时空变化特征。通过分析发现,DEM之间存在不同的平面误差。其中TanDEM_X DEM与CryoSat DEM的高程平面偏差最小,而ICESat DEM与CryoSat DEM的高程平面偏差最大。在垂直方向上,0°~1°的坡度范围内,CryoSat DEM与TanDEM_X DEM的平均高程差在3.5~5.5 m之间,标准差小于18.0 m;CryoSat DEM和Bamber 1km DEM的平均高程差在-2.5~+1.0 m之间,标准差小于24.2 m;CryoSat DEM与ICESat DEM的平均高程差在-25.0~-1.0 m之间,标准差小于47.2 m;CryoSat DEM与RAMPv2 DEM的平均高程差在1.3~3.2 m之间,标准差小于45.6 m。通过研究发现南极冰盖内部高程增加,但西南极冰盖和东南极冰盖高程均在降低,且西南极降低明显,同时南极边缘地区高程降低明显。本研究为全球变化研究和南极物质平衡研究提供了重要参考。