北极新奥尔松地区海平面变化和陆地垂直运动分析

近百年来,全球正经历着以变暖为显著特征的变化,海水增温膨胀、陆地冰川和极地冰盖融化等因素导致全球海平面持续上升。北极新奥尔松地区现保存有典型的极地原始生态系统,客观准确地分析该地区的海平面变化,可以更好地为该地区自然生态环境监测和保护以及气候变化研究等提供基础。联合利用卫星高度计、验潮站和全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)观测资料分析新奥尔松地区的海平面变化的线性趋势和季节性规律,通过同时段资料(1993-2018年)的分析显示,该地区地壳呈上升趋势,上升速率为(8.09±0.19)mm/a;验潮站相对海平面呈下降趋势,下降速率为(-7.31±0.36)mm/a;利用地壳运动修正后的绝对海平面上升速率为(0.78±0.41)mm/a,低于全球同期水平,与卫星高度计观测的绝对海平面变化结果具有很好的一致性,二者相差(0.23±0.46)mm/a。在进行区域海平面变化分析时,可利用GNSS修正验潮站相对海平面获得该区域的绝对海平面变化。利用修正后的海平面资料分析结果显示,新奥尔松地区海平面变化具有明显的季节性规律,每年10月-11月为季节高海平面期,3月-4月为季节低海平面期。通过海表面温度与海平面的相关性分析认为,随着海表面温度变化,海平面也发生相应的变化。     

利用卫星测高与验潮站数据监测越南近海海平面变化

利用卫星测高和验潮站资料计算分析了越南近海海平面变化。结果表明,两种数据得到的海平面变化过程具有很好的同步性,其中,由测高数据计算得到的1993-2015年越南近海整体上升速率为3.18 mm/a,沿岸验潮站海平面上升速率为4.1 mm/a。在整个验潮站观测时段,越南沿海海平面呈上升趋势,平均上升速率为3.02 mm/a。越南近海海平面表现为较强的季节性特征,在红河和湄公河三角洲沿岸地区,极易受到风暴潮和洪水等季节性气候的影响。     

相对海平面变化时段选择效应分析

验潮站观测的海面高度数据是监测海平面变化以及确定平均海面的重要基础观测信息,利用滑动时段法和时段累积法对验潮站不同观测时段相对海平面变化速率的差异进行了分析,讨论了时段选择效应对计算相对海平面变化的影响,并利用美国东海岸验潮站观测数据对分析结果进行了补充实验。实验结果表明,不同观测时段相对海平面变化速率差异最大可达27.5 mm/a,相邻年份逐年滑动结果的最大互差可达7.1 mm/a;随着观测时段年数的累积,相对海平面变化速率增加,为了获得0.5 mm/a中误差精度的相对海平面变化速率,验潮站需要的观测年数为22~28 a;而要获得0.2 mm/a中误差精度的相对海平面变化速率,则需要40~54 a的观测年数,这与使用美国验潮站观测数据的补充实验结论一致。     

利用多代卫星测高资料监测1993～2011年全球海平面变化

联合多代测高卫星T/P、Jason-1/2海面高数据和验潮站数据,确定了各卫星高度计的长期低频漂移,建立了统一的卫星测高海面高观测值,研究了1993～2011年间全球平均海平面的变化。结果表明,近18a全球平均海平面以3.12±0.4mm·a-1的速率上升,其中,海平面年际信号与ENSO事件表现出较强的相关性。     

基于验潮数据的南极海平面相对变化分析

基于夏威夷海平面研究中心提供的南极6个验潮站多年逐时潮位数据,本文首先利用迭代调和分析对初步观测数据进行补缺,并在此基础上计算月平均海平面,最后利用功率谱分析、最大熵谱分析、奇异谱分析等方法确定海平面的相对变化速率和振动周期。研究表明,南极海平面相对上升速率与全球其他区域基本一致(3mm/a-7mm/a),但是在个别测站(例如:Esperanza)的上升速度非常明显,达到厘米级。     

近海海平面变化成因分析

近海海平面上升直接威胁人类生存,分析其成因不仅具有重要科学意义,而且能够为应对海平面上升提供相应策略。使用卫星测高、时变重力以及浮标观测研究2002—2020年近海300 km内海平面变化成因。由于时变重力在近海受到较为严重的泄漏误差影响,使用时变重力约束解模拟陆地质量变化对海洋质量的泄漏,其线性趋势约为0.68 mm/a。在季节和非季节尺度上,时变重力和浮标观测解释了卫星测高的结果,证明近海海平面平衡方程在季节和非季节时间尺度上能够被闭合。在长期变化趋势方面,卫星测高显示近海海平面上升速率为3.32±0.45 mm/a,而时变重力与浮标观测之和的速率为2.25±0.51 mm/a,两者之间存在约1 mm/a的速率差。鉴于该速率差高于估计的不确定度,认为当前在闭合近海海平面平衡方程长期趋势方面仍存在不小挑战,一方面近海比容实测数据较为稀少,很可能低估了长期趋势变化;另一方面,不完善的泄漏误差改正和陆地垂直运动改正也会影响近海海平面长期趋势变化。     

利用GPS连续观测进行中国沿海验潮站地壳垂直形变分析

利用中国沿海GNSS(Global Navigation Satellite System)业务化观测系统2009~2013年的GPS连续观测数据,在统一基准下分析了中国沿海22个长期验潮站的地壳垂直形变。分析结果表明,各验潮站高程时间序列的周期变化与潮汐变化具有较高的关联性;22个验潮站的地壳垂直形变趋势既具有小区域一致性,又存在显著的海区差异;研究验潮站地壳垂直形变,可以有效消除验潮站地壳形变对区域海平面变化的影响,实现海平面变化量的准确提取。     

联合Argo浮标、卫星测高和GRACE数据研究海平面变化

卫星测高、GRACE、Argo等数据为监测海平面变化提供了丰富的观测数据,利用Argo数据计算的比容海平面变化,可以更加深入地理解卫星测高以及卫星重力获得的海平面变化。利用2004年1月至2010年12月间Argo浮标采集的温度和盐度数据,通过数值积分方法计算了65°S~65°N间的比容海平面异常,并通过最小二乘拟合得到比容海平面变化的长期趋势为0.63±0.45 mm/a,与Llovel得到的结果吻合较好。利用卫星测高数据得到该时间段内海平面变化趋势为2.52±0.71 mm/a,GRACE反演得到的海水质量变化引起的海平面趋势为1.84±0.13mm/a,结果表明海水质量变化成为引起海平面变化的主要因素。最后对联合卫星测高、GRACE得到比容海平面变化与相应Argo浮标数据计算结果的空间分布特征进行了比较。     

我国近海1992-2006年海平面变化的小波分析

用14年多的多颗测高卫星同化海面异常数据,分析我国近海海平面信号变化特征,结果显示年周期信号在我国海域海平面变化中占有主导地位。其次,半年周期信号在南海也有较强显示,而黄海和东海则表示为高频信号,半年起伏及高频信号的周期和振幅均不稳定。首次在南海和东海海域发现存在一周期为准540 d的信号,其物理机制尚不明确。用标准Morlet小波变换方法对上述周期信号进行了提取。验潮站数据也证实了该信号的存在。海面异常分析结果显示在1993~2007年期间,我国海平面平均升高速率:黄海为(4.01±0.49)mm/a,东海为(4.61±0.35)mm/a,南海为(3.68±0.41)mm/a。海平面上升趋势地理分布结果显示海平面变化具有很大的空间差异性。     

联合Jason-1与GRACE卫星数据研究全球海平面变化

海平面变化主要由海水质量变化和比容海平面变化组成。联合GRACE时变重力场与Jason-1卫星测高数据分别研究了全球平均海平面及其质量分量与比容分量的季节性变化(2002-09—2008-04),联合两种卫星数据所得平均海平面变化在周年振幅和相位上与WOA05海洋模型结果具有一致性。估算出研究时间段内全球平均海平面变化及其两个主要分量的长期性趋势,在超过6.5a的时间尺度上,全球平均海平面以+2.0±0.4mm/a的速率上升,其中海水质量变化分量的贡献为+1.4±0.4mm/a,比容变化分量的贡献为+0.5±0.3mm/a。     

利用验潮站观测数据校正测高平均海平面变化线性漂移

针对卫星测高数据确定平均海平面变化速度中可能存在的线性漂移问题,利用全球快速验潮站观测数据,在进行精细数据预处理中,为保证两种数据观测含相同时变海平面信号,改进了同步校正方法,解决了每个验潮站参考基准不同导致验潮站上两种数据海平面变化差值无法进行全球平均的问题,并以T/P卫星观测数据为例,确定了其平均海平面变化线性漂移,为获取真实海平面变化速度提供了保证。     

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。     

基于PS-InSAR技术的珠海市地表形变监测与驱动力分析

基于63景Sentinel-1数据,采用PS-InSAR技术监测珠海市2018年10月—2020年11月地面沉降,利用GNSS地面同步观测数据进行精度评定,监测结果的均方根误差为4.58 mm,表明利用PS-InSAR监测研究区地面沉降具有较高的可靠性。分析珠海市地表形变的时空特征,结果表明,珠海市主体部分的平均形变速率在-55～15 mm/a,主要沉降区域分布在珠江水道周边的农垦区及沿海港口区域;主要交通线路为港珠澳大桥珠海连接线和广珠铁路珠海段,均存在年平均形变速率超过20 mm/a的明显形变异常区,需重点关注。结合地质条件、地下水开采情况对珠海市地表形变驱动力进行分析,结果表明,区域内地面沉降速率与软土层的厚度呈正相关,与地下水水位降深呈对数函数关系。     

联合多代卫星测高数据构建中国近海及邻域海平面异常序列

首先给出海面高的计算方法,并引入基于高斯滤波的粗差探测方法,有效地剔除了各弧段测高数据存在的粗差。通过对3颗卫星同步运行段测高数据的分析,得到3组数据在中国近海及邻域的平均偏差分别为:Jason-1相对T/P需改正-8.77 cm;Jason-2相对Jason-1需改正-7.33 cm,两者均小于其在全球海域的改正值。以T/P测高数据所得平均海平面为基础,利用改正后的Jason-1、Jason-2数据,得到该海域18年海平面异常时间序列,海平面平均上升速率约为4.9 mm/a。分别对中国近海各海域海平面异常时间序列进行分析,得到渤海、黄海、东海及南海的海平面平均上升速率分别为:2.5 mm/a、3.2 mm/a、3.6 mm/a和6.2 mm/a。将所得每周期离散正常点的观测数据格网化,然后逐格网计算海平面异常时间序列,得到研究海域18年来海平面异常平均上升速率的分布情况。结果表明,研究海域海平面上升速率高于全球平均水平。     

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。     

基于多源数据的全球比容海平面变化研究

利用2005—2009年共60个月的卫星测高、GRACE数据计算全球66°S~66°N比容海平面变化,同时利用Argo数据计算得到该区域的比容海平面变化,结果可知比容海平面具有明显的周年变化。比较不同方法得到的比容海平面变化发现二者在整体趋势上较为一致,但局部也存在着差异。联合卫星测高、GRACE和利用Argo数据得到2005—2009年比容海平面变化振幅分别为10.5 mm和4.3 mm,长期变化趋势分别为1.63 mm/a和0.32mm/a。     

GNSS多径反射探测海平面变化初探

随着GNSS研究与应用的不断深入,GNSS多径反射技术用于地表环境监测已成为一种新兴的遥感手段。针对目前国内对GNSS多径反射技术开展海平面变化探测研究较少的现状,该文通过分析信噪比值的变化特性,详细给出了基于信噪比观测值的GNSS多径反射技术探测海平面变化的基本原理。利用布设在美国华盛顿州Friday Harbor岸边的GPS连续运行跟踪站SC02观测数据反演了海平面变化,并与该站相距359m的Friday Harbor验潮站的监测数据进行了对比分析,误差均值为0.091m,相关系数为0.99。实验结果进一步验证了基于大地测量型GPS接收机用于海平面变化监测的有效性。     

联合GPS基准站和验潮站数据确定海平面绝对变化

采用中国地壳运动观测网络工程厦门基准站的GPS观测数据以及厦门验潮站的验潮数据,计算了厦门海域的海平面绝对变化速度,并就高程变化问题作了深入讨论,表明点位高程变化呈周期性,几期GPS连续观测受其影响不能得出实际的高程线性变化速率,指出了要监测验潮站的地壳垂直运动,最好采用多年连续的GPS观测数据。     

基于InSAR的武汉地区2016—2021年地面沉降监测

利用2016年1月—2021年12月的89景哨兵一号雷达影像,采用相干点目标分析合成孔径雷达干涉测量技术（IPTA-InSAR）进行数据处理,获取了武汉地区的地面沉降信息,并联合GNSS基准站观测成果对InSAR监测的形变进行分析。结果表明2016—2021年期间,武汉市主城区形成了汉口、沙湖北和白沙洲3个较为明显的沉降中心,地面沉降呈连片化发展趋势。汉口地区的地面沉降速率最高,部分区域沉降超过10 mm/a,典型沉降区的地面沉降过程伴随有一定的波动特征,其中下沉趋势在不同年间会有区别,2016—2020年间特征点缓慢下沉,2018年开始加速下沉,至2020年下沉速度再次放缓。GNSS与InSAR特征点沉降分析表明2种技术的监测结果整体上具有很好的一致性。     

利用合成孔径雷达干涉监测广州佛山地面沉降

为了监测地面沉降,文章采用欧空局的Envisat卫星雷达影像和合成孔径雷达干涉方法计算得出珠江三角洲广州、佛山部分区域的沉降范围、沉降速率与沉降时间序列。研究结果显示:广州与佛山两个城市大部分区域的地面沉降速率在2mm/yr以内,最大沉降速率达到6mm/yr~8mm/yr;考虑到全球平均海平面上升速率约为3mm/yr,而珠三角大部分区域的海拔高度都小于2m,"地陷海升"的双重威胁应当引起人们的高度重视。研究成果可以为我国其他三角洲地区的地面沉降监测和灾害防治工作提供参考。