利用CORS站网监测三峡地区环境负荷引起的地壳形变与重力场时空变化

受地球动力学因素特别是地球表层大气、地表水及地下水动力环境影响,地面站点位置、地球重力场及大地水准面随时间变化。以三峡地区CORS站网为主,少量重力台站为辅,采用负荷形变与地球重力场严密组合方法,综合确定了2011-01-2015-06三峡地区环境负荷驱动的地壳形变与重力场月变化,结果显示:（1）CORS站网具备地壳垂直形变、大地水准面及地面重力变化的监测能力;（2）三峡地区地壳垂直形变年变化幅度36.1 mm,大地水准面年变化幅度28.2 mm,地面重力年变化幅度117.4 μGal;（3）CORS站网地面重力变化监测精度水平不低于流动重力场重复测量;（4）CORS站网地壳垂直形变与地面重力变化监测具有一定的外推预报能力。     

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。     

“陆态网”GPS与GRACE的中国大陆地表垂直形变对比分析

基于中国大陆构造环境监测网络的连续GPS观测数据,比较分析了中国大陆234个GPS台站和GRACE得到的地表垂直形变。GPS和GRACE垂直形变具有较好的一致性,反映了地表质量变化是引起GPS垂直形变非线性变化的重要因素之一,但二者也存在着一定的差异。为定量分析GPS和GRACE垂直形变的差异,探讨了热膨胀效应对GPS垂直位移的影响及区域地壳结构对GRACE估算地表垂直负荷形变的影响。结果表明,中国大陆50%以上的GPS台站热膨胀垂直形变周年振幅不小于1 mm;对GPS进行热膨胀效应改正后,中国大陆GPS与GRACE垂直形变具有更好的一致性;GPS与GRACE垂直形变周年振幅比值由1.07±0.06变为1.01±0.05;热膨胀效应可以解释6.2%的GPS与GRACE垂直形变的差异,热膨胀效应改正可使GPS和GRACE垂直形变的一致性相对增加11.2%。是否顾及区域地壳结构引起的GRACE估算中国大陆垂直负荷形变的相对差异为2.5%。     

利用独立成分分析法研究新疆地区陆地水储量及其地壳垂向变化

中国新疆地区水文气候变化复杂,其水储量变化及其负荷形变特征的精确提取极为重要。采用卫星重力数据GRACE(gravity recovery and climate experiment）反演新疆地区2010—2014年陆地水储量变化,利用独立成分分析法（independent component analysis,ICA）分解时空模式,提取时空特征信号。在此基础上,反演陆地水负荷迁移引起的地壳垂向变化,引入重力位系数与负荷勒夫数一阶项改正,回加非潮汐大气与海洋信号,结合尺度因子法校正GRACE反演结果,引入全球降水气候计划月降水资料分析形变影响,将其与测区12座连续运行参考站形变位移进行定量比较,重点分析各测站陆地水负荷信号与全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）垂直位移的相关关系。结果表明,经ICA方法分解的新疆地区陆地水储量呈现多时间尺度特征,表现为明显的周年与长期变化;周年信号在西部帕米尔高原附近尤为显著;长期变化以逐年减少为主,在乌鲁木齐西部、天山一带信号较强;总体上,陆地水负荷垂直形变的时间序列波动幅度相对较小,幅值...     

CORS网区域重力场变化与地面稳定性跟踪监测方法

为了实现地面稳定性降低时间与地点、持续作用时间与空间影响分布的全面跟踪监测,该文基于卫星定位连续运行站(CORS)站网观测数据,结合地表水、大气及海平面变化资料,提出了CORS站网时变重力场及负荷形变场精化的已知负荷移去恢复法,建立了基于时变重力场的确定性地面稳定性变化定量辨识准则。以丽水温州地区为例,利用2015—2017年CORS网及有关水文观测数据进行计算分析,根据40起已发生的历史地质灾害(险情)事件对结果进行验证:丽水温州地区的CORS网具备区域重力场变化与地面稳定性跟踪监测能力,具备地质灾害灾变过程追踪与前兆捕获能力,CORS站网的地质灾害前兆提前捕获率可达92.5%。     

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.      

多通道奇异谱分析提取的CORS站大地高形变信息

针对GNSS测站噪声与局部效应对坐标时间序列精度的影响,提出有效提取CORS站网大地高时序形变信息的多通道奇异谱分析方法.MSSA方法提取的研究区各测站共有垂直形变信号,总体趋势上表现较为一致的起伏波动,其振幅并非恒定,而是随着时间变化增大或减小.MSSA方法重构的时间序列精度普遍高于FFT多周期重构法,38座CORS站中92％的测站采用MSSA方法重构之后其精度均有不同程度地改善,精度提升了2.01％～16.89％.实验结果表明:MSSA方法相比FFT方法更合适区域CORS站网大地高时序共有形变信息的提取,研究结果有助于发掘水负荷迁移与形变之间的作用机理,可为陆地水储量变化精确监测提供重要技术参考.     

台州地区地下水储量变化的CORS网反演

为了突出连续运行基准站(CORS)网对地下水储量监测能力,该文基于CORS网的高精度大地高时间序列,联合大气、土壤水和海平面变化等地表质量负荷数据,根据地球负荷形变理论,采用移去恢复技术,反演了台州地区2017年1月-2019年6月的地下水储量变化,并与GRACE-FO监测结果进行对比.结果 表明:①CORS网反演的地下水储量具有明显的季节性与年际特征,秋冬季节地下水储量较少,春夏季节地下水储量增多,年变化幅度达到1000 mm.②在空间分布上,台州中东部地区及沿海地区变化量,比西北部的内陆地区变化量大.③与GRACE结果相比,除局部区域存在差异,整体上时空变化趋势具有较高一致性.在小区域的地下水储量反演中,CORS网具有可行性.     

武汉九峰地震台重力变化与地壳垂直形变分析

长期的重力变化和地壳形变观测是研究地下物质运动的重要手段。基于武汉九峰地震台2013—2020年的绝对重力和全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）观测数据,计算了长期的重力与地壳垂直形变的变化趋势,并以1年、2年和3年的时间间隔分段,进行线性趋势拟合,分别获得不同时间段的绝对重力年变化率、地壳垂直形变速率以及对应的比值。研究结果表明,武汉九峰地震台长期的重力年变化率为0.479 9 μGal/a,地壳垂直形变速率为-1.2 mm/a, 两者的比值为-0.399 9 μGal/mm,与理论值存在一定的偏差,可能与该区域的地下水活动有关。将不同时间段的重力变化与地壳垂直形变的数据展布在一张图中,发现数据点离散分布在不同区域,由此可初步判断地下物质运动过程,为区域动力学机制解释提供参考。     

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。     

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。     

全球与区域地壳形变的多源数据序列处理与信号分析

<正>地壳运动与变化反映了地球板块的构造运动以及地球各圈层环境负载变化的综合影响,GNSS和GRACE空间大地测量技术与地球物理模型数据相结合,为研究全球及区域性的地壳运动与变化、分离各种影响因子提供了有效的技术手段和数据保障。本文研究GNSS和GRACE用于区域和全球地壳形变监测的数据处理理论和方法,结合地球物理模型数据分析了中国大陆和全球     

基于旋转模型的青藏高原重力变化研究

用数值模拟方法研究了地壳旋转运动与空间重力变化的关系,得出地壳划分的长方体的旋转运动引起的重力变化呈中心对称分布。青藏高原地区的研究资料表明,该区域绕青藏高原东构造存在顺时针旋转运动。文中结合该地区的数字高程以及GPS观测速率数据,计算了青藏高原块体旋转运动引起的重力变化,并与GRACE卫星重力观测结果进行了对比分析。     

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。     

固体潮对三峡地区地壳垂直形变和重力变化的影响分析

利用IERS协议上的方法和DE405星历文件,基于三峡地区CORS站和重力台站位置,计算了从2011年到2015年6月固体潮每2 h对三峡地区地壳垂直形变和重力变化的影响,并计算了2012年12月14日大潮期间固体潮影响分布。研究发现,三峡地区固体潮有很强的周期性,存在半月和半年的长周期、一天和半天的短周期。三峡地区农历每月月中和月底前后有2次大潮,月中和月底的大潮潮差相差约1/4;每年冬季（月球赤纬28°36',约11、12、1月）和夏季（约5、6、7月,太阳高度角接近最大）大潮潮差大,春季和秋季大潮潮差小。大地高最大潮高0.346 m,最低潮高-0.190 m（参考历元2000.0）;固体潮对重力与对垂直形变影响异相,最大值110 μGal,最小值-200 μGal。区域固体潮呈明显的条带分布,固体潮对垂直形变与重力变化影响的增减方向相反。本文的研究成果可用于CORS站、重力台站的固体潮影响分析,为局部固体潮相关研究提供参考。     

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。     

大气负荷对区域地壳形变和重力变化的影响分析

在高精度大地测量观测数据处理和相关地球物理解释中,大气负荷由于影响较大,需要考虑。利用全球大气模型和区域气象站气压数据,采用移去恢复方法和球谐分析方法,计算了三峡地区大气负荷对地壳形变和重力变化的影响。提供了一种利用局部气压数据改善该区域大气负荷影响变化计算效果的合理算法,提高局部气压数据和全球模型数据利用的合理性和准确性。研究发现,大气负荷对垂直形变的影响在空间分布上中长波占优,在三峡地区的年变化幅度大于20 mm,对地面重力变化影响的年变化幅度一般不超过10 μGal,对水平形变影响较小。     

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。     

中国西部区域GRACE卫星重力变化

针对研究中国西部长期重力变化的问题,该文利用GRACE月重力场模型,基于Slepian变换构建中国西部区域局部重力场,并采用GIA和GLDAS等模型扣除相应误差,通过时间序列分析方法得到该区域2003—2013年卫星重力变化。结果表明,东天山呈现负重力变化,可能由区域冰川消融引起的;西天山的正重力变化,应与冰川小幅增加和构造运动引起的壳幔物质积累有关;青藏高原内陆正重力变化可能由区域地壳抬升、粘弹性地壳的构造应变以及壳幔物质的质量迁移与积累引起;青藏高原边界区域的负重力变化,应与冰川加速消融以及地下水抽取有关。Slepian方法较好地克服了滤波平滑处理带来的重力变化信号压制及细节平滑,可为中国西部的地壳运动、地震活动和气候变化等研究提供数据支撑。     

环境因素对山东GPS基准站垂直位移的影响分析

基于山东地壳运动GPS观测网络(CMONOSD)提供的连续观测结果,经过GAMIT/GLOBK软件处理,再采用GRACE,LAD,SG及GLDAS分析陆地水引起的重力变化,分析证明,在该地区陆地水导致的空间重力变化可达100.12±0.7 nms-2量级,采用LAD模型会导致重力长期以微小趋势上升,反之采用GLDAS模型会导致重力长期以微小趋势下降。通过研究大气负荷、陆地水和非潮汐海洋对山东省各基准站垂直位移的影响,发现大气负荷对台站垂直位移的影响最大为8 mm,陆地水次之,非潮汐海洋的影响最小。