长距离动态GPS数据处理方法与汶川地震引起的动态地壳形变特征分析

利用长距离GPS动态数据处理方法,根据四川GPS网地震前后的观测数据,计算出了四川GPS网各站点地震前后的位移量。以相对稳定的雅安站为参考站,计算出了绵阳站和郫县站的动态变形序列。汶川地震动态地壳变形分析结果表明,地震期间,绵阳站和郫县站的主运动朝向西北方向,同时伴随有小幅摆动。在高程方向,绵阳站出现先上升后下降的运动特征,郫县站出现上下波动特征。     

基于单历元方法研究汶川8.0级地震对中国大陆的同震变形影响

本文基于BERN5.0软件的动态计算功能,首先验证了GPS连续运行站观测数据单历元计算的可靠性,将其应用到汶川地震当天的观测数据,计算了全国29个连续运行站在地震前后30分钟的瞬时变化,获得了相应的同震变形,重点研究了泸州、西安、北京房山等站的变化情况,计算结果表明,在地震前后,各连续运行站监测到了明显的震间变形.     

川滇地区地壳应变场的GPS与地震矩张量联合反演研究

利用川滇地区1903～2003年间的84个地震矩张量和1998～2004年间214个GPs站速度观测值.采用方差分量估计方法确定联合反演中地震矩张量与GPS站速度值之间的权比例因子,计算分析了川滇地区的地壳应变场.结果表明:①采用方差分量估计确定联合反演中权比例因子的方法,得到的GPs站速度观测值的权比例因子为0.833,较地震矩张量的权比例因子0.167大,充分体现出分布相对合理的高精度GPS观测值在反演中的重要性;②川滇地区的应变场大致表现出如下的特征:主应变方向在30°N以北的区域为东西向;30°N以南、100°E以西的区域为北东向;30°N以南、100°E以东的区域为北西向.     

GPS在现今地壳运动与地震监测中的初步应用

以“中国地壳运动观测网络”科学工程项目产出的GPS观测资料为基础 ,采用球坐标系下非连续变形算法对资料进一步做了形变计算 ,以此为基础 ,对我国大陆地块及其边界带运动与形变进行了分析。对GPS基准站的连续观测序列采用小波变换进行分解变换 ,分析了部分震例 ,探讨了GPS连续观测序列提取地震前兆的方法。     

ITRF南山GPS连续参考点数据质量分析

新疆天文台南山GPS观测站是国内、国际建立和维持ITRF进行全球动力学研究的参考点之一,由于其测站的特殊地理位置,测站的GPS观测受到国际及国内相关学者的重视。为了确保测站GPS观测数据的精度,对观测数据进行质量评定。选取2012-11-15~12-15 GUAO站GPS观测数据进行统计分析,重点分析了信噪比的强弱及多路径效应对观测数据的影响。     

一种适用于小变形监测的单历元单差算法

利用GPS进行变形监测在各个领域中的应用越来越广泛。如何利用GPS的观测数据进行变形量的高精度单历元解算是一个难点。国内学者提出了单历元似单差算法进行小变形的单历元解算,但需要利用其他方法对接收机钟差进行计算。根据站间单差观测方程之间的相关性,可以将接收机钟差之差及其他一些通过站间单差未能消除的未知量作为一个未知参数在单历元观测方程中与变形量一同求解。利用该方法对小变形试验数据的解算结果精度达到了毫米级。     

利用GNSS高频数据分析研究大震同震响应

在介绍GPS单历元定位方法的基础上,利用陕西GNSS连续站的高频数据,通过高精度数据处理软件GAMIT／GLoBK的运动学定位模块Track,计算得到2011年3月11日日本东海M9．0级地震以及2012年4月11日印尼苏门答腊M8．6级地震时连续运行观测站的水平同震变形。解算结果表明：测站的同震变形能够体现地震波的传播过程,并在地震波特性和地震类型判定方面具有一定帮助。     

GPS观测研究青藏东北缘的水平变形特征

推导了利用位移场计算主应变、面膨胀、最大剪应变的公式,通过2次重复GPS观测结果,计算了新青藏高原东北缘在1999～2001年间的水平主应变、面膨胀、最大剪应变等水平变形特征量的分布,并分析了在观测后发生的德令哈6．6级地震活动与变形场特征量之间的分布关系。采用力学理论对该地区的地质构造运动、局部形变特征与地震活动的关系进行了讨论。得出了一些有意义的结论和认识。     

CORS网用于会战式GPS垂向速率修正的方法研究

针对会战式观测模式GPS站估计测站垂向速率时未考虑周期项对速率的影响,导致测站垂向速率可靠性降低的问题,该文研究了基于连续运行参考站系统CORS的GPS连续站坐标时间序列建立测站周期项模型,并以此修正会战式GPS观测模式估计的垂向速率。以PBO网络阿拉斯加州88个GPS站2014—2016年3年的观测数据为基础,首先利用空间加权插值、二次曲面拟合法建立测站周期项模型;其次对区域内会战式GPS站的垂向速率予以修正。结果表明,两种方法均可拟合GPS观测站的年周期项,但二次曲面拟合的效果稍好;用拟合的年周期项对会战式观测站垂向速率修正后,垂向速率的正确性提高了46%以上,说明可用该方法修正会战式GPS观测站的垂向速率,以提高其可靠性。     

GPS偏心观测及其精度分析

由于种种条件的限制，在很多情况下GPS天线都无法实现真正的对中，在某些特殊情况下，例如观测站必须与VLBI站或SLR站重合，而又无法在这些站的标志中心安设接收机天线，这就要求进行GPS偏心观测。本文将着重对GPS偏心观测归心元素的测定方法、归心改正数的计算以及归心元素的测定精度进行讨论和分析。     

东日本Mw9.0大地震前、同震及震后地壳水平运动

利用“中国地壳运动观测网络(二期)”245个GPS连续观测站及其他站的大量观测结果,采用离震中很远的7个GPS站作为位错参考框架,得到2011年3月11日东日本Mw9.0大地震的同震水平位移和应变。此种参考框架的位移场解,符合弹性位错模型离震中很远且水平位移接近于0的要求,不仅有利于位错模型反演,也有利于合理分析此次大地震同震水平位移的影响范围。地震前后区域参考框架下远场GPS连续观测位移时间序列和同震位移弹性位错模型反演结果表明,东日本大地震同震水平位移既是地震断层破裂的结果,也是远场震前数月或数年水平位移的弹性回跳,据此可以进一步确认这些站震前水平位移前兆异常。由于这些震前异常位移中亦包含了同震位移量(方向相反),因此,弹性位错模型为定量研究大地震前远场地壳运动异常提供了一种理论模型。位错参考框架中的同震位移及其位错模型和区域参考框架的位移时间系列的综合研究有助于对此次大地震地壳运动异常的认识。这种持续时间为数月至数年的弹性形变异常,可以为大地震的中短期预测提供依据。     

Very high-rate GPS for measuring dynamic seismic displacements without aliasing: performance evaluation of the variometric approach

Very high-rate global positioning system (GPS) data has the capacity to quickly resolve seismically related ground displacements, thereby providing great potential for rapidly determining the magnitude and the nature of an earthquake’s rupture process and for providing timely warnings for earthquakes and tsunamis. The GPS variometric approach can measure ground displacements with comparable precision to relative positioning and precise point positioning (PPP) within a short period of time. The variometric approach is based on single-differencing over time of carrier phase observations using only the broadcast ephemeris and a single receiver to estimate velocities, which are then integrated to derive displacements. We evaluate the performance of the variometric approach to measure displacements using 50 Hz GPS data, which were recorded during the 2013 M_W 6.6 Lushan earthquake and the 2011 M_W 9.0 Tohoku-Oki earthquake. The comparison between 50 and 1 Hz seismic displacements demonstrates that 1 Hz solutions often fail to faithfully manifest the seismic waves containing high-frequency seismic signals due to aliasing, which is common for near-field stations of a moderate-magnitude earthquake. Results indicate that 10–50 Hz sampling GPS sites deployed close to the source or the ruptured fault are needed for measuring dynamic seismic displacements of moderate-magnitude events. Comparisons with post-processed PPP results reveal that the variometric approach can determine seismic displacements with accuracies of 0.3–4.1, 0.5–2.3 and 0.8–6.8 cm in the east, north and up components, respectively. Moreover, the power spectral density analysis demonstrates that high-frequency noises of seismic displacements, derived using the variometric approach, are smaller than those of PPP-derived displacements in these three components.     

基于多台站高频GPS的地震预警优化算法研究CSCD

随着精密定位技术的发展,高频GPS已能够精确记录地表位移数据,研究高频GPS能为地震预警工作做出一定补充.针对目前地震预警中单站预警误报率高的问题引入深度学习技术,利用长短期记忆网络(LSTM)联合周边区域台站对单台站进行预警以达到减少误报的目的.首先通过对新西兰南部地区1 Hz高频GPS数据进行解算得到多个台站无震时间序列,再利用该数据训练网络得到融合区域特征的高精度模型.该模型可以对无震时间序列进行预测并动态制定阈值区间,当实际观测值超出置信区间则判定异常.通过与传统短时窗平均/长时窗平均算法(STA/LTA)及未融合区域特征的单站模型进行对比,结果表明:融合区域特征的单站模型可有效减少误报,在多个台站的无震长序列上较传统方法表现优异,具有一定的应用价值.     

Impact of seasonal station motions on VLBI UT1 intensives results

UT1 estimates obtained from the very long baseline interferometry (VLBI) Intensives data depend on the station displacement model used during processing. In particular, because of seasonal variations, the instantaneous station position during the specific intensive session differs from the position predicted by the linear model generally used. This can cause systematic errors in UT1 Intensives results. In this paper, we first investigated the seasonal signal in the station displacements for the 5 VLBI antennas participating in UT1 Intensives observing programs, along with the 8 collocated GPS stations. It was found that a significant annual term is present in the time series for most stations, and its amplitude can reach 8 mm in the height component, and 2 mm in horizontal components. However, the annual signals found in the displacements of the collocated VLBI and GPS stations at some sites differ substantially in amplitude and phase. The semiannual harmonics are relatively small and unstable, and for most stations no prevailing signal was found in the corresponding frequency band. Then two UT1 Intensives series were computed with and without including the seasonal term found in the previous step in the station movement model. Comparison of these series has shown that neglecting the seasonal station position variations can cause a systematic error in UT1 estimates, which can exceed 1  $\upmu $ s, depending on the observing program.     

台湾集集大地震断层非均匀滑动分布的反演

利用台湾1999集集大地震前后GPS测量获得的地表位移数据,反演断层面上的非均匀滑动分布.反演中采用二次样条函数作为滑动分布的基函数,通过引入阿卡克贝叶斯准则,获得了反演问题的惟一解.反演得到的地表位移与实测位移的差在几个厘米,较好地解释了观测到的GPS位移.另一方面,用反演结果计算得到的地表形变场同INSAR得到的地表实测位移场较相近.     

利用GPS垂直位移反演云南省陆地水储量变化

地表质量的重分布会引起固体地球的弹性形变,GPS连续运行观测站能够精确测定地表负荷引起的地壳形变。本文通过模拟数据对利用云南省及其周边47个中国大陆构造环境监测网（陆态网）台站反演云南地区陆地水储量的可行性进行分析：以水文模型周年振幅为真值,计算47个台站点的负荷形变,同时加入随机误差构成模拟观测数据,最后采用模型反演陆地水储量变化;1000次的随机模拟试验表明利用当前GPS台站数据可有效地反演云南地区陆地水储量变化。基于上述结论,笔者反演了云南省2010—2014年陆地水储量变化,GPS反演结果表明：云南省陆地水变化呈现明显的地域分布特征,西南部高山地区的水储量周年变化高于东部平原地区;在时间尺度上,云南省大部分地区水储量在10月（夏季末）达到最大值,在4月（冬季末）达到最小值;云南省2010—2014年陆地水呈缓慢增长趋势,约为20 mm/a。通过GPS陆地水储量反演结果与GRACE、GLDAS以及TRMM数据综合对比分析,表明利用云南地区当前GPS台站可以作为独立观测量用于GRACE与GRACE Follow-on衔接期间的陆地水储量变化监测。     

我国GPS基准站地壳垂直位移周年变化的气象激发

利用全球大气、海洋、积雪和土壤水的地表质量负荷资料 ,计算了中国GPS基准网 2 4个台站垂向位移周年变化的气象激发 ,得到振幅 5mm10mm的高程变化。通过与GPS观测资料解算的垂向位移结果比较 ,大部分台站的结果与GPS结果在振幅上符合比较好 ,但相位普遍超前一到二个月     

尼泊尔Mw 7.9级地震同震垂直位移与断层运动模型

2015年4月25日尼泊尔地区发生了Mw 7.9级地震,发震断层位于印度板块与欧亚板块碰撞边界带,此次地震是一次典型的板块逆冲型事件。利用中国境内加密的GPS同震观测资料,融合ALOS-2卫星L波段的InSAR（interferometric synthetic aperture radar）同震形变数据,基于最小二乘方法获得了此次地震的同震垂直位移场。同震垂直位移结果表明,此次地震造成尼泊尔加德满都地区抬升约0.95 m,珠穆朗玛峰地区受地震的影响有所下降,其主峰的沉降量为2~3 cm,中国境内的希夏邦马主峰沉降约为20 cm。地区利用改进的二维弹性半空间位错模型反演了发震断层运动参数,本文模型显示此次地震的断层面破裂宽度约为60 km,平均滑动量达到4 m,相当于Mw 7.89级。     

Estimating atmospheric pressure loading regression coefficients from GPS observations

The loading exerted by atmospheric pressure on the surface of the Earth causes deformations, mainly in vertical direction. Consequently, these deformations are also subject to pressure variations. At present this effect is only modeled by a few research groups in the post-processing of very long baseline interferometry (VLBI) and global positioning system (GPS) observations. As the displacements may clearly exceed the accuracy goals, we implement vertical pressure loading regression coefficients as a new estimable parameter type in the Bernese GPS software. This development is applied to a network of 60 European permanent GPS stations extending from 35 to 79° northern latitude. The analysis comprises 1,055 days of observations between January 2001 and February 2004. During that period pressure variations as large as 80 hPa occurred at high latitude sites. A least squares solution including all observations and all relevant parameters yields significant regression coefficients for all stations but reveals also some critical issues with regard to the capability of this geodetic approach to verify results based on the geophysical convolution method.An erratum to this article can be found at     

基于PPP技术的震后台站位移监测与分析

利用动态精密单点定位技术,分析了日本仙台大地震对日本及中国境内若干GPS基准台站的影响。结果表明,采用动态精密单点定位技术能准确地反映GPS台站的受损程度,有效地探测地震发生时刻及其震后位移。