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。     

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。     

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。     

“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%。     

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.      

大气负荷对我国GNSS站地壳垂向形变影响分析

为了研究近年来我国GNSS基准站地壳大气负荷垂向形变细部特征,使用格林函数积分及简化方法对中国大陆构造环境监测网络中的6个基准站共计36个月的大气负荷效应进行了计算和分析,结果表明,大气负荷是造成地壳非构造垂向形变的重要因素,大气负荷效应引起的地壳垂向形变量的区域性差异及垂向形变量在我国东北部和西部新疆地区为最大,大气负荷效应改正可使GPS垂向精度进一步提高。      

基准站垂向周期运动与气象因素的关联性分析

针对传统相关性分析方法的局限性，提出将交叉小波和小波相干相结合，创建多角度相关性分析方法，用于基准站垂向周期运动与气象因素的关联性分析，以山东省费县观测数据为例，研究了两者之间的关系。交叉小波谱可以表明，费县基准站的垂向周期运动与气象因素之间有明显的1a主共振周期，说明两者之间年周期变化存在联系。同时从小波相干谱中可以了解到，不同的时间段内存在不规则的1/12 a、0.25 a、0.5 a共振周期，但共振周期持续时间较短，说明气象因素会对垂直形变产生影响。此外，交叉小波和小波相干能够在时域和频域中分析两种不同成分的细部相关特征和相位差异，其中相对湿度变化超前垂直变化1/4周期，平均风速变化滞后垂直变化1/8周期，日累计降水变化超前垂直变化1/8周期，日照时数变化滞后垂直变化1/8周期，在基准站垂直形变相关性分析方面具有较好的应用效果。     

不同约束条件对电离层电子含量和硬件延迟的影响

在不同约束条件下,分别利用中国区域附近11个GPS基准站,和全球230个GPS基准站一个月的双频实测数据,通过建立球谐函数模型同时解算电离层电子含量、GPS卫星和接收机的DCB。将其结果与CODE提供的结果进行比较,表明电子含量、GPS卫星与接收机的DCB组合不受约束条件的影响,且精度能达到2ns,垂直电子含量相对于CODE能改正90%。同时本文利用AR模型对球谐系数进行预报,根据预报系数得到的垂直电子含量相对准确率能达到80%以上,采用卫星DCB和时得到的垂直电子含量准确率略高于采用某颗卫星DCB固定。     

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。     

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。     

Vertical Crustal Displacements Due to Surface Fluid Changes

Using the model data for surface mass changes of the atmosphere, ocean, soil moisture and snow depth, the vertical crustal displacements of 25 ficual stations in China were calculated according to the ...     

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     

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。     

华北地区季节性垂直位移信号提取及物理机制分析

华北地区地表垂直位移呈现显著的季节性波动。为探究其驱动源信号,利用独立分量分析方法对全球导航定位系统20个基准站的垂直位移时间序列进行时空分解,获取前6个独立分量,并与环境负载造成的垂直位移进行比较分析。结果表明,第一个独立分量呈现显著周年变化和相对均匀的空间响应,与大气负载位移时间序列的平均相关系数为0.60,两者吻合良好。第二和第三个独立分量均是周年和年内信号的组合,其空间响应反映出局部集聚特征,与华北地区水资源的分布状况相类似,合并这两个独立分量后与水文负载位移时间序列的平均相关系数为0.50。由此表明大气和水文负载是驱动华北地区季节性垂直位移的主要源信号。     

Vertical deformations from homogeneously processed GRACE and global GPS long-term series

Temporal variations in the geographic distribution of surface mass cause surface displacements. Surface displacements derived from GRACE gravity field coefficient time series also should be observed in GPS coordinate time series, if both time series are sufficiently free of systematic errors. A successful validation can be an important contribution to climate change research, as the biggest contributors to mass variability in the system Earth include the movement of oceanic, atmospheric, and continental water and ice. In our analysis, we find that if the signals are larger than their precision, both geodetic sensor systems see common signals for almost all the 115 stations surveyed. Almost 80% of the stations have their signal WRMS decreased, when we subtract monthly GRACE surface displacements from those observed by GPS data. Almost all other stations are on ocean islands or small peninsulas, where the physically expected loading signals are very small. For a fair comparison, the data (79 months from September 2002 to April 2009) had to be treated appropriately: the GPS data were completely reprocessed with state-of-the-art models. We used an objective cluster analysis to identify and eliminate stations, where local effects or technical artifacts dominated the signals. In addition, it was necessary for both sets of results to be expressed in equivalent reference frames, meaning that net translations between the GPS and GRACE data sets had to be treated adequately. These data sets are then compared and statistically analyzed: we determine the stability (precision) of GRACE-derived, monthly vertical deformation data to be ~1.2 mm, using the data from three GRACE processing centers. We statistically analyze the mean annual signals, computed from the GPS and GRACE series. There is a detailed discussion of the results for five overall representative stations, in order to help the reader to link the displayed criteria of similarity to real data. A series of tests were performed with the goal of explaining the remaining GPS–GRACE residuals.     

Effect of the atmospheric pressure on surface displacements

Summary Atmospheric pressure variations with periods of some days and months can be considered as loading functions on the Earth's surface and can induce quasi-periodic surface deformations. The influence of such surface displacements is calculated by performing a convolution sum between the mass loading Green's functions and the local and regional barometric pressure data (geographically distribution in a 1° × 1° grid system extending to more than 1000km). The results for 5 stations in Europe show that the average values reach about 22.9–30.2mm depending on the ocean response: the inverted or non-inverted barometer ocean model. The corresponding admittances are 0.576–0.758mm/mbar respectively. The horizontal displacements are not negligible but always smaller. The magnitudes are about 2–3mm for East-West component and 0.5–1.0mm for North-South component.The results of the dependence on the lateral extension of the pressure load show that the admittance for radial displacement varies from 0.250mm/mbar for a column load of 100km radius to 0.539mm/mbar for a column load of more than 1000km extension. It means that the main contribution of the loads comes from the horizontal distribution of the air pressure in a broad region.The time dependent effects of the atmospheric pressure are also computed with the two-coefficient correction equations provided by Rabbel & Zschau (1985) using ground pressure data in a 1.125° × 1.125° grid system. The computations demonstrate that the results are in good agreement with those obtained with a convolution sum. It shows that this method can provide us with a good approximation for vertical displacement caused by the deformation of the Earth.     

基于GPS观测的Baja California地震地壳变形分析

2010-04-04墨西哥Baja California(32.259°N,115.287°W)Ms 7.2级地震发生在GPS连续观测站及钻孔应变仪相当密集的区域,利用GPS监测数据计算出了若干站点地震前后的位移量。地壳变形分析结果表明,离震中近的观测站变形量普遍较大,最大可达0.2m,大部分观测站明显向东南方向运动。通过选择较稳定的观测站作为参考站,计算了4观测站的动态变形序列,同时得到地震波的传播速度为3.2km/s,与应变观测计算结果比较吻合。     

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     

优化先验模型参数的矿区多轨InSAR三维形变监测

监测煤矿开采导致的地表三维形变对于矿区地质灾害防控和开采沉陷机理研究至关重要。针对单轨道InSAR和先验模型融合解算矿山三维形变存在精度不高、时间分辨率差的问题,本文提出了一种通过优化先验模型参数的矿区多轨InSAR三维形变解算方法。首先,利用Weibull模型同步4个轨道LOS向形变位移,以此削弱不同轨道之间时间异步对三维形变解算精度的影响,并采用加权最小二乘求解矿区垂直向和东西向形变;然后,根据垂直向和东西向形变优化矿区开采先验模型参数;最后,解算南北向形变位移。利用覆盖大同矿区的TerraSAR-X数据和3个轨道Sentinel-1 InSAR数据集对本文方法进行验证。研究结果表明,与地面GPS监测点相比,本文方法可以获得相对精确的三维形变结果,垂直向RMSE、东西向RMSE和南北向RMSE约为1.1、1.4和2.1 cm。