联合GRACE和气象水文数据研究2010～2016年亚马孙平原水储量异常变化与极端气候和ENSO的关系

利用GRACE时变重力场模型反演2009-07～2017-06期间亚马孙平原的水储量变化，在移除趋势和季节性周期信号后，计算得到其与ENSO指数之间具有较强的相关关系和一定的时延性，并从季节层面进行分析得到ENSO对亚马孙平原旱、雨两季的不同影响，表现为旱季受到ENSO显著影响而雨季受到的影响则较小。最后，结合水文数据分析指出，ENSO会通过影响降雨量进而影响相应区域的水储量变化，且该现象在流域内两次极端旱灾中有较为突出的表现。     

GRACE RL06与RL05时变重力场模型数据初步比较分析

简要介绍CSR、GFZ和JPL机构的GRACE RL06时变重力场模型数据,并对比分析RL06和RL05数据的解算模型。从全球陆地水储量变化反演结果、时变重力场模型阶方差和C20项时间序列3个方面,对2004-01~2014-11期间RL06和RL05时变重力场模型数据进行对比分析。结果表明,GRACE RL06时变重力场模型数据质量的和精度较RL05有明显提高,其全球陆地水储量变化反演结果去条带噪声效果更好、信噪比更高;在高阶项部分,RL06模型数据的阶方差小于RL05;RL06模型数据的C20项时间序列幅值变化小于RL05,与SLR所得C20项数据也更接近。相同条件下,采用CSR RL06模型阶方差最小,利用RL06模型所得全球陆地水储量变化反演结果信噪比值最大。     

优化反演方法及数值反演试验初步研究

基于典型力学模型。以研究区域的岩性参数和研究块体的边界力作为反演参数进行数值模拟，研究了单纯形法，模式搜索法，鲍威尔法，变量轮换法，混合罚函数法，复合形法等6种最优化反演方法的反演效果和可靠性。结果显示6种方法都有较好的表现。在恰当的条件下，6种方法反演所得参数都达到或接近参数的理论值，迭代收敛图，位移拟合曲线和残差统计分布图直观地反映出6种方法的效果和可靠性，但对单纯形法和复合形法应给予较高的迭代收敛精度。     

联合GRACE与GRACE-FO反演2002～2020年长江流域陆地水储量变化

探讨采用不同激励函数的BP和RBF神经网络方法填补GRACE与GRACE-FO卫星空缺数据的精度及可行性,并基于最优方案对缺失数据进行填充;利用ITSG-Grace2018和ITSG-Grace_operational时变重力场模型反演2002～2020年长江流域陆地水储量变化,并结合GLDAS模型、降水、气温及长江流域水资源公报等数据对该区域的陆地水储量变化进行综合分析。结果表明：1）隐含层激励函数为线性整流函数（ReLU）的BP神经网络算法具有较好的拟合效果,可用于填充GRACE与GRACE-FO卫星任务间的数据空缺;2）长江流域的陆地水储量变化具有一定的区域差异性,主要表现为上游东部与中游大部分地区陆地水储量以5 mm/a左右的速率上升,上游中西部区域下降,下游基本保持不变;长时间序列的GRACE/GRACE-FO时变模型能够反映长江流域2019年的干旱与2017年、2019年的洪涝等灾害。     

利用广义三角帽法评估GRACE/GRACE-FO反演流域陆地水储量变化的不确定性北大核心CSCD

利用广义三角帽法评估5个最新版本GRACE/GRACE-FO时变重力场模型反演全球流域陆地水储量变化的不确定性,并探讨地理位置、气候类型和流域面积对不确定性的影响。结果表明:1) COST-G、CSR、JPL、ITSG和GFZ时变重力场模型反演全球流域陆地水储量变化的平均不确定性分别是0.41 cm、0.63 cm、0.66 cm、0.81 cm和0.97 cm;2)流域陆地水储量变化的不确定性与流域面积和地理位置存在较强的相关性,与气候类型的相关性较小;3)当观测数据质量较差时,不同模型反演的流域陆地水储量变化存在较大差异。     

利用正向建模方法反演三峡库区水储量变化

针对GRACE数据后处理过程中滤波导致的信号衰减和泄漏，利用模拟数据研究正向建模改正，改正的量级约为1 cm，在利用GRACE反演陆地水储量变化时这一影响因素不可忽略。基于2002-07~2014-12的GRACE Level-2数据反演三峡库区的水储量变化，结果表明，正向建模改正前后GRACE年周期项振幅分别为7.0±2.4 cm和7.2±2.7 cm，改正后信号泄漏有所减小；GRACE和水文模式数据均表现出明显的季节性特征，但GRACE受多种因素的综合影响，其周年项振幅略大于水文模式；水库3次蓄水引起的等效水高变化分别为60.2 mm、28.3 mm、20.5 mm，与利用水位观测估计得到的库区容量变化具有较好的一致性；分析2003~2009年正向建模改正前后GRACE反演得到的三峡地区等效水高变化速度的空间分布发现，改正后库区蓄水信号明显收敛。     

利用新版GRACE时变模型反演珠江流域陆地水储量变化

本文以CSR05、GFZ05、JPL05、ITSG-Grace2016、CSR06、GFZ06、JPL06及ITSG-Grace2018等8种GRACE时变重力场模型作为研究对象,通过300 km高斯滤波和Swenson方法等数据处理策略去除时变模型的噪声,反演2005-01~2012-12珠江流域的陆地水储量变化,并利用ITSG-Grace2018模型、GLDAS水文模型、降水数据、实测地下水数据等资料对珠江流域的陆地水储量变化进行综合分析。结果表明：1）3大官方机构发布的2006版GRACE时变模型的解算精度较2005版有显著改善,ITSG-Grace2018模型的精度也较ITSG-Grace2016有一定的改善,且新版在不同时变模型间的差异更小;2）ITSG-Grace2018模型反演的珠江流域陆地水储量整体呈上升趋势,其季节性变化特征与GLDAS水文模型、降水数据及地下水测井监测数据具有较好的一致性。     

基于改进的主成分分析法提取GRACE时变重力场信号

针对主成分分析法提取时变重力场模型信号中存在信号泄漏和去条带噪声不明显的问题，提出对球谐位系数主成分分析的改进方法。首先对球谐位系数进行主成分分析，提取主要的模态，再对不同模态根据其自身噪声特点选择合适的滤波方法和参数，最后在此基础上进行信号提取。以CSR发布的2005-01~2013-12(108个月)GRACE时变地球重力场模型进行实验，提取2006-06和2006-12等效水高数据和改进前的主成分分析进行比较，表明此方法在有效地剔除条带误差的同时又使得信号泄漏减小。     

联合GPS和GRACE数据分析陕甘宁地区地表垂直形变

采用甘肃省CORS网和中国大陆构造环境监测网络中共48个台站的GPS观测数据，解算得到观测台站的垂直位移，并与GRACE时变重力场Mascon模型解CSR RL05M数据计算得到的垂直形变进行比较，分析区域地表垂直形变特征。结果表明，研究区内台站垂直形变存在局部特征，甘肃庆阳和平凉地区垂直形变与其他地区存在明显差异，相关系数、均方根减少量和周年信号减少量均高于其他地区；扣除趋势项后，观测台站GPS垂直位移与GRACE垂直形变时间序列相关系数均值为0.72，GPS和GRACE周年信号振幅均值分别为6.00 mm和3.70 mm，周年信号减少量和均方根误差减少量均值分别为0.51和0.29；研究区内GPS垂直位移和GRACE垂直形变时间序列一致性较强，GRACE垂直形变能有效解释50%以上的GPS垂直位移周年信号，GPS垂直位移时间序列包含的非构造形变中平均约29%来源于环境负载变化所引起的负荷形变。     

一种附加尺度因子的电离层层析新方法

用乘法代数重构方法反演电离层电子密度时，没有GPS测量射线穿过的电离层网格的反演精度依赖于迭代初值。就此，提出一种改进的代数重构算法--附加尺度因子的代数重构算法（Scaling-ART）。将实测STEC与迭代中当前电子密度计算的STEC的比值作为基本尺度，依据电子密度的空间相关性和网格中心到观测射线的距离，对没有信号穿过的网格也计算出对应尺度进行调整，使其向真值逐渐逼近，提高反演精度。实验证实，改进的新算法相比于原有的乘法代数重构算法能够取得更好的反演精度。     

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基于经验正交函数分解的GRACE时变地球重力场滤波处理

针对传统GRACE去相关滤波方法很难同时完美实现真实信号的保留与条带误差的削弱等问题，提出将经验正交函数滤波与去相关滤波相结合的改进策略。分别对真实GRACE数据和模拟数据进行滤波处理，结果表明，改进的滤波方法继承了经验正交函数滤波方法与去相关滤波方法的优点，能够在尽可能地削弱南北条带误差影响的同时，最大程度地保留真实地球物理信号。     

一种削弱信噪混叠的EMD降噪方法

针对经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)降噪过程中存在信号与噪声模态混叠及直接将分界本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量归入高频噪声造成真实信号被“湮没”等问题,提出一种改进的EMD降噪方法。该方法将经EMD得到的第2个IMF分量至分界IMF分量进行重构,对重构信号进行下一次EMD,获取其中的“真实”信号,多次重复此操作,最后将所有获得的低频信号累加,从而达到降噪的目的。利用2种模拟数据和1种GPS实测高程数据进行实验,模拟数据与实测数据采用不同的评价指标评价降噪效果,结果表明,改进的EMD方法较传统EMD方法降噪效果更佳,验证了该方法的可靠性。     

基于EWT-分量阈值与SVD的微震信号降噪方法

针对微震信号采集过程中存在大量不同频率的干扰信号,导致信号初至拾取难度大的问题,提出一种经验小波变换（EWT）结合分量阈值重构规则及奇异值分解（SVD）技术对微震信号进行降噪的方法。该方法利用EWT自适应分解和抗模态混叠的特点分解微震信号,得到各分量信号。对于高信噪比信号,选取相关系数大于0.3且方差贡献率大于15%的固有模态分量进行重构,具有较好的降噪效果;对于低信噪比信号,在高信噪比降噪方法的基础上利用SVD去除高频分量中的噪声,并与EWT分解出的低频有效分量进行重构。实验表明,对不同信噪比的构造信号与实际微震信号进行降噪,信噪比均得到明显改善;以修改的能量比法和分形维数法拾取实际微震降噪信号初至到时作为验证,拾取相对误差均小于1%,证明了本文降噪方法的有效性。     

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。     

HHT-EEMD用于IGS站高程时间序列分析

利用经验模态分解（EMD）和整体经验模态分解（EEMD）方法，将BJFS站2000~2015年高程时间序列进行分解，发现其不仅存在1 a、0.5 a、0.25 a、2个月、1个月以及长周期等周期项，还存在以往方法很难探测出来的近似2 a周期信号。与EMD分解结果对比，整体经验模态分解可以明显减弱模式混叠现象。对各分量进行Hilbert 变换（HHT），得到时间-频率-能量的Hilbert 频谱图。结果表明，年周期和2 a周期变化是高程运动的主要贡献项。利用小波变换方法对比验证EEMD的分解结果表明，与小波分析相比，EEMD重构信号与高程序列差异的RMS更小，证明了HHT-EEMD方法在数据资料分析过程中的有效性。对环境负载及GRACE负载造成的测站位移进行功率谱分析得出，环境负载确实会造成IGS站高程时间序列的1 a、0.5 a以及季节性运动，GRACE负载还验证了2 a信号的存在。     

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。     

GRACE监测青藏高原及邻区陆地水储量变化结果的可变性

结合4种不同的去相关滤波和2种平滑滤波,利用5组GRACE数据反演了青藏高原及邻区陆地水储量变化趋势,研究了结果的可变性。结果表明,采用S&W（P2M8）变宽度滑动窗口去条带效果较好,其结果中的湖水、冰川信号与卫星测高观测的信号位置具有较好的一致性。高斯滤波的异常幅值与扇形滤波相差10%~30%,平滑处理后异常幅值减少,观测分辨率降低,部分湖和冰川信号甚至消失。CSR/GFZ/JPL重力场模型反演的结果相近,但CSR去条带效果最好;JPL质量模型MAS/MAS_S的结果也相近,但在高原西部有较大差异。重力场模型与质量模型的结果相差很大。在利用GRACE卫星监测本地区陆地水储量变化时,推荐使用S&W（P2M8）去条带滤波器、CSR重力场模型数据。