GRACE重力卫星探测南极冰盖质量平衡及其不确定性

2002年GRACE重力卫星的成功发射为南极冰盖质量平衡的研究提供了重力探测的新纪元.本文利用美国德克萨斯大学CSR公布的2003年1月到2013年12月期间的RL05版本GRACE月重力场数据,采用最优平均核函数法和组合滤波法两种GRACE后处理方法反演了南极冰盖质量的时空变化.结果表明:在2003—2013年期间南极冰盖物质平衡呈明显的负增长状态,质量变化趋势为-163±50Gt/a(GW13)、-129±41Gt/a(IJ05)、-81±27Gt/a(W12a),加速度为-8±10Gt/a2,质量消融的主要区域分布在西南极阿蒙森海岸和南极半岛的北部.另外本文还重点探讨了可能影响到估算结果的各项误差及不确定性,分析结果显示影响南极冰盖质量平衡估算结果的最大误差源为GIA改正.通过假设检验和信息准则对时间序列分析中拟合参数的合理选取进行了探讨和分析,在联合周年项、半年项和S2、K2、K1潮汐混频项进行拟合分析时发现K1项对拟合结果的加速度影响比其他周期项稍大,尽管考虑该项的合理性因当前GRACE数据时间序列长度有限而无法确切证实,但K1项的影响值得后续关注.对比两种GRACE后处理方法的结果发现:当采用的数据时间跨度一致,误差改正方法相同,两种相异的后处理方法,其估算结果也具有较好的一致性.     

基于插值切割位场分离技术分析2016-1-21青海门源M6.4级地震前重力变化特征（英文）

本文基于覆盖2016年1月21日中国青海省门源县M6.4级地震的河西地区2011年至2015年每年两期的流动重力网观测资料,根据不同的拟合插值算法进行了区域重力位场值网格化方法优选,并通过引人应用于资源勘探领域中的插值切割位场分离算法(改进了边缘点和角点的处理)和图像处理领域的自适应噪声滤除技术,解算了门源M6.4级地震发生前,在震源深度层附近的区域重力场时空演化特征及研究区域重力观测点的半年尺度变化量,解算结果发现,在震源深度范围(-11.12 km)分离的重力位场自2015年下半年,重力变化达到-400~+150x l0-8m/s~2量级左右,大于2011年至2014年同期的变化结果(±30xl0-8m/s~2);半年尺度(2014年9月至2015年5月以及2015年5月至2015年9月)重力观测点值变化趋势也验证了门源地震前重力加速变化的特征,这可能在一定程度上显示了门源地震发震前地壳内部物质运移等地质活动在地表重力场上的反映。     

东北地区重力场动态变化特征与前郭5.8级震群关系研究

利用2010~2016年东北地区的流动重力观测数据,分析该地区区域重力场动态演化和2013年前郭5.8级震群前后的变化特征。结果表明,差分和累积重力变化整体呈北西向和近南北向,与北东和北北东向构造格局不一致,重力变化受构造控制作用较弱;近期整体重力变化较平缓,基本没有超过60 μGal的梯级带,反映出地下构造活动和物质运移水平相对平稳;前郭5.8级震群和通辽5.3级地震震前存在明显的能量积累,有利于破裂的产生,震后震荡恢复调整的时间需2~3 a甚至更长。     

基于改进的2D多项式拟合及加权迭代算法的重力异常垂向分离

基于稳健的二维低阶多项式拟合及加权迭代算法,分别对模型重力位场数据和川滇地区实测地表重力异常数据进行地下不同深度层地质源的位场分离,并将所得结果与基于插值切割算法的位场分离结果以及川滇地区地质构造图进行比对。结果表明,该算法简单可靠,其结果可以用于川滇地区地质结构的精细反演和解释,也为其他更加深入的研究奠定了基础。     

蓟县基准站长期重力变化特征研究

基于蓟县GNSS基准站1998~2018年近20 a的绝对重力长期变化资料，联合地面大地测量（绝对重力、GNSS）、地表及地下水文数据和GRACE卫星重力数据，计算并分析由地表垂直位移、地下水及地表水负荷等不同物理信号产生的重力效应，获取各影响因素的长期重力变化特征，并对结果进行深入分析研究，得出以下结论：1）蓟县基准站绝对重力近20 a的长期变化总体呈下降趋势，变化率为－1.64±0.53 μGal/a；2）2004~2017年井水位数据显示，蓟县GNSS基准站所在地区地下水水位呈现明显的下降趋势，变化率为－0.66±0.07 m/a，产生的重力效应为－1.94±0.22 μGal/a，是影响该点重力变化的最主要因素；3）综合分析蓟县基准站地面绝对重力和其他各因素重力效应的长期变化特征认为，该点存在每年0.43±0.58 μGal的重力上升变化，可能与首都圈地区上地幔顶部高密度物质的上涌有一定关系。     

GRACE离散时变重力场的大尺度动态变化模型构建分析

针对GRACE月时变重力场的离散球谐系数,提出联合经验正交函数分解和多通道奇异谱分析的方法,在有效实现空间维数压缩和条带噪声去除的同时,提取、分析其动态变化特征并构建相应的变化模型。结果表明,GRACE离散球谐系数存在显著的周年项和长期趋势项变化成分,其中,周年项模态的方差贡献达到50.6%,扣除周年项成分后长期趋势项的累积方差贡献达到77.4%。以长期趋势项和周年项成分构建的非线性模型能较好地反映离散球谐系数及其反演结果的动态变化特征,其对全球陆表等效水柱高的拟合标准差介于0.3~14.0 cm,平均标准差为1.8 cm。研究结果可为分析地球重力场各参量变化特征及地球动力学变化提供重要参考。     

高亚洲冰川质量变化趋势的卫星重力探测

利用高亚洲地区32个Mascon,基于GRACE RL05时变重力场模型频域和空域上的两种计算方法有效分离并提取出高亚洲冰川及其毗邻地区的等效水质量变化,得到2002—2013年期间高亚洲地区更为可靠的Mascon质量变化.高亚洲冰川质量变化的空间特征是:青藏高原内陆地区以正增长为主,边缘地区以负增长为主,在藏东南的最边缘地区冰川质量损失最为严重.天山地区、帕米尔和昆仑山地区、喜马拉雅山和喀喇昆仑山地区、青藏高原内陆地区冰川质量的平均变化趋势分别为-2.8±0.9Gt/a、-3.3±1.5Gt/a、-9.9±2.1Gt/a和5.0±0.8Gt/a,高亚洲冰川质量整体的平均变化趋势为-11.0±2.9Gt/a.印度等北部平原地区地下水平均变化趋势为-35.0±4.2Gt/a,该地区地下水信号泄漏是影响GRACE研究高亚洲冰川质量变化的关键因素,频域法和空域法能有效改正该地区地下水信号泄漏的影响.     

应用平滑先验信息方法移除GRACE数据中相关误差

由于GRACE卫星数据解算的时变重力场模型中高阶位系数存在误差,这些误差在重力异常图中表现为南北向的条带噪声,在应用GRACE时变重力场数据时必须进行滤波.本文在空间域引入了一种有效消除GRACE时变重力场条带噪声的平滑先验信息方法,并将其与目前常用的高斯滤波和去相关误差等滤波方法分别应用于合成的质量变化趋势数字模型,检测不同滤波方法消除条带噪声的能力及其对真实信号的影响.滤波结果显示,与目前常用的高斯滤波和去相关误差滤波器相比,本文滤波方法在有效移除条带噪声的同时,具有有效信号幅度衰减小、有效信号形变小以及保存了更多的短波长细节信息等优势;此外,统计结果显示,本文滤波结果在信号最大值、最小值以及残差均方根等方面均与模拟真实信号最为接近.相比300km高斯平滑和组合滤波结果,有效信号振幅的极小值和极大值分别提高了约18%和6%,残差均方根分别降低了25%和33%.说明本文滤波方法移除GRACE相关误差的同时,在保留有效信号方面具有明显的优势.     

利用GRACE监测全球海水质量变化时滤波处理的影响分析

利用CSR公布的GRACE RL05月重力场数据,采用多种滤波方法推算全球平均海水质量变化,并与GFZ公布的已滤波数据DDK1~DDK5估算结果进行比较。结果表明,不同的滤波方法对估算全球平均海水质量变化结果的影响是显著的,主要体现在信号的空间分布、时间序列以及拟合的趋势项3个方面。 2002~2014年CSR RL05数据多种滤波估算的全球海水质量变化速率为1.17~1.26 mm/a,GFZ DDK数据显示的速率为1.29~1.45 mm/a,两组数据给出的加速度项分别为0.1 mm/a2、0.07 mm/a2。     

南北地震带南段近期重力场变化与指标量分析

利用2014—2017年南北地震带南段流动重力观测资料,基于重力段差值的重力场可视化方法和显著性指标量G值和C值,对南北地震带南段重力场变化特征和地震孕育之间的关系做初步的探讨和分析。结果表明:(1)研究区近期4.5级以上地震多发生在重力场变化的正、负异常过渡带和高梯度带附近,与深部物质运移的复杂动力学过程、地壳运动和断裂活动具有一定的关系;(2)指标量G值和C值作为评价测网重力场变化显著性异常程度的定量依据,反映了研究区同一时间段内地震活动和未来潜在强震的综合效应,对于深入判定潜在地震危险性具有一定的参考价值。