一种基于GRACE重力卫星的陆地水储量变化组合新模型

利用重力卫星监测全球水储量变化,有助于应对全球气候变化、防灾减灾等挑战,具有重要的科学意义。国际上已发布了多个系列的重力恢复和气候实验(gravity recovery and climate experiment,GRACE)时变重力场模型,但是不同机构提供的模型之间存在差异,而且精度参差不齐。研究基于不同卫星重力场模型的陆地水储量变化（terrestrial water storage change, TWSC）组合新方法,有利于扬长避短,进一步提高TWSC的估计精度。采用方差分量估计、熵权法和变异系数法,针对5种GRACE时变重力场反演获得的TWSC开展组合研究。结果表明,3种TWSC组合新模型都能够显著减小不同时变重力场反演的TWSC之间的差异,而且信噪比与美国喷气动力实验室模型相比提高了约58%。组合前后全球TWSC趋势最大差异由0.011 cm/月下降到0.001 cm/月,最大水振幅差异由0.95 cm/月减小为0.21 cm/月,1°×1°空间分辨率下TWSC随经纬度方向变化的标准差差异同样由超过20 cm2降低到3 cm2以下。组合模型与水文模型的相关性较独立模型最高...     

GRACE时变重力场滤波方法

针对GRACE时变重力场模型高阶项误差较大导致的"南-北"条带噪声,该文利用模拟的GRACE数据分析了去相关滤波、Gaussian滤波、组合滤波和平滑先验信息滤波方法对噪声的滤除效果和对真实信号的衰减程度。实验表明:4种滤波算法均能有效降低条带噪声,但单独使用去相关滤波时效果较差,需与其他算法结合使用;Guass滤波和组合滤波在减小噪声条带的同时,也在一定程度上牺牲了空间分辨率;平滑先验信息滤波在移除噪声、保留有效信号方面比其他3种算法有较为明显的优势。     

利用GRACE时变重力场反演黑河流域水储量变化

黑河流域水储量变化对该区域的生态环境和经济建设等具有重要影响。本文利用2002-082011-06的GRACE（grayity recovery and Climate experiment）时变重力场模型GRGS-ElGEN-GL04,采用去相关滤波P3M6与300km高斯滤波相结合的滤波方法反演了黑河流域陆地水储量变化,扣除GLDAS（global land data assimilation system）水文模型计算的土壤水和冰雪变化,给出了黑河流域地下水储量的时空变化,并利用张掖地区23口地下水测井数据对地下水反演结果进行了初步验证。研究结果表明：①黑河流域陆地水储量整体上呈现减少趋     

GRACE时变重力场位系数相关误差的滤波消除技术

针对美国德克萨斯大学空间研究中心(UTCSR)发布的GRACE Level-2 RL04版本时变重力场模型位系数,分析了GRACE重力场位系数中存在的系统相关误差,并确定了相关误差滤波策略。利用JASON-1卫星测高数据与WOA05海洋模型对滤波效果进行了定量评价,研究结果表明,相关误差滤波技术能够有效消除位系数中存在的相关误差,可提高利用GRACE重力场模型获取地球表面质量变化短波分量的能力。     

应用GRACE时变地球重力场模型探测地震重力变化

根据GRACE时变重力场模型和高斯平滑原理,编写了全球任意一点的重力异常计算程序,计算2011日本地震区域前后共7个月的重力异常值。结果显示,在大地震前后,地震区域重力异常呈现正负异常交替和迁移现象,并随着地震的临近,这种现象会越来越明显。最后绘制全球1°格网的等效水高速率变化图,借此分析地震影响产生的全球质量变化。     

GRACE时变重力场滤波方法研究

用3种不同的滤波方法获得了2007年相对于2005年的卫星重力变化图像,并与同期地面重力测量的结果进行比较,对比分析GRACE月重力场滤波方法的优缺点。结果表明,去相关平滑滤波算法优于高斯滤波和直接截断法,且去相关平滑滤波DDK5处理得到的卫星重力动态变化图像与地面观测结果符合最好,表明GRACE卫星时变重力场可以用来分析大区域重力动态变化。     

GRACE时变重力数据的后处理方法研究进展

重力场是反映地球介质密度变化和在各种环境(固体地球潮汐、内部热流、固体和液体之间质量的交换、表面负荷和地震构造运动等)下动力学特征的最基本和最直接的物理量。GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)卫星作为探测全球重力场的工具已经为科研工作者提供了超过10 a的全球时变重力场数据。由于GRACE数据存在固有误差,GRACE数据产品需要进行后处理对局部重力场进行研究。回顾整理了GRACE数据后处理中的处理方法,包括高斯滤波法及非各向同性滤波法,位系数去相关法,主成分分析法,小波分解法,Slepian方法,以及顾及先验信息的改进算法等,并对GRACE后处理算法的后续改进和发展进行了展望。     

基于GRACE卫星的江西省陆地水储量变化反演

江西省处于长江流域,境内河流湖泊众多,监测其长期的陆地水储量变化具有重要意义.通过GRACE卫星时变数据对江西省2008年至2017年6月间陆地水处理变化进行反演,并用GLDAS数据和TRMM降水数据进行对比分析.结果 表明:江西省陆地水和地表水储量变化分别以0.82 cm/a和0.44 cm/a的速度递增,两者反演结...     

利用GRACE数据分析中国区域地下水变化

利用GRACE和GLDAS数据计算了2003年1月-2012年12月我国长江中下游平原、西南地区、华北平原的地下水储量变化.长江中下游平原与西南地区地下水储量最低值在冬季、最高值在9月,华北平原地下水储量最低值在6月、最高值在12月,结合3个区域降水与农业耕作模式对地下水储量变化进行分析.西南地区地下水储量变化最显著的...     

GRACE时变重力场位系数相关误差的滤波消除技术

利用UTCSR发布的2003-01~2013-07GRACE RL05月平均重力场模型,分析比较了高斯滤波、各向异性滤波、扇形滤波和维纳滤波,并结合去相关滤波在反演南极地区冰盖质量变化方面的差异。通过计算得到以下结论：①基于121组重力场模型阶方差分布得到维纳滤波与半径为300 km的高斯滤波效果最为接近,说明300 km滤波半径完全可以满足质量变化信号的提取;②在一定范围内,提高滤波半径能提高反演结果信噪比,建议南极区域的滤波半径为500 km;采用相同滤波半径,不同空间滤波算法计算的质量变化率基本一致,在南极区域可以选取任一滤波方法;③与其他算法相比,去相关滤波算法能在一定程度消除球谐系数中存在的系统误差,改善反演结果。     

时变重力场的非各向同性高斯滤波比较

使用GRACE反演地球表层的质量异常,其结果取决于构造的平滑函数即滤波方法。本文阐述了两种在经典高斯滤波基础上构造的Fan滤波和Non-isotropic Gaussian(Non)滤波,两者均对GRACE的阶和次起作用。在同一阶下,两者的权重随着次数的升高而衰减,但衰减的趋势不同,比如在20阶时,Fan滤波呈抛物线变化,而Non滤波则为线性衰减;在40和60阶,两者均呈抛物线变化。使用CSR发布的GRACE Level-2 RL05数据反演地表质量异常,两者的结果相近。     

利用GRACE反演陕甘晋高原地下水储量变化

采用GRACE时变重力场模型和GLDAS水文模型反演了陕甘晋高原地下水储量的时空变化,并与TRMM降雨资料及实测水井数据进行了对比分析。研究结果表明：在时间域上,整个区域的地下水在2005-2014年大约以3.6±0.7 mm/a的速率递减;在空间域上,整个区域自西向东10年内的递减速率依次增大,其中山西中部地区最大。与TRMM降雨资料的对比发现,降雨与地下水储量变化强相关,但不是引起地下水储量减少的原因。与水井实测数据对比发现,除特殊情况外,本文反演得到的结果与水井水位变化趋势基本一致。     

GRACE重力卫星在陆地水储量变化监测中的应用

介绍了GRACE重力卫星,并对GRACE重力卫星数据在陆地水储量变化中的应用现状进行分析,总结了GRACE重力卫星数据在陆地水储量变化检测中的数据获取、计算方法和精度分析,以及Grace数据在不同区域尺度陆地水储量变化估算中的应用情况,最后,指出GRACE在水储量应用中的不足和未来的研究方向。     

重力场恢复与气候实验的石羊河流域水储量变化

为了更好地从空间尺度显示石羊河流域水储量的变化情况,该文利用2003年1月至2014年12月GRACE RL06重力场数据计算其陆地水储量变化,对数据进行预处理以及去相关滤波和300km高斯平滑处理,并利用流域内4个气象站的降水平均数据与GRACE、GLDAS的结果进行对比分析。结果表明,GRACE反演结果与GLDAS水文模型变化趋势基本一致,时间上呈现明显季节性变化,研究区水储量整体呈现0.93mm/a的上升趋势,期间水储量变化波动较大主要与季节性降水有关。     

利用GRACE卫星Level-1B数据反演陆地水储量变化的方法研究

卫星重力探测技术为监测陆地水储量变化提供了新的技术手段。对利用GRACE卫星Level-1B数据反演地球陆地水储量变化的重力位差法和Mascon方法的数学模型作了详细推导分析,总结两种方法的特点和解算处理步骤。推导过程表明:重力位差法和Mascon方法在反演时只采用卫星飞临研究区域上空时的观测数据,能够提高反演结果的空间分辨率,比传统的球谐系数法更具优势;Mascon方法在解算时还引入了时空约束方程,进一步提高了反演结果的时空分辨率。     

用GRACE星间速度恢复地球重力场

本文首先给出了用星间速度恢复地球重力场的数学模型,然后用GRACE卫星30天的星间速度观测值计算了一个100阶的地球重力场模型DQM2006S2。为了对这一模型的精度进行评述,将它与EGM 96,EIGEN-CHAMP03S和GGM01S3个地球重力场模型作了比较,并用这一模型计算了高程异常与GPS/水准实际观测值进行了比较,结果表明:DQM2006S2模型精度优于EGM 96和EIGEN-CHAMP03S模型精度,但是不及GGM01S模型精度。精度不及GGM01S的原因是GGM01S模型使用了111天的星间速度数据,其数据量约为DQM2006S2模型使用数据量的4倍。     

Degradation of Geopotential Recovery from Short Repeat-Cycle Orbits: Application to GRACE Monthly Fields

Throughout 2004 the GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) orbit contracted slowly to yield a sparse repeat track of 61 revolutions every 4 days on 19 September 2004. As a result, we show from linear perturbation theory that geopotential information previously available to fully resolve a gravity field every month of 120× 120 (degree by order) in spherical harmonics was compressed then into about one-fourth of the necessary observation space. We estimate from this theory that the ideal gravity field resolution in September 2004 was only about 30 × 30. More generally, we show that any repeat-cycle mission for geopotential recovery with full resolution L × L requires the number of orbit-revolutions-to-repeat to be greater than 2L.     

日本MW9.0地震前GRACE卫星重力变化

利用GRACE重力卫星月重力场数据,通过去相关与高斯滤波等方法获取日本大地震震前震源区周缘年度、季度和年度差分重力变化,以及若干点位时间序列重力变化。分析结果表明：日本大地震前5年内在震源区周边出现了比较明显的卫星重力异常正负交替和迁移现象,至震前1～2年,震区周边形成了明显正负异常区,正重力异常区重力增加现象明显。点位重力时间序列分布指出日本MW9.0级地震前存在与1976年唐山地震类似的重力变化现象。反映出日本大地震震前震源区周边地下物质运动、质量迁移和能量积累等问题。