不同地球模型对负荷潮汐改正的影响

负荷潮汐改正与地壳上地幔结构有密切关系,主要原因是负荷潮汐取决于高阶勒夫数。利用较新的1066A地球模型,对负荷勒夫数进行了重新推算,并依据负荷勒夫数组成重力、倾斜、应变及位移格林函数。发现在近区用1066A模型和经典的G-B模型求出的格林函数值差别较大。据此,推估出不同地球模型对负荷潮汐改正的影响,其中远区估算按解析方法进行,近区由数值法进行。     

不同地球模型对负荷潮汐改正的影响

负荷潮汐改正与地壳上地幔结构有密切关系,主要原因是负荷潮汐取决于高阶勒夫数。利用较新的1066A地球模型,对负荷勒夫数进行了重新推算,并依据负荷勒夫数组成重力、倾斜、应变及位移格林函数。发现在近区用1066A模型和经典的G-B模型求出的格林函数值差别较大。据此,推估出不同地球模型对负荷潮汐改正的影响,其中远区估算按解析方法进行,近区由数值法进行。     

球状径向不均匀弹性地球模型的负荷潮应力格林函数

研究固体潮应力场时,需要考虑负荷潮应力场的影响,特别是在沿海地区,在地球的表层负荷潮应力场的大小甚至接近或超过固体潮应力场.根据Alterman方法,本文给出计算球状径向不均匀弹性地球模型对点源负荷的应力响应(负荷潮应力格林函数)的方法;作为计算实例,计算出GB地球模型的负荷潮应力格林函数.只要给出全球海潮模型,在球面上完成海潮潮高与负荷潮应力格林函数的褶积,即可计算出海潮负荷在地球模型表面上和内部任意点产生的负荷潮应力.     

大气变化对位移、重力和倾斜观测影响的理论计算

利用弹性地球负荷理论和流体静力学平衡假设条件下的干空气及其垂直温度梯度分布,理论计算了大气压力作用下地表位移、重力和倾斜格林函数．详细讨论了不同地球模型、台站高程、周边地形、地表大气温度和水汽含量等因素对计算结果的影响．数值结果说明大气效应弹性项影响主要来自于远离台站的区域;引力项对重力的影响主要贡献来自于台站近区,对倾斜的影响来自于远离台站的区域．各种因素对大气重力和倾斜格林函数的影响分别在0.1°和1°角距范围内,但其综合影响较为复杂．     

中国大陆非构造负荷地壳形变的区域性特征与改正模型

自20世纪90年代初以来,GPS空间大地测量学的迅速发展和全面应用,为全球范围各种规模尺度的地壳运动和构造形变观测提供了革命性的手段,使高精度、大范围、全天候、低成本的大地测量变成了现实。为及时把握GPS空间对地观测技术为防震减灾应用带来的机遇,我国先后于1997-2000年和2007-2012年实施了国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”和“中国大陆构造环境监测网络”,在中国大陆及周边建立了由260个连续GPS观测站和2056个非连续GPS观测站构成的高精度、高密度观测网络,为精细而定量地研究中国大陆不同构造区域的现今地壳运动方式和构造形变演化态势提供了至关重要的基础平台。     

大气重力格林函数的理论计算

重力测量中需要扣除大气的影响.大气负荷对重力测量的影响可以分为大气质量变化引起的直接效应和大气负荷引起的地球变形带来的间接效应,大气负荷对重力观测值的直接影响,相对于间接效应量级较大.本文从理论上研究了大气负荷对重力观测的直接影响,仿照Farrell定义的负荷格林函数,引入大气重力格林函数,用来表示大气压变化对于重力观测的直接引力影响.在前人的基础上,本文采用了更为精细的大气模型,考虑大气温度随高程的变化,用离散褶积的方法求得了大气重力格林函数的理论值.实际计算时还要考虑地表温度、台站高程、周围地形等因素的影响,本文讨论了这些因素对大气重力格林函数的影响.考虑地表温度、台站高程、地形改正等各种影响因素以及地球变形引起的间接效应后,对台站周围区域积分即可求得大气变化引起的理论重力信号.     

地球表面质量负荷的静态响应

本文给出了单位点质量负荷作用在球状成层地球模型上的解。对较新的G-D1066A地球模型求出了n直到10000阶的负荷勒夫数,并利用这组负荷勒夫数计算了格林函数的值。简述了如何利用格林函数计算地球对表面任何负荷的响应。讨论了负荷潮研究在地球物理和海洋学方面的一些应用。     

地球表面质量负荷的静态响应

本文给出了单位点质量负荷作用在球状成层地球模型上的解。对较新的G-D1066A地球模型求出了n直到10000阶的负荷勒夫数,并利用这组负荷勒夫数计算了格林函数的值。简述了如何利用格林函数计算地球对表面任何负荷的响应。讨论了负荷潮研究在地球物理和海洋学方面的一些应用。     

利用GPS与环境负荷形变数据研究台风引起的垂向地表位移

台风造成的强降雨、低气压、海面高度变化均会引起地表的形变.本文利用中国大陆构造环境监测网（陆态网）7个GPS台站每日的垂向位移和环境负荷形变模型分析2018年9月10—26日台风"山竹"期间不同负荷引起的区域垂向地表形变.结果表明,台风期间大气负荷和非潮汐海洋负荷垂向形变最大分别达到5.1 mm和-9.2 mm.模型能较好地反映河流区域地表水文负荷变化造成的垂向形变,但不同模型之间存在系统偏差.由于缺少地下水等信息,模型反映负荷长期形变效应的效果不佳,且形变的量级明显小于GPS观测的结果.迅速增加的水文负荷使北海GPS站从开始下沉到最低点（-15.6 mm）5天的下沉量达到25.7 mm;珠海、广州GPS站均观测到河流汇水作用造成地表的二次下沉,且珠海站一周后才抬升到正常位置;湛江和北海GPS站能较好地反映河流水位变化,相关系数分别为-0.66和-0.50.研究结果表明,相比于形变模型,GPS能更有效地监测台风短期水文负荷形变,可为台风洪水等灾害监测与预报提供有用的信息.     

应用GPS垂向位移定量分析2011-2020年云南省极端干旱时空特征

干旱指数是评估干旱严重程度的重要指标.本文基于FastICA（Fast Independent Component Analysis）反演模式,利用GPS垂向位移反演了云南省2011—2020年的等效水高GPS-EWH（GPS Equivalent Water Height）,并根据GPS-EWH、GRACE Mascon产品与自校正帕默尔干旱指数SCPDSI（Self-Calibrating Palmer Drought Severity Index）产品,分别计算了GPS干旱指数GPS-DSI（GPS Drought Severity Index）、GRACE干旱指数GRACE-DSI（GRACE Drought Severity Index）及归一化SCPDSI,用于定量分析云南省干旱时空分布特征.研究结果表明,在滇中、滇西北与滇西南地区GPS-DSI、GRACE-DSI及归一化SCPDSI具有较高相关性,因此在该地区GPS-DSI可作为分析干旱事件的补充数据.但在滇东南与滇东北地区,GPS-DSI与GRACE-DSI、归一化SCPDSI的相关性极差,通过分析GPS站点分布特征,其原因可能是滇东南与滇东北地区GPS站点空间分布稀疏,因此分析该区域干旱事件时主要参考GRACE-DSI与归一化SCPDSI.GPS-DSI、GRACE-DSI与归一化SCPDSI的结果表明,2011—2020年间发生了三次显著的干旱事件,其中2019—2020年特大干旱事件持续的时间最长,共持续约20个月.具体分析此次干旱事件的时空特征,2019年全区以中度干旱为主,2020年大部分地区以极端干旱为主,其中滇西南地区2020年为异常干旱.

     

不同海潮和地球模型对中国台湾岛地区海潮负荷位移建模的影响

海潮负荷位移效应是高精度测绘和空间技术的重要影响因素之一,它是地球表面在空间和时间上发生的弹性响应,而这种响应的程度由地球内部的密度和结构决定.对海潮负荷位移进行研究,在一定程度上能够了解到地球内部的结构和属性.本文以M2潮波为例,采用不同海潮模型及格林函数,计算中国台湾岛地区不同海潮模型和地球模型的海潮负荷位移之间的矢量差,通过矢量差来评价不同海潮和地球模型对中国台湾岛地区海潮负荷位移的影响.最终发现:不同地球模型在东西分量和南北分量上对中国台湾岛地区海潮负荷位移的影响大于不同海潮模型的影响;在垂直分量上对中国台湾岛西部地区海潮负荷位移的影响大于不同海潮模型的影响,对中国台湾岛东部地区海潮负荷位移的影响小于不同海潮模型的影响.     

SNREI地球模型负荷勒夫数数值计算的新进展

基于Ｌｏｎｇｍａｎ和Ｆａｒｒｅｌｌ的表面负荷形变理论，深入研究计算ＳＮＲＥＩ弹性地球模型表面负荷勒夫数的数值计算方法，取得新的进展：采用了一种新的代换方法─ｒ￣ｎ因子法，比传统的无量纲化法简单易行，且能达到很高的计算精度；确立了检验表面边界条件、微分方程积分线性性和计算结果的收敛性，用于评价数值计算结果精度的有效准则；给出了ＰＲＥＭ地球模型的一组高精度计算结果．     

近海潮汐效应对测站位移的负荷影响

利用TPXO6全球海潮模型和中国东海和南海潮汐资料研究了近海潮汐效应对我国沿海部分台站负荷位移的影响.结果表明,近海效应对位移的水平和垂直分量的影响均达到了mm的量级,其中在厦门站的影响最大,水平和垂直分量的振幅分别接近3 mm和15 mm,因此近海潮汐效应是沿海地区GPS动力学应用中应该考虑的负荷效应中的一个因素.另外,各台站负荷位移水平分量随时间变化的规律是不一样的,最大值对于不同的台站出现在不同的方位,并且对于垂直分量,在上海站和在其他沿海站的影响存在着明显的反相关系.本文结果可为GPS资料处理提供有益参考.     

澳大利亚GPS坐标时间序列跨度对噪声模型建立的影响分析

坐标时间序列跨度对噪声模型建立存在较大影响。本文利用澳大利亚板块内10个连续GPS测站1998年1月至2009年7月的观测资料,采用4种策略分别以2.5年和递增的时间间隔,全面深入地分析了10个坐标时间序列的噪声特性变化,以及对应的速度及其不确定性的变化情况。通过分析10测站的噪声特性,发现采用假设白噪声加闪烁噪声组合的噪声模型与采用假设幂律过程的噪声模型具有等效性,其速度不确定性从时间跨度～9.5年开始趋于并且优于～0.2mm／a。同时,结果表明：采用长于9.5年的时间序列可以改善噪声对位置时间序列中速度以及不确定性的影响;并且在该区域不适合采用去除共模误差的空间滤波方法对时间序列进行处理;描述这些时间序列水平分量的最优随机模型为采用白噪声和闪烁噪声的组合。     

PREM-ZSCHAU滞弹地球模型对表面负荷的脉冲响应

利用PREM模型及ZSCHAU的地球内部粘滞性模型,解算了地球对表面负荷的脉冲响应问题,包括频率域和时间域的解.得到的复勒夫数及复格林函数表明,在ω>10~(-8)/s的频段内,地球的响应可视为基本上是弹性的,只有像冰后调整、地幔对流这样长期的运动,粘滞性才起重要作用;在ω<10~(-13)/s的频段,地球响应呈流体状态.     

地球电场与地球磁场对大气中带电粒子的作用及其对气候的影响

地球自转带动非对等分布的正负电荷绕地轴做圆周运动产生相对于地轴静止的地球主磁场并形成地球电场,同时,由地球自转所带动的带电粒子受到地球电场和地球主磁场的作用.为探索地球气候变化的自然原因,创建相对于地轴静止的地磁参考系,应用经典物理学理论和方法,分析研究大气中带电粒子在地球电场和地球磁场中的运动规律.结果表明:气候带及季节性节律均为大气受到电磁力、热力及地球引力的共同作用而形成;地球电场与地球磁场变化使地球系统带电粒子受到的电磁力发生变化,对气候的影响是全方位的;大气具有一定的自动调节功能,当代气候呈极端化趋势与大气中地球主磁场极弱密切相关.本研究结论概括为四个方面:(1)地球电场使大气中带正、负电荷的粒子呈交错分层分布态势且地球南、北两极及赤道附近空间的电荷密度高.(2)地球主磁场使大气中带正、负电荷的粒子在垂直地球主磁场平面内作方向相反的圆周运动并带动荷电大气回旋形成气旋和反气旋环流.(3)荷电大气回旋规律为:在线速度大小不变条件下回旋半径跟总磁场磁感应强度与大气荷质比的乘积成反比;回旋角速度大小等于总磁场磁感应强度与大气荷质比的乘积,与线速度无关.荷电大气相对于地面的速度在各象限分布不对称.(4)地球电场、地球磁场、荷电大气的运动及其产生的感生电场和感生磁场,遵循麦克斯韦方程组和牛顿运动定律等经典物理学规律,是一个相互纠缠的整体,具有超越介质的遥相关和遥响应机制,能够使大气中的极性分子物质发生电离,地震前地电场和地磁场的异常变化可以在大气中形成地震云.感生电场和感生磁场使回旋的荷电大气作经、纬方向的耦合,形成经、纬方向的偶极子型环流和纬向环状型环流,使荷电大气的运动与地形地势及下垫面的电磁特性紧密相关.荷电大气的回旋具有正反馈机制,随着荷质比的增大能够形成台风、龙卷风等旋风.大气中尺度不同的环流系统,从东(西)风带、南(北)半球环状模,到热带气旋等,都是地球电场和地球磁场驱动的荷电大气的运动所致,准定常行星波是大尺度环流系统感生电磁场传播的结果.     

PREM-ZSCHAU滞弹地球模型对表面负荷的脉冲响应

利用PREM模型及ZSCHAU的地球内部粘滞性模型,解算了地球对表面负荷的脉冲响应问题,包括频率域和时间域的解.得到的复勒夫数及复格林函数表明,在ω>10~(-8)/s的频段内,地球的响应可视为基本上是弹性的,只有像冰后调整、地幔对流这样长期的运动,粘滞性才起重要作用;在ω<10~(-13)/s的频段,地球响应呈流体状态.     

用东海和南海潮汐资料修正全球海潮模型对中国及邻区重力场负荷计算的影响

利用11个全球海潮模型和中国东海及南海近海潮汐资料,计算了海潮负荷对中国及邻区重力场的影响,进而讨论了用近海潮汐资料修正全球海潮模型对负荷结果的影响. 结果表明, 用近海潮汐资料修正全球海潮模型对沿海地区的负荷计算影响较大, 因此在计算海潮负荷对沿海台站的影响时, 必须顾及近海潮汐效应. 计算M2波海潮负荷时, 选择CSR4.0, FES02, GOT00, NAO99和ORI96海潮模型, 则对于内陆大部分台站负荷的近海效应在0.1times;10-8m/s2量级; 而计算O1波时, 如选择AG95或CSR3.0模型, 则在0.05times;10-8m/s2量级. 这说明模型中的各个潮波在我国沿海的准确性并不是一致的, 因此模型的选择是比较复杂的.      

大气重力信号的理论计算及其检测

基于标准大气定律和大气圆柱体分布模型,本文引进了大气重力格林函数,用离散格积方法求得了大气对重力场观测的影响,对台站高程、周围地形和地表温度变化等因素的影响问题进行了讨论．结果说明台站近区气压变化是大气重力信号的主要贡献者,考虑大气质量负荷引起的弹性地球形变效应后,对距台站0．5°的区域积分获得的大气重力导纳值为—0．3603μGal／hPa,占全球大气变化引起的总信号的90％以上,这一理论模型结果与超导重力仪实测结果相吻合,并能较有效地用于消除重力观测中的气压干扰成分．     

不规则载荷影响地表近场垂向位移和倾斜观测的定量计算

基于均匀的、各向同性的半无限弹性体的点状载荷模型引起周边垂向位移场变化的解析解,本文推导了水平倾斜场的解析解计算方法,给出了二维、三维不规则形状载荷对地面或地下某点的垂直位移和水平倾斜的解析解计算方法。并对比分析了质点简化模型和不规则模型的差异性。最后给出了据不规则形状载荷模型得到的近场垂直位移以及水平倾斜场的展布特征。研究结果表明,相对质点简化模型,不规则载荷模型对近场的刻画具有一定优势;二维不规则形状载荷模型的建立,使得将载荷散点化后再将矢量叠加进行计算成为可能;三维不规则形状载荷模型在载荷散点化后,通过赋予散点的不同权重进行载荷重新分配,然后用矢量计算法获取位移场的变化;在二维和三维不规则载荷散点化后的矢量叠加过程中都存在着较明显的收敛过程,表明该计算方法的正确性和可行性。