利用GNSS地表形变反演区域陆地水储量变化的进展

连续密集的全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)观测的地表形变可用于反演高时空分辨率的区域陆地水储量（terrestrial water storage, TWS）变化,对区域水循环和气候变化的研究具有重要意义,已成为当前水文大地测量领域的一个研究热点。介绍了利用GNSS地表形变反演区域TWS变化的负荷格林函数法和Slepian基函数法,在此基础上评估了GNSS反演TWS变化的稳定性及性能,并重点评述了将其应用于区域水循环和极端气候变化研究的最新进展。对当前GNSS反演TWS变化方法存在的问题及未来发展趋势（如数据精细处理、多类数据联合反演等）进行了总结与展望,以期对未来利用GNSS监测技术研究区域TWS变化及相关应用提供参考。     

质量负荷引起地表形变的格林函数和球谐函数方法对比研究

固体地球对地表质量负荷响应,一般采用格林函数或球谐函数方法来计算。两者在数学上是等价的,在实际计算中存在差异。应用地表流体质量负荷变化数据,定量分析了二者在计算地表位移时的精度。结果表明,同一负荷作用下对单点地表位移的计算,两者的精度在误差水平上是一致的,其计算效率也是一致的;但在计算全球1°规则网格站点时,球谐函数方法要比格林函数方法在计算效率上快近100倍。对地表流体质量变化而言,2°空间网格的分辨率一般可满足改正GPS位移数据的精度,且地表流体引起的站点垂直位移变化可解释超过50%的GPS观测方差。     

大气负荷引起的重力与位移变化理论计算的精度估计

讨论了实测大气观测资料计算气压变化引起的重力和位移效应的精度问题。基于区域分布的实测资料和格林函数褶积计算方法 ,讨论了数据网格划分、气压平均估值、空缺数据插值和不同地球模型对重力和位移负荷效应理论计算精度的影响。结果说明 ,在气压采样时刻 ,大气变化对重力、垂直和水平位移的计算精度分别为± 0 .1 95μGal( 1 Gal=1 cm/ s2 )、± 0 .0 43 cm和± 0 .0 1 2 cm,对提高重力、GPS、SL R和 VLBI观测结果精度大有裨益。但在非大气观测采样时刻 ,特别是寒潮和气压旋变化激烈时刻 ,内插数据精度没有保证 ,上述各分量的误差较大     

正则化滤波在反演地表光谱反照率中的应用

利用有限的卫星观测数据,通过反演地物二向性反射分布函数(BRDF)模型提取复杂地表的真实信息,是一个不适定的地球科学反演问题。为了克服离散不适定性带来的困难,在分析引起模型解不稳定的原因和数据误差传递机制的基础上,使用构建滤波函数的方法实现BRDF模型的正则化约束反演。实验结果表明,正则化滤波算法与MODIS AMBRALS算法精度相当,完全适用于具有充足观测和稀疏观测情况下的地物参数反演。     

附加空间约束的径向点质量模型方法反演区域地表质量变化

径向点质量模型反演方法本质上是空间扰动重力的向下延拓,属于病态问题,通常采用正则化方法求解。针对该问题,对径向点质量模型方法进行改进,提出附加空间约束的径向点质量模型方法,引入符合实际的空间约束条件,建立空间约束条件的虚拟观测方程,并采用赫尔默特方差分量估计确定原始观测方程和虚拟观测方程的合理权比,使反演结果更加稳定。以南美大陆区域为研究区域进行陆地水储量变化反演,试验结果表明：增加空间约束后,法方程组条件数明显减小、病态程度降低,反演结果与球谐系数法反演结果、GLDAS模型结果整体相一致,验证了方法的正确性,说明该方法可有效应用于区域地表质量变化反演,为利用卫星重力监测地表质量变化提供了一种新途径。     

地表位移场的有限变形分析

为了精确分析地表位移场的变形状态，把地表变形视作有限变形，把有奶变形非线性力学理论应用到地表变形分析中。模拟计算结果表明，该理论能更精确地描述地表变形。     

基坑边坡垂直位移监测回归分析

对于深基坑开挖前,为保证开挖及附近建筑物安全,需对加固的边坡进行形变测量.本文在对多期观测结果进行精度评定后,采用一元线性回归模型对成果进行分析,经T检验法验算了在显著水平α=0.05下回归效果显著.     

环境因素对山东GPS基准站垂直位移的影响分析

基于山东地壳运动GPS观测网络(CMONOSD)提供的连续观测结果,经过GAMIT/GLOBK软件处理,再采用GRACE,LAD,SG及GLDAS分析陆地水引起的重力变化,分析证明,在该地区陆地水导致的空间重力变化可达100.12±0.7 nms-2量级,采用LAD模型会导致重力长期以微小趋势上升,反之采用GLDAS模型会导致重力长期以微小趋势下降。通过研究大气负荷、陆地水和非潮汐海洋对山东省各基准站垂直位移的影响,发现大气负荷对台站垂直位移的影响最大为8 mm,陆地水次之,非潮汐海洋的影响最小。     

黄土山区煤层群分层开采地表位移规律分析

为了研究黄土山区地形对煤层群开采地表位移的影响,以榆林某矿为地质原型,利用数值软件模拟地表为近水平、正坡、负坡、凸面和凹面五种地形条件下煤层群开采。结果表明:黄土山区地形的变化,对煤层群开采顶板垂直应力影响不明显,对地表位移影响较大;单向坡开采,斜坡滑移引起的下沉量在坡顶与开采沉陷量形成“叠加”,在坡底形成“抵消”;在组合坡中,煤层群开采地表位移量相差很大,说明在变坡点附近地表位移较为复杂。     

采用点质量模型方法反演中国大陆及周边地区陆地水储量变化

研究了反演区域陆地水储量变化的点质量模型方法,采用Tikhonov正则化方法解决了反演过程中参数估计病态问题。利用GRACE（gravity recovery and climate experiment）时变重力场模型数据,用点质量模型方法反演了中国大陆及其周边地区陆地水储量变化,将点质量模型反演结果与球谐系数法反演结果、GLDAS（global land data assimilation）水文模型数据进行了验证分析,并选取了4个特征点计算了陆地水储量变化时间序列。实验结果表明,由于点质量模型方法将研究区域内不同网格质量变化对地球重力场的影响分离开来,所得区域陆地水储量变化局部信号更明显,并且点质量模型方法反演结果与GLDAS水文模型数据相关性更强。     

Assessment of Regional Variations in Biomass Production Using Satellite Image Analysis between 1992 and 2004

As a consequence of the increasing aridity experienced in Hungary in the past decades, any future spatial planning decisions should consider the threat of an arid environment. For identifying sensitive and endangered areas, suitable methods should be developed. These could help those responsible for decision making in providing quick and suitable actions in planning. Through the investigation of vegetation, regional scale variations in the landscape along with the responses of forests to climatic changes can be easily detected. Our primary aim was the evaluation of the natural water supply on the Danube Tisza Interfluve by studying the forests, meadows and pastures of the area in the summers of 1992 and 2004. We investigated with the help of remote sensing the short‐term response of vegetation to the altered environmental conditions. According to the spatial and temporal analyses of vegetation indices (NDVI) based on AVHRR and MODIS images, a considerable decrease in the activity of vegetation can be observed throughout the entire vegetation period. Due to the suspected climatic changes, 33% of the studied vegetation might be endangered.     

联合GNSS/LEO卫星观测数据的区域电离层建模与精度评估

高精度的电离层模型对于提高导航卫星系统的定位精度具有重要意义.低轨卫星的快速发展为建立高精度的电离层模型提供了新的契机.基于仿真数据模拟获得2017年1月1日-30日LEO (low earth orbit)和GNSS(global navigation satellite system)卫星观测数据,星座类型包括60...     

坝体弹模及坝基变模反演分析的研究

本文在理论分析的基础上,应用变形观测资料,系统讨论了反演混凝土坝坝体和坝基的物理力学参数(弹性模量)的原理和方法,并给出了详细的算例。     

高层建筑施工GNSS定位结果垂线偏差影响分析

利用EGM2008模型计算了全国34个直辖市、省(自治区、特别行政区)会城市所有市辖区的垂线偏差,通过统计分析发现,不同省会之间垂线偏差存在差异,东北、华东、华中、华南等区域省会各市辖区之间垂线偏差差异较小,其他省会尤其是西部部分省会的各市辖区之间垂线偏差差异较大。工程中应根据施工区域垂线偏差的具体数值和高层建筑高度对GNSS定位结果进行相应改正。     

联合GRACE与GPS比较山西省垂向地表形变

利用2009-05~2010-12共20 mon的GRACE时变重力场反演了山西省境内陆地水储量变化造成的地表垂直位移,并与同期的GPS高程残差进行了比较。结果显示,对大部分CORS站而言,GRACE反演的水文地壳垂向形变与GPS高程残差时间序变化量均在-6~6 mm之间;由二者提取的年周期信号平均振幅均为2.5 mm左右,但是相位存在较大差异。由于GPS数据处理过程未考虑周日、半周日大气潮汐,高阶电离层,及非潮汐海潮的影响,这三项误差会传播到测站坐标的时间序列,对GPS周年信号产生影响,所以可以认为GRACE与GPS结果的差异更多的是来自GPS数据处理的误差。     

利用GNSS掩星数据分析ENSO期间

厄尔尼诺-南方涛动事件(ENSO)会引起全球大气压强的异常变化. 应用2006年至2008年期间全球导航卫星系统(GNSS)掩星数据,采用几何光学反演法计算地面高度2 km处的大气压强变化,将厄尔尼诺期间(2006年12月)、拉尼娜期间(2007年12月)与正常年份(2008年12月)之间的全球大气压强求差,分析大气压强变化. 实验结果表明,利用GNSS掩星数据通过绘制全球范围某一高度的大气压强变化剖面图,可以直观地展现出ENSO期间的大气压强变化,为相关的气候变化研究提供便利参考条件.      

GNSS反射信号海面溢油回波DDM仿真研究

海上溢油已成为影响海洋生态环境的重要污染物之一,我国近40年发生约3200起海上溢油事故。当今用于监测海上溢油的遥感主要是光学和雷达卫星,卫星遥感往往重访周期长,而海上溢油事件时常发生,给海洋带来严重的环境污染,需要快速、准确的监测其状况。GNSS R技术具有全天候监测海洋的特点,因此更适合用于海面溢油检测。为了验证GNSS R技术在检测海面溢油的可行性,利用2013年中国青岛海洋溢油事故的遥感图像的溢油结果,作为仿真实验检测目标,进行岸基的GNSS R海面溢油检测仿真研究。利用Z V散射模型和海水／溢油的均方坡度(MSS)模型结合,建立了能反映海面状况GNSS散射信号特征的时延 多普勒图(DDM)。仿真得到DDM中检测到海面溢油区域,验证了利用GNSS反射信号进行海面溢油检测的可行性。      

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。      

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。