联合Argo浮标、卫星测高和GRACE数据研究海平面变化

卫星测高、GRACE、Argo等数据为监测海平面变化提供了丰富的观测数据,利用Argo数据计算的比容海平面变化,可以更加深入地理解卫星测高以及卫星重力获得的海平面变化。利用2004年1月至2010年12月间Argo浮标采集的温度和盐度数据,通过数值积分方法计算了65°S~65°N间的比容海平面异常,并通过最小二乘拟合得到比容海平面变化的长期趋势为0.63±0.45 mm/a,与Llovel得到的结果吻合较好。利用卫星测高数据得到该时间段内海平面变化趋势为2.52±0.71 mm/a,GRACE反演得到的海水质量变化引起的海平面趋势为1.84±0.13mm/a,结果表明海水质量变化成为引起海平面变化的主要因素。最后对联合卫星测高、GRACE得到比容海平面变化与相应Argo浮标数据计算结果的空间分布特征进行了比较。     

利用卫星测高与验潮站数据监测越南近海海平面变化

利用卫星测高和验潮站资料计算分析了越南近海海平面变化。结果表明,两种数据得到的海平面变化过程具有很好的同步性,其中,由测高数据计算得到的1993-2015年越南近海整体上升速率为3.18 mm/a,沿岸验潮站海平面上升速率为4.1 mm/a。在整个验潮站观测时段,越南沿海海平面呈上升趋势,平均上升速率为3.02 mm/a。越南近海海平面表现为较强的季节性特征,在红河和湄公河三角洲沿岸地区,极易受到风暴潮和洪水等季节性气候的影响。     

近20年海平面变化成因研究进展及挑战

揭示海平面变化成因有助于深入认识当前的全球气候变化,并做出积极应对。空间大地测量技术及海洋浮标观测极大地促进了对全球及区域海平面变化成因的研究,有效弥补了海洋模式对长期趋势估计不准确的缺点,有助于理解海平面长期趋势及年际变化的驱动因素。本文系统回顾了近20年关于海平面上升成因的研究进展,分析了陆地质量迁移不同成分对海平面上升的贡献。多源观测数据表明,海水质量增加贡献了2/3的海平面上升,其余1/3由海水热膨胀引起。由于气候变暖趋势没有减弱,陆地冰川消融和海水热膨胀均伴随加速度变化。这些研究成果不仅极大地提升了对当前海平面变化的认识,而且有助于约束对未来海平面上升的预测。最后,讨论了海平面变化成因研究中面临的困难与挑战:①在局部尺度上,使用观测数据尚不能完全揭示海平面长期趋势变化成因;②2016年后,全球平均海平面平衡方程的闭合差显著增大。     

联合多代卫星测高数据构建中国近海及邻域海平面异常序列

首先给出海面高的计算方法,并引入基于高斯滤波的粗差探测方法,有效地剔除了各弧段测高数据存在的粗差。通过对3颗卫星同步运行段测高数据的分析,得到3组数据在中国近海及邻域的平均偏差分别为:Jason-1相对T/P需改正-8.77 cm;Jason-2相对Jason-1需改正-7.33 cm,两者均小于其在全球海域的改正值。以T/P测高数据所得平均海平面为基础,利用改正后的Jason-1、Jason-2数据,得到该海域18年海平面异常时间序列,海平面平均上升速率约为4.9 mm/a。分别对中国近海各海域海平面异常时间序列进行分析,得到渤海、黄海、东海及南海的海平面平均上升速率分别为:2.5 mm/a、3.2 mm/a、3.6 mm/a和6.2 mm/a。将所得每周期离散正常点的观测数据格网化,然后逐格网计算海平面异常时间序列,得到研究海域18年来海平面异常平均上升速率的分布情况。结果表明,研究海域海平面上升速率高于全球平均水平。     

联合时变重力数据与测高数据反演全球海平面变化及其分量贡献

理解全球海平面变化具有十分重要的意义,它间接反映了地球系统中气候性相关因素的变化。本文基于一组海平面指纹和比容经验正交函数,联合时变重力数据和卫星测高数据反演了2002年4月至2020年2月的全球海平面变化,将全球海平面变化分解成南极冰盖融化、格陵兰冰盖融化、陆地冰川融化、陆地水储量变化、冰川均衡调整和海水比容效应这6个分量的贡献。联合反演结果显示,全球平均比容海平面变化为1.08±0.05 mm/a,与相关文献的结果相吻合。研究发现,联合测高数据和时变重力数据的反演方法能够一定程度上减弱GRACE Follow-On卫星时期海水质量变化被低估的现象。本文利用联合反演的结果研究了区域海平面变化,在大部分近海区域反演效果较好,这表明该方法可用于区域海平面变化的研究。     

近海多种卫星测高联合数据处理技术

海域海况复杂多变 ,潮汐不但受外海能量输入的控制 ,而且在复杂的海岸线、浅海海底和内陆河流运输的作用下变得异常复杂。卫星测高由于受复杂的海洋动力环境和陆地反射的影响 ,数据质量普遍较深海差。将多种卫星测高数据联合处理 ,可以大大提高近海海域平均海面高的精度与分辨率 ,增强测高卫星监测近海复杂动力现象与反演近海复杂动力机制的能力。本文讨论近海多种卫星联合数据处理的技术与方法 ,分别从提取海平面稳态和时变信息的角度较系统地研究了多种卫星测高联合数据处理方法 ,通过提取不同测高卫星海平面观测数据中与时间无关的系统偏差 ,建立多种卫星测高数据的海平面时变基准 ,从而将多种测高卫星海面监测数据融合到一个动力系统中。大大提高测高卫星海平面监测的时空分辨率 ,为联合多种卫星测高数据在大地测量与近海海洋动力学研究中的应用创造基本条件。     

中国近海卫星测高数据处理与应用研究

本文围绕卫星测高原理、数据处理与应用,着 重对大地水准面、重力异常和海平面进行了探讨 和研究,研究范围涵盖了整个中国近海及其邻近 海域,包括部分西北太平洋海域.主要工作和成果 包括以下5个方面: 1.卫星测高原始观测数据的预处理.①原 始观测数据(Geosat/ERM/GM,ERS-1和 TOPEX/Poseidon)的误差分析与环境改正; ②多颗卫星测高数据处理与径向轨道误差的改 正--单,双星交叠平差;③卫星测高数据的共 线轨道(stacking)处理.     

联合卫星测高和GNSS观测的天津沿海近25年相对海平面变化分析

针对现有验潮公开数据因时间范围及潮位沉降修正等影响,难以真实反映天津沿海相对海平面变化的问题,基于全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）与验潮并置观测,设计了联合卫星测高和GNSS观测的天津沿海相对海平面变化分析方法。分析结果显示,1993—2018年期间,塘沽验潮站点的相对海平面上升速率约为13.45±0.45 mm/a;联合4个虚拟并置观测站,得到天津沿海不同区域的相对海平面上升速率在11.15～19.17 mm/a,平均上升速率15.09±0.45 mm/a。沿海地面沉降是天津相对海平面上升速率偏高的主要因素（贡献率大于70%）,受地面沉降非均匀空间分布的影响,海平面上升速率存在区域差异,塘沽验潮站难以代表整个天津沿海的相对海平面变化。     

北极新奥尔松地区海平面变化和陆地垂直运动分析

近百年来,全球正经历着以变暖为显著特征的变化,海水增温膨胀、陆地冰川和极地冰盖融化等因素导致全球海平面持续上升。北极新奥尔松地区现保存有典型的极地原始生态系统,客观准确地分析该地区的海平面变化,可以更好地为该地区自然生态环境监测和保护以及气候变化研究等提供基础。联合利用卫星高度计、验潮站和全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)观测资料分析新奥尔松地区的海平面变化的线性趋势和季节性规律,通过同时段资料(1993-2018年)的分析显示,该地区地壳呈上升趋势,上升速率为(8.09±0.19)mm/a;验潮站相对海平面呈下降趋势,下降速率为(-7.31±0.36)mm/a;利用地壳运动修正后的绝对海平面上升速率为(0.78±0.41)mm/a,低于全球同期水平,与卫星高度计观测的绝对海平面变化结果具有很好的一致性,二者相差(0.23±0.46)mm/a。在进行区域海平面变化分析时,可利用GNSS修正验潮站相对海平面获得该区域的绝对海平面变化。利用修正后的海平面资料分析结果显示,新奥尔松地区海平面变化具有明显的季节性规律,每年10月-11月为季节高海平面期,3月-4月为季节低海平面期。通过海表面温度与海平面的相关性分析认为,随着海表面温度变化,海平面也发生相应的变化。     

联合Jason-1与GRACE卫星数据研究全球海平面变化

海平面变化主要由海水质量变化和比容海平面变化组成。联合GRACE时变重力场与Jason-1卫星测高数据分别研究了全球平均海平面及其质量分量与比容分量的季节性变化(2002-09—2008-04),联合两种卫星数据所得平均海平面变化在周年振幅和相位上与WOA05海洋模型结果具有一致性。估算出研究时间段内全球平均海平面变化及其两个主要分量的长期性趋势,在超过6.5a的时间尺度上,全球平均海平面以+2.0±0.4mm/a的速率上升,其中海水质量变化分量的贡献为+1.4±0.4mm/a,比容变化分量的贡献为+0.5±0.3mm/a。     

基于多源数据的全球比容海平面变化研究

利用2005—2009年共60个月的卫星测高、GRACE数据计算全球66°S~66°N比容海平面变化,同时利用Argo数据计算得到该区域的比容海平面变化,结果可知比容海平面具有明显的周年变化。比较不同方法得到的比容海平面变化发现二者在整体趋势上较为一致,但局部也存在着差异。联合卫星测高、GRACE和利用Argo数据得到2005—2009年比容海平面变化振幅分别为10.5 mm和4.3 mm,长期变化趋势分别为1.63 mm/a和0.32mm/a。     

联合卫星重力、卫星测高和海洋资料研究全球海平面变化

利用GRACE、卫星测高和海洋实测温盐数据,探讨了2003~2012年间全球海平面、比容海平面和海水质量等的变化特征,并讨论了南极冰盖和格陵兰冰盖消融对全球海平面变化的影响。全球海平面整体呈上升趋势,上升速度为2.72±0.07 mm/a,且存在显著的空间分布特征。全球海平面、比容海平面和海水质量等的变化还具有显著的季节性特征,其中全球海平面变化的年周期振幅为4.6±0.3 mm。使用经验正交函数分析(EOF)得到全球海平面和比容海平面的季节性变化在南北半球存在显著的差异,但海水质量季节性变化不存在这种差异。南极冰盖和格陵兰冰盖的消融速率分别为-75.7±12.3 Gt/a和-124.1±2.9 Gt/a,对海平面的长期趋势项贡献分别为0.21±0.03 mm/a和0.34±0.01 mm/a,仅占全球海水质量增加速度1.80±0.10 mm/a的12%和19%,总计占31%,因此,两极冰盖质量消融并不是2003-2012年间海水质量增加的最主要因素。     

Seasonal global mean sea level change from satellite altimeter, GRACE, and geophysical models

We estimate seasonal global mean sea level changes using different data resources, including sea level anomalies from satellite radar altimetry, ocean temperature and salinity from the World Ocean Atlas 2001, time-variable gravity observations from the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) mission, and terrestrial water storage and atmospheric water vapor changes from the NASA global land data assimilation system and National Centers for Environmental Prediction reanalysis atmospheric model. The results from all estimates are consistent in amplitude and phase at the annual period, in some cases with remarkably good agreement. The results provide a good measure of average annual variation of water stored within atmospheric, land, and ocean reservoirs. We examine how varied treatments of degree-2 and degree-1 spherical harmonics from GRACE, laser ranging, and Earth rotation variations affect GRACE mean sea level change estimates. We also show that correcting the standard equilibrium ocean pole tide correction for mass conservation is needed when using satellite altimeter data in global mean sea level studies. These encouraging results indicate that is reasonable to consider estimating longer-term time series of water storage in these reservoirs, as a way of tracking climate change.     

武汉九峰地震台重力变化与地壳垂直形变分析

长期的重力变化和地壳形变观测是研究地下物质运动的重要手段。基于武汉九峰地震台2013—2020年的绝对重力和全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）观测数据,计算了长期的重力与地壳垂直形变的变化趋势,并以1年、2年和3年的时间间隔分段,进行线性趋势拟合,分别获得不同时间段的绝对重力年变化率、地壳垂直形变速率以及对应的比值。研究结果表明,武汉九峰地震台长期的重力年变化率为0.479 9 μGal/a,地壳垂直形变速率为-1.2 mm/a, 两者的比值为-0.399 9 μGal/mm,与理论值存在一定的偏差,可能与该区域的地下水活动有关。将不同时间段的重力变化与地壳垂直形变的数据展布在一张图中,发现数据点离散分布在不同区域,由此可初步判断地下物质运动过程,为区域动力学机制解释提供参考。     

格陵兰地区GLASS反照率产品质量评价及反照率变化趋势分析

冰雪反照率是影响和评估全球气候变化的重要因子。北极格陵兰岛拥有世界第二大冰盖,定量获取该地区反照率是研究北半球能量收支变化的关键。全球陆表卫星(global land surface satellite,GLASS) 产品系统生产的反照率产品是目前国际上时间序列最长（1981—2017年）的全球反照率产品。利用格陵兰气候观测网络(Greenland climate network, GC-Net)与格陵兰冰架监测计划(programme for monitoring of the Greenland ice sheet, PROMICE)网络观测的反照率数据,评估了格陵兰地区GLASS地表反照率产品的精度;并基于2000—2017年的GLASS地表反照率产品,分析了格陵兰地区7月份反照率的年际变化趋势与空间分布特征。结果表明:GLASS与GC-Net反照率的均方根误差(root mean squared error, RMSE)为0.077 8(决定系数R2=0.490 7),与PROMICE反照率差异的RMSE为0.078 6(R2=0.899 9),GLASS产品的反照率数值呈现一定的低估现象,但已满足格陵兰地区冰雪反照率研究的需要。基于2000—2017年7月份格陵兰地区的GLASS反照率变化分析可以看出,格陵兰地区的反照率在此期间整体呈现变小的趋势,平均速率约为0.000 6 /a,变小的地区约占格陵兰总面积的64%;其中,位于格陵兰西部海拔750~1 500 m之间的区域对气候变化最为敏感,反照率变小速率也最大,达到了0.026 /a。     

利用残差地形模型空域法精化局部地球重力场

陆地高分辨率重力数据是超高阶重力场模型及其应用研究的基础,但现有的观测技术和手段限制了陆地重力测量的覆盖区域,全球仍有大量的重力测量空白地区.采用残差地形模型空域法,利用高通滤波技术提取航天飞机雷达地形测绘任务(shuttle radar topography mission,SRTM)分辨率3"×3"的V4.1数据短...     

Analysis of some systematic errors affecting altimeter-derived sea surface gradient with application to geoid determination over Taiwan

This paper analyzes several systematic errors affecting sea surface gradients derived from Seasat, Geosat/ERM, Geosat/GM, ERS-1/35d, ERS-1/GM and TOPEX/POSEIDON altimetry. Considering the data noises, the conclusion is: (1) only Seasat needs to correct for the non-geocentricity induced error, (2) only Seasat and Geosat/GM need to correct for the one cycle per revolution error, (3) only Seasat, ERS-1/GM and Geosat/GM need to correct for the tide model error; over shallow waters it is suggested to use a local tide model not solely from altimetry. The effects of the sea surface topography on gravity and geoid computations from altimetry are significant over areas with major oceanographic phenomena. In conclusion, sea surface gradient is a better data type than sea surface height. Sea surface gradients from altimetry, land gravity anomalies, ship gravity anomalies and elevation data were then used to calculate the geoid over Taiwan by least-squares collocation. The inclusion of sea surface gradients improves the geoid prediction by 27% when comparing the GPS-derived and the predicted geoidal heights, and by 30% when comparing the observed and the geoid-derived deflections of the vertical. The predicted geoid along coastal areas is accurate to 2 cm and can help GPS to do the third-order leveling. Received 22 January 1996; Accepted 13 September 1996