GPS水平位移时间序列地震短期信息特征分析

对GPS基准站连续观测水平位移时间序列数据的时-频特征进行了分析, 为了突出局部变化的信息, 在中国大陆东部选取一组参考点进行相似变换。 利用小波分析和傅里叶分析方法对资料进行处理, 分析结果表明, 2001年11月14日昆仑山口西8.1级大地震前中国大陆西部部分测点水平位移序列出现短期变化信号。     

中国大陆GPS连续站时序结果处理与分析

<正>利用网络工程一期和陆态网络二期共253个GPS连续观测站的资料,首先用GAMIT/GLOBK/QUCA软件计算得到了各个GPS连续观测站的单站三维站坐标时间序列。在进行GPS基线和区域应变时间序列计算分析前,对单站坐标时间序列进行剔除粗差、大震同震位移改正、线性拟合、周期改正的后期精化处理。在此基础上,计算得到了中国大陆916条GPS基线时间序列结果,并对主要构造带和重点地区:鲜水     

利用GPS和GRACE分析四川地表垂向位移变化

陆地水储量的季节性变化是导致地表周期性负荷形变位移的主要因素,有效地剔除地表位移中的陆地水储量影响,是获取地壳构造垂向运动的必要过程.四川地处青藏高原东边缘,地形分区明显,境内以长江水系为主,水资源丰富,研究四川地区地表负荷形变位移,有助于分析陆地水储量的时空分布特性及地壳构造形变信息.本文利用研究区域内59个CORS站的GPS观测数据,计算了CORS站点的垂向位移,并将其与GRACE所得相应结果进行对比分析.结果显示,GPS和GRACE所得垂向位移时间序列的振幅大小整体相符,但存在明显的相位差.GPS站点振幅最大值为12.7 mm,对应HANY站,最小值为1.5 mm,对应SCMX站.GRACE所得的地表垂向位移振幅大小均为3~4 mm,且最大位移集中出现在7-9月份;而GPS站点出现最大位移的月份和地形相关,东部盆地、西北部高原和南部山地分别出现在7-8月份、10-11月份和10月份.GPS站点时间序列中的周年项与陆地水的季节性变化强相关,为了讨论陆地水储量对GPS站点位移的影响,本文利用改进的总体经验模态分解方法（MEEMD：Modified Ensemble Empirical Mode Decomposition）,从GPS垂向位移时间序列中提取出周年项及约2年的年际变化项.发现利用MEEMD获取的周年项改正原始GPS时间序列时可使其WRMS（Weight Root Mean Square）减少量减小约26%,结果优于最小二乘拟合方法提取的GPS周年项改正效果,验证了MEEMD方法在GPS坐标时间序列处理中的可行性及有效性.     

中国大陆GPS连续观测站基线时间序列分析

本文根据中国地壳运动观测网络基准站1999年初至2010年9月底的资料, 对中国大陆90条GPS基线时间序列进行了分析, 讨论了这些基线在正常情况下的趋势性运动特征, 总结了2001年昆仑山口西和2008年汶川两次8级大震前GPS基线时间序列的异常变化, 并在此基础上分析了GPS基线近期变化情况。     

福建GPS台网观测位移时间序列特征的初步研究

使用福建GPS台网2004年3月至2006年10月的连续观测资料,对已作卡尔曼滤波后的时间序列观测值进行了初步分析。经数据处理估算各测站的运动速率,对连续观测结果综合分析获得位移,选取区域相对水平位移变化量较小的5个台站组成的一组稳定点作为基准;讨论了各测点连续时间序列与测站运动速率变化特征,除出现一次较明显的分量位移异常变化(可能与台湾强震活动有关)外,没有明显的水平位移异常现象。表明现今福建地壳运动趋势仍十分缓慢且整体较为平稳,是随同中国大陆地块较均匀地向东南方向运动。     

中国大陆内部GPS连续观测站基线分析

根据中国地壳运动观测网络基准站1999年初至2010年4月的资料,对中国大陆内部80条GPS基线时间序列进行了分析,讨论了这些基线在正常情况下的趋势性运动特征,总结了2001年昆仑山口西MS8.1和2008年汶川MS8.0两次大震前GPS基线时间序列的异常变化情况,并在此基础上分析了GPS基线近期变化情况。     

基准站GPS连续观测得到的垂直位移时间序列

利用1998年9月至2004年3月上旬中国地壳运动观测网络基准站GPS连续观测结果所获得的垂直位移时间序列,讨论了基准的选择,分析了基准站垂直位移的特点。取中国东部一组垂直位移变化形态基本一致、年速率较小的6个基准站作为垂直位移时间序列的基准。计算结果表明,每周的垂直位移解的精度可达3mm。与基准站的水平位移年速率相比,垂直位移年速率普遍较低;而与基准站的水平位移时间序列相比,一些基准站的垂直位移时间序列有非常显著的年周期变化,幅度达20～50mm。中国大陆西部基准站的年周期变化与地球自转有明显的相关性,并且符合地球自转守恒。基准站垂直位移的变化值得多方面深入研究     

高频BDS/GPS融合PPP确定2021年玛多MW7.4地震三要素

基于GREAT程序,利用GPS和BDS/GPS融合PPP(精密单点定位)获取了2021年玛多M_W7.4地震10个高频GNSS测站的地震时间序列,并通过历元间差分法获得了震前30 min的速度时间序列。分析发现,相对于GPS,BDS/GPS速度时间序列在东西、北南、垂直3个方向的精度分别提高了14.8%、15.2%和3.5%。利用STA/LTA(短时窗平均/长时窗平均)方法,从各测站GPS和BDS/GPS时间序列中提取了地震波初至时刻;利用2种时间序列计算得到的震中位置和发震时刻分别为(34.6°N,98.54°E),18:04:28.8和(34.63°N,98.51°E),18:04:29.2(UTC);利用GPS和BDS/GPS峰值地面位移,根据经验公式反演了玛多地震震级分别为M_W7.34和M_W7.36,BDS/GPS震级与GCMT公布的结果(M_W7.4)更为接近。结果表明：BDS/GPS融合PPP解算可提高时间序列稳定性并降低噪声,更真实地描述震时地表位移变化,从而提高震级解算准确性,更好地为地...     

跨祁连山-海原断裂带综合观测剖面资料分析

通过对跨祁连山-海原断裂带的民乐、华藏寺和沙沟河等3个剖面2005～2009年GPS、水准及重力观测资料的分析,得到各观测量在每个时间段的变化特征,对剖面所跨主要断裂的活动特征有所了解。发现跨不同剖面的昌马-俄博断裂、毛毛山断裂、庄浪河断裂和海原断裂附近点位的位移和重力变化都较大,表明这些断层活动性较强;通过分析各剖面垂直位移与重力变化的关系,可知重力变化主要由于物质的迁移引起。GPS资料分析表明,2006～2007年水平运动基本沿断层走向,而2007～2008年水平位移偏离断层走向,以东向位移增大为主;通过进一步对剖面周围的中国地壳运动网络连续观测站坐标时间序列的去线性分析,得知2007～2008年的观测结果与汶川地震的影响有关。用2008～2009年的重力变化同重力布格异常背景相比,可知民乐剖面附近处于调整恢复阶段,而华藏寺和沙沟河剖面附近的异常仍没有完全解除。     

GRACE卫星观测到的与汶川Ms8.0地震有关的重力变化

利用GRACE卫星重力资料,计算了中国大陆及周边的卫星重力时变场和地表密度变化分布,获取了具有代表性的点位区域的每月重力变化时间序列.同时获得了WUSH、LHAS、KUNM、LUZH站相对于区域参考框架的GPS位移时间序列.卫星重力观测结果显示喜马拉雅弧形带的重力在2004年苏门答腊M_w9.3地震后快速下降, 2006~2008年尤为明显,西域地块西北边界带上震后重力下降也较为显著;而沿青藏高原北至东边界2007年出现明显的重力上升沿构造边界的弧形分布,且2008年南北地震带中南段重力上升变化显著.这些苏门答腊地震后的重力变化趋势到汶川地震发生后才开始改变.GPS位移结果显示四个台站均记录到苏门答腊大地震的同震信号,震后WUSH、LHAS、KUNM站水平位移向量出现明显的运动趋势改变,且一直持续到2008年汶川M_s8.0地震的发生.GRACE卫星揭示的青藏高原及周边地表质量的变化为解释汶川地震的动力机制提供了新的观测途径和资料.本文结合区域构造运动的特点和GPS位移,对GRACE观测的时变重力场特征及汶川地震的动力机制进行了初步解释和讨论.     

印尼8.7级大震前后GPS观测站的地壳水平与垂直位移时间序列结果

利用IGS及中国地壳运动观测网络GPS连续观测站6年多时间的观测结果, 以中国大陆东部的稳定点组作为水平位移与垂直位移解的参考基准, 得到了2004年12月26日印尼苏门答腊8.7级与2005年3月28日8.5级大震前后GPS观测站的地壳水平及垂直位移时间序列的结果。 尽管所采用的GPS站点少, 且分布范围大, 但仍可看到在如此大的地震震前、 同震与震后地壳运动的特征, 为今后观测研究提供了十分有意义的结果。 文中所采用稳定点组基准有效消除水平位移场的平移与旋转, 而局部椭球面的不平性对计算区域地壳运动结果, 特别是对垂直位移的影响很小, 说明了位移解所描述的大范围区域位移场是合理的。 这两次地震的同震水平位移及震后的垂直位移影响量级达数厘米, 范围达远离8.7级地震震中4500 km之外, 甚至更远。     

福建GPS台位移时间序列分析

使用福建GPS台网2004年3月到2006年9月的连续观测资料,经数据处理获得时间序列分析结果。初步估算了各测站的运动速率和定位精度,水平向在1.5~3.2 mm,垂直向在6.6~8.2 mm。选取区域相对水平位移变化量较小的5个台站组成的一组稳定点作为基准,讨论了各测点的相对运动速率及时空变化特征。从水平位移结果分析表明,现今福建地壳运动的趋势仍十分缓慢且整体较为平稳,与华南地块同中国大陆其他地区比较呈相对稳定相吻合。     

高频GPS和强震仪数据在汶川地震参数快速确定中的初步应用

高频GPS可以实时获取地表位移数据,在地震学中有十分重要的现实应用,比如快速获取震中、震级、地震烈度甚至震源破裂过程.本文以汶川地震为例,首先利用近场7个GPS台站数据反演震中位置,由于高频GPS和测震学确认的震相不一致,两种震中结果相距约15.7 km.然后对高频GPS和强震动数据进行了比较分析,我们的统计结果表明,尽管由于工作原理不同,高频GPS数据中的地震动峰值与强震记录相比存在明显差异,但是高频GPS记录的PGA、PGV和PGD同样可以作为计算地震烈度的指标.进而,使用SMBLOC程序对强震记录进行事后的基线偏移校正,得到与实时高频GPS精度相当的地表位移序列.最后,采用移动平均窗口对这些位移数据作平滑,基于最速下降法和OKADA模型,对汶川地震断层破裂的过程进行了回溯性准实时反演.结果表明,汶川地震主断层由西南向东北方向破裂,以14∶28∶04为基准,在震后20 s提供初始震级M_W7.0,震后70 s震级稳定在M_W7.8,但断层仍在破裂,在震后159 s根据位移波形判断事件基本结束.研究表明,实时地表位移数据可以快速准确获取强震震级和破裂方向,从而使得高频GPS将对现有地震预警系统提供很好的补充.     

COSEISMIC DISPLACEMENT FIELD OF THE WENCHUAN EARTHQUAKE DERIVED FROM STRONG MOTION RECORDS AND APPLICATION IN SLIP INVERSION

The development of high-rate GNSS seismology and seismic observation methods has provided technical support for acquiring the near-field real-time displacement time series during earthquake. But in practice, the limited number of GNSS continuous stations hardly meets the requirement of near-field quasi-real-time coseismic displacement observation, while the macroseismographs could be an important complement. Compared with high-rate GNSS, macroseismograph has better sensitivity, higher resolution(100~200Hz)and larger dynamic range, and the most importantly, lower cost. However, baseline drift exists in strong-motion data, which limits its widespread use. This paper aims to prove the feasibility and reliability of strong motion data in acquiring seismic displacement sequences, as a supplement to high-rate GNSS. In this study, we have analyzed the strong-motion data of Wenchuan M_S8.0 earthquake in Longmenshan fault zone, based on the automatic scheme for empirical baseline correction proposed by Wang et al., which fits the uncorrected displacement by polynomial to obtain the fitting parameters, and then the baseline correction is completed in the velocity sequence. Through correction processing and quadratic integration, the static coseismic displacement field and displacement time series are obtained. Comparison of the displacement time series from the strong motions with the result of high-rate GPS shows a good coincidence. We have worked out the coseismic displacement field in the large area of Wenchuan earthquake using GPS data and strong motion data. The coseismic displacement fields calculated from GPS and strong motions are consistent with each other in terms of magnitude, direction and distribution patterns. High-precision coseismic deformation can provide better data constraint for fault slip inversion. To verify the influence of strong-motion data on slip distribution in Wenchuan earthquake, we used strong motion, GPS and InSAR data to estimate the stress drop, moment magnitude and coseismic slip model, and our results agreed with those of the previous studies. In addition, the inversion results of different data are different and complementary to some extent. The use of strong-motion data supplements the slip of the fault in the 180km segment and the 270~300km segment, thus making the inversion results of fault slip more comprehensive. From this result, we can draw the following conclusions:1)Based on the robust baseline correction method, the use of strong motion data, as an important complement to high-rate GNSS, can obtain reliable surface displacement after the earthquake. 2)The strong motion data provide an effective method to study the coseismic displacement sequence, the surface rupture process and quick seismogenic parameters acquisition. 3)The combination of multiple data can significantly improve the data coverage and give play to the advantages of different data. Therefore, it is suggested to combine multiple data(GPS, strong motion, InSAR, etc.)for joint inversion to improve the stability of fault slip model.     

2000国家GPS大地控制网的数据处理和精度评估

2000国家GPS大地控制网集合了各类GPS网近10年的观测数据, 提供GPS点在全球参考框架下20000历元的绝对位置.文中简要介绍GPS数据处理的方法,给出数据处理的精度统计;以部分点的实测速度为基础,建立中国大陆地壳运动速度场;基于GPS测量的动态系统状态,选择序贯卡尔曼滤波的广义测量平差方法,对GPS点做顾及地壳运动的整网平差,并给出整网平差结果的精度统计和外部检核.一系列的手段和措施保证了平差结果的合理性和可靠性.     

利用GPS与GRACE监测陆地水负荷导致的季节性水平形变：以喜马拉雅山地区为例

地表陆地水负荷变化是引起重力场和地壳形变呈现季节性特征的主要因素,并且能够利用地表及空间大地测量技术对其进行有效的监测.本文通过对质量负荷形变效应的理论模拟,描述了水平分量的形变指向以及垂直与水平分量的幅值比可以提高对负荷区域的辨别程度,并且联合GPS坐标时间序列及GRACE模型对喜马拉雅山地区的季节性负荷形变进行了详细对比分析,研究结果显示两者垂直分量的季节性变化具有较好的一致性,且GPS周年项幅值要大于GRACE.而由GRACE解算得到的水平分量结果表明该地区季节性形变主要受东南亚及印度东北部地区的陆地水负荷控制,位于喜马拉雅山地区多数GPS台站的垂直分量及北向分量的初相位与GRACE模型解算结果相近,而部分GPS台站的东向分量与GRACE模型存在明显不同,由此导致GPS与GRACE监测到的形变指向存在差异.通过对GRACE估算精度以及GPS垂直与水平分量幅值比的深入分析,发现GPS对局部周边地区的河流、谷地及农田灌溉等负荷变化造成的形变效应较为敏感,而GRACE由于截断阶次及平滑滤波等影响因素,不仅造成在水平分量上的分辨率远低于垂直分量,而且整体估算精度要低于GPS观测得到的形变信息.     

Hydrological signals in height and gravity in northeastern Italy inferred from principal components analysis

This work describes a study of GPS heights, gravity and hydrological time series collected by stations located in northeastern Italy. During the last 12 years, changes in the long-term behaviors of the GPS heights and gravity time series are observed. In particular, starting in 2004–2005, a height increase is observed over the whole area. The temporal and spatial variability of these parameters has been studied as well as those of key hydrological variables, namely precipitation, hydrological balance and water table by using the Empirical Orthogonal Functions (EOF) analysis. The coupled variability between the GPS heights and the hydrological balance and precipitation data has been investigated by means of the Singular Value Decomposition (SVD) approach. Significant common patterns in the spatial and temporal variability of these parameters have been recognized. In particular, hydrology-induced variations are clearly observable starting in 2002–2003 in the southern part of the Po Plain for the longest time series, and from 2004–2005 over the whole area. These findings, obtained by means of purely mathematical approaches, are supported by sound physical interpretation suggesting that the climate-related fluctuations in the regional/local hydrological regime are one of the main contributors to the observed variations. A regional scale signal has been identified in the GPS station heights; it is characterized by the opposite behavior of the southern and northern stations in response to the hydrological forcing. At Medicina, in the southern Po Plain, the EOF analysis has shown a marked common signal between the GPS heights and the Superconducting Gravimeter (SG) data both over the long and the short period.     

Geodetic evidence on segmentation of Cascadia subduction zone based on episodic tremors and slips using multivariate harmonic analysis of GPS time series

Episodic tremor and slip (ETS) events with different recurrence intervals have been observed in abundance all along the Cascadia subduction zone margin. Analysis of seismic records as well as Global Positioning System (GPS) time series of the Pacific Northwest Geodetic Array (PANGA) has suggested three distinct coherent zones for the occurrence of these events. In this paper multivariate harmonic estimation has been deployed for further analysis of the segmentation in this area. Raw time series of 43 permanent GPS stations have been used for this purpose. The GPS stations have been geographically divided into three distinct groups including those in the northern, middle and southern parts of the study area. After the reduction of time series for the linear trend as well as annual and semiannual effects, the data series of each group has been analyzed using the multivariate harmonic estimation technique. Subsequently, different combinations of GPS stations including the stations located in the southern, northern and middle zones have been analyzed. Furthermore, the northern and middle, southern and middle as well as the northern and southern zone pair combinations have also been analyzed. The statistical measure devised for identifying the significant frequencies suggests common periods that are consistent with the recurrence intervals of the ETS events already reported for each of the above three geographic zones. Moreover, the method can provide geodetic evidence, in addition to geophysical ones, on the segmentation of ETSs, provided that the adopted time series are of a sufficient length. The geodetic evidence obtained in this research is consistent with the recurrence intervals as well as the boundaries obtained by the analysis of seismic records. Contrary to univariate harmonic estimation, multivariate approach using spatio-temporal correlation of the GPS time series is capable to detect those ETSs whose impacts on the time series are weak.     

基于多通道奇异谱分析的GNSS坐标时间序列共模误差的提取

共模误差是区域连续GNSS网中存在的一种与时空相关的主要误差源.为了有效的剔除共模误差,提高坐标时间序列的精度,本文提出了利用多通道奇异谱分析（Multi-channel Singular Spectrum Analysis,MSSA）提取共模误差的新思路,并利用实验区域18个测站9年（2002年到2010年）的GPS坐标时间序列进行实验,分析了共模误差对时间序列的影响和测站噪声特性的影响,并对共模误差序列进行周期探测,结果显示：通过MSSA能够有效的剔除共模误差,提高坐标时间序列的精度.