利用卫星重力探测南极冰盖质量变化

针对不同GIA模型在南极地区的改正差异较大,分析了采用不同GIA模型分析得到的南极冰盖融化误差值,研究了南极冰盖质量变化加速度。研究结果表明,扣除IJ05模型影响后,整个南极冰盖质量以(-81.5±4.2)Gt/a的速度和(-12.3±6.5)Gt/a2的加速度融化,对海平面上升贡献分别为(0.23±0.01)mm/a和(0.03±0.02)mm/a2。西南极处于加速融化状态,速度由2003—2008年间的-37.7Gt/a增加至2009—2013年的-156.0Gt/a。东南极冰盖在2009年前处于稳定,2009年后逐渐积累,且积累速度不断增加。2003-2013期间内东南极,西南极冰盖质量变化速度及加速度分别为(28±13.4)Gt/a、(9.8±2.8)Gt/a2、-(108.1±3.5)Gt/a和-(21.1±2.9)Gt/a2,南极冰盖融化主要来自西南极。南极冰盖周年变化影响较强,每年10月左右其质量变化振幅达到最大,半周年变化影响最大在西南极,S2潮波振幅在Ronne冰架附近较大,振幅最大值达到25mm。     

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。     

GRACE卫星的冰川消融与水储量变化探讨

针对青藏高原地区的冰川消融会影响发源于该地区的长江流域水储量变化这一情况,该文对二者的相关性进行深入研究。基于GRACE卫星2004—2010年重力数据,联合水文模型,利用水量平衡法,计算得到青藏高原地区冰川消融的平均速率为0.369cm/a,表明青藏高原冰川正在以较大速率消融;进而反演建立青藏高原和长江流域两个区域质量变迁的时间序列,计算得到两个区域的平均变化速率分别为-0.095cm/a和0.381cm/a,表明青藏高原地区的质量在以缓慢的速率减少,而长江流域水储量具有逐年增加的趋势且变化速率更大;最后通过分析计算结果,得出青藏高原地区冰川消融对长江流域水储量变化的贡献占其整个水量变化的20%。     

由GRACE RL05数据反演近10年中国大陆水储量及海水质量变化

利用CSR(Center for Space Research)提供的GRACE RL05数据反演2003—2012年中国大陆水储量及其周边海域海水质量变化趋势。采用改进去相关滤波算法,使拟合最高阶次位系数为55及数据系列两端球谐位系数无须作为滑动窗口中心可直接拟合,去条带效果相比传统方法更明显。结果表明,中国陆地水储量在华北平原、三峡地区及青海、新疆、西藏交界地区变化较大。十年间,华北平原地下水以4.1±1.3mm/a速度减少,陆地水和地表水变化主要集中在2004—2008年;三峡水库3次蓄水引起地区等效水高变化分别为52mm、18mm及7mm;青海、西藏、新疆3省区交界地区地表水变化引起陆地水、地下水分别以10.6±0.9mm/a及11.6±1.0mm/a的速度增加。扣除冰川均衡调整后,GRACE反演海水质量的变化结果显示,东海、南海、黄海海水质量分别以4.23±0.9mm/a、1.33±0.9mm/a及3.09±1.1mm/a的速度上升,东海海水质量在长江入口附近上升速度最快。     

念青唐古拉山冰川高程变化的ICESat监测

针对青藏高原冰川高程变化研究较少的问题,该文提出一种大范围区域的冰川高程变化监测方法。基于ICESat激光高度计数据,联合利用SRTM DEM数据,计算念青唐古拉山脉冰川的高程变化,进而反演冰川的冰量变化。结果显示,念青唐古拉山冰川高程在2003—2009年间平均减薄速率为(0.53±0.47)(m·a~(-1)),估算得到冰量年均减少(0.32±0.28)km~3,总体呈逐年减少趋势,证明冰川一直处于消融状态。拉萨和当雄气象站的资料表明,冰川消融主要是由于当地气温升高。     

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。     

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。     

基于GAMIT/GLOBK和GPS观测确定加拿大地区的冰川均衡调整导致的垂向形变

本文采用加拿大地区31个IGS台站的观测数据,利用GAMIT/GLOBK软件处理了时间跨度为2000—2018年的GPS原始观测资料,得到了ITRF2014参考框架下的台站位置垂向运动速率的时间序列.对GPS时间序列进行阶跃探测及修复、异常值探测及剔除、趋势项估计、去除近期冰川融化导致的地表弹性变形后,得到了由冰川均衡...     

利用测高卫星观测数据计算全球海平面季变化

利用了美国宇航局和法国空间局联合公布的Jason-1第1周期至第129周期卫星测高数据,采用共线平差的方法计算了2002年至2005年全球海平面的季变化。计算结果表明,全球海平面高第一、四季度上升,第二、三季度下降,且第三季度下降明显。     

2003-2018年Byrd冰川流域冰下湖活动及水文联系--多源卫星测高数据监测结果分析

南极冰盖下流动水、活跃冰下湖的活动对冰动力学、接地线稳定性和冰盖物质平衡都有重要影响。本文结合ICESat和CryoSat-2测高卫星数据集,分别运用重复轨道法和差分DEM法,对Byrd冰川流域17个活跃冰下湖进行长达16年的监测,并计算其平均高程和平均水量变化,总结活跃冰下湖的水文特征。根据水势方程获取了此区域的冰下排水路径图,结合冰下湖的位置和活动情况分析其相互间的水文联系。结果表明Byrd冰川流域多个活跃冰下湖间存在明显的水文联系:Byrd1和Byrd2冰下湖具有以2~3年为周期的储排水活动规律,并且Byrd1冰下湖主要受到上游Byrd2冰下湖活动的影响;Byrds9和Byrds14分别受到上游Byrds11和Byrds15冰下湖排水的补充,使湖水水量持续上升。     

基于卫星高度计的冰川物质平衡测量

2003~2009年全球冰川物质平衡量大约为-259 Gt·a~(-1)±28 Gt·a~(-1),冰川高程变化和物质平衡研究一直是冰川研究的重要方面。简要介绍了目前主要用于冰川高程变化研究的卫星高度计数据和冰川高程变化和物质平衡研究的主要方法。不同学者对全球各个主要冰川的物质平衡计算结果显示,全球冰川基本上都是负的物质平衡。随着卫星遥感技术的不断发展,卫星高度计将获得精度更高的全球高程数据,为冰川高程变化和物质平衡提供更多的数据支持。     

利用多代卫星测高资料监测1993～2011年全球海平面变化

联合多代测高卫星T/P、Jason-1/2海面高数据和验潮站数据,确定了各卫星高度计的长期低频漂移,建立了统一的卫星测高海面高观测值,研究了1993～2011年间全球平均海平面的变化。结果表明,近18a全球平均海平面以3.12±0.4mm·a-1的速率上升,其中,海平面年际信号与ENSO事件表现出较强的相关性。     

卫星测高逆气压改正及其对海平面变化的影响

研究了全球平均大气压的变化特征,分析了传统卫星测高逆气压改正存在的缺陷,并对以常数大气压为参考值、以全球海洋平均大气压为参考值和顾及高频信号的3种逆气压改正进行了对比。根据T/P卫星测高数据对3种改正方法得到的海面高和海平面变化进行了比较分析,相比于前两种逆气压改正,顾及高频信号的逆气压改正最接近海平面的真实响应,可减少卫星测高海面高交叉点不符值RMS约5.70mm,分别提高海平面变化估计精度约18%和12%。     

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。     

青藏高原北部地区长期质量变化研究

针对青藏高原内陆地区存在的大范围未被合理解释的正质量变化信号问题,本文利用GRACE卫星观测资料定量研究了青藏高原北部地区2002—2015年间的地表质量变化趋势,并与水文模式和降水资料进行了比较分析。GRACE结果表明青藏高原北部地区存在等效水高为0.41cm/a的长期质量变化,水文模式得到的结果为0.12cm/a。长期信号显示两者虽在空间分布上存在较大差别,但在区域内具有相近极大值,且正信号均向研究区域的东南方向外延,体现出了较好的一致性。GRACE结果的周年振幅是水文模式的23%,这说明在研究区域内呈周期变化的土壤水信号并非是GRACE的优势信号,即水文模式无法给该研究区域质量长期变化以合理解释。此外,青藏高原北部地区的水文模式结果受降水影响较大。     

联合卫星测高、GRACE与温盐数据分析红海海平面变化季节性特征

本文利用卫星测高、GRACE与温盐数据监测2003-2014年红海海平面变化,并分析了蒸发降水以及亚丁湾-红海质量交换对红海质量变化的影响。红海地区单一的温盐数据存在覆盖不全或质量不佳的问题,综合CORA、SODA与ORAS4温盐数据估算结果得到平均比容海平面变化,以改善比容信号的精度。针对GRACE数据处理过程中截断与空间平滑滤波引起的泄漏误差,提出改进尺度因子纠正泄漏误差,利用卫星测高数据进行模拟实验验证了改进尺度因子的有效性。利用传统尺度因子和改进尺度因子反演的红海质量变化周年振幅分别为16.1±1.3 cm和20.5±1.7 cm,利用卫星测高和温盐数据估算的质量变化周年振幅为20.2±1.0 cm,表明改进尺度因子可有效减小泄漏误差的影响,改善GRACE模型反演红海质量变化的精度。卫星测高、GRACE卫星重力数据以及平均温盐数据具有较好的一致性,联合GRACE和温盐数据估算的红海综合海平面变化周年振幅为16.6±1.7 cm,与卫星测高估算的总海平面变化周年振幅(16.2±0.9 cm)基本一致,表明多源数据可构成完整的红海海平面监测手段。相比于降水-蒸发作用,红海质量变化受红海与亚丁湾的海水质量交换的影响更为显著,其主导了红海质量的季节性变化。     

潮汐模型对利用卫星测高数据研究海平面变化的影响

利用T/P测高数据反演了中国近海及西北太平洋海域的潮汐参数,构造了CSR3.0、FES95.2和T/P反演的海潮模型改正下的海面高时间序列,通过海面高变化曲线及功率谱的比较确定了利用测高数据发现的海平面季节内变化主要是潮汐模型误差的贡献。     

基于Argo浮标的比容海平面变化的研究

通过对2005-2009年的Argo浮标温度、盐度数据的分析计算,得出65°S～65°N比容海平面具有明显的周年变化的规律。与WOA05所得的结果进行比较,得出二者月平均比容海平面变化差异大部分地区在-3～3 cm之间。对比容海平面变化的时间序列进行分析,得比容海平面的振幅为4.2 mm,相位为94.8°,长期趋势项为0.36 mm/year,与William Lloverl利用SCRIPPS中心所得的处理结果较为一致。