基于GRACE/GRACE-FO反演华北平原2002—2021年水储量变化

针对华北平原水资源分布不均的问题，该文利用2002年4月—2021年12月共237个月的重力恢复和气候实验(GRACE)卫星、GRACE-FO卫星重力数据对华北平原的水储量变化情况进行了研究，采用奇异谱插值填补GRACE与GRACE-FO间的空白期数据，并联合3家Mascon产品、全球陆面同化系统水文模型与全球降水气候中心降水数据进行综合性比较和分析，实现了对华北地区水储量时空变化情况的探究。结果表明，华北地区陆地水储量整体呈下降趋势，亏损速率为-0.927 6 cm/a,且具有明显的季节特征，与降水量的变化情况一致，经过相关性分析，GRACE、GRACE-FO与3个Mascon产品反演的水储量变化存在较高的相关性，相关系数均在0.89以上。     

国家1985重力基本网简介

我国原有重力网是1957年苏联航空重力队协助建立的,属波茨坦系统。国务院中央军委1978年84号文决定重建我国高精度重力网和重力基准。国家1985重力基本网共57点,分为6个基准点,46个基本点和5个引点。在6个基准点上以意大利都灵计量研究所的可移式绝对重力仪(或我国计量科学院的绝对重力仪)进行了绝对重力测量。1983—1984年又以9台高精度、大测程的拉科斯特·萨贝格(LCR)—G型重力仪在57个点间进行了高精度相对重力联测。以后,为加强85网与国际重力网的联系,又以6台LCR—G型重力仪从北京出发,联测了巴黎、日本、香港等国家和地区的23个国际重力点。     

三峡地区流动重力差分变化及其特征分析

针对三峡地区复杂的地质构造背景及多年来该地区中小微震活动频发,呈现高频次、低震级的特征等问题,该文通过处理2013-2019年7期流动重力数据,得到2013年4月-2019年4月6幅流动重力场差分变化图,并结合2013年12月巴东Ms5.1级地震、2014年3月秭归Ms4.5和Ms4.9级地震、2017年6月巴东Ms4.3和MS4.1级地震及2018年10月秭归Ms4.5和Ms4.1级地震4次地震发震构造特征进行分析.结果表明:①三峡地区近7年来重力场差分变化呈现明显的正负变化区域,且分界线较明显;②结合4次地震震源分布,均位于重力正负变化分界区域,分析认为重力正负变化表明地下区域物质在挤压和扩张,交界区域容易引起局部地震;③区域流动重力测量对三峡地区中小震具有一定的监测能力.     

南极地区的重力固体潮观测与研究

研究了三台高精度LCR弹簧重力仪 (G5 89,ET2 0和ET2 1 )在南极长城站和中山站的重力潮汐数据 ,在武汉国际重力潮汐基准系统中确定了该地区的重力潮汐参数。研究了海潮负荷问题 ,经海潮改正后的观测结果与理论值间存在较大差异 ,说明海潮模型的不确定性。讨论了气压和温度变化对重力观测的影响。结果表明 ,气压重力导纳值随信号频率增加呈明显的下降趋势 ,可能存在“反变气压计”效应 ,而温度重力的影响主要集中在长周期频段。     

超导重力数据检测到的2011年日本东北大地震(Mw 9.0)震前重力异常及同震重力变化

高精度的超导重力数据已广泛应用于地球动力学的研究,对大地震前重力异常和同震重力变化的探测有助于震源机制和地震预警的研究,同时高精度的同震观测数据可用于断层滑动模型的反演。本文利用日本、中国及欧洲7个超导台站2011年3月的秒采样数据研究日本东北大地震（M_w 9.0）产生的重力变化,经潮汐、气压、漂移等预处理改正后,得到改正后的重力变化。对比同时段日本岛附近发生的2861次M_b≥4级地震,分析滤波后的重力变化数据,排除非主震的影响,发现0.12 Hz≤f≤0.18 Hz频段显示了明显的震前重力异常扰动信息,所有台站在震前89 h均开始出现重力异常扰动,Medicina站的震前最大异常扰动振幅达到28×10^-8 m/s²。另外,利用球形位错理论及地震的CMT解计算得到的地表同震重力变化理论值与超导重力观测值非常接近,同震重力变化绝对值与震中距成反比,近场站点的观测值比远场站点更接近于理论计算值,前者可作为断层反演的约束条件。     

上越新干线大清水隧道重力测量

为解决铁路通车问题,日本建造了近代世界最长的隧道—大清水隧道。1982年6月4和5日,在大清水隧道内,用两台拉科斯特重力仪进行了重力测量。本文主要叙述重力测量的基本情况及包括地形改正在内的归算处理方法。根据重力和海拔高程的关系,求得地表密度为2.64克/厘米~3。布格异常与地区的地质构造密切相关。在遍布广大山脉的巨大石英长岩上为负异常,而在隧道北半部的基岩上为正异常。     

武汉基准台气压对重力潮汐观测的影响

武汉基准台超导重力仪观测重力残差和台站气压的相关分析结果表明,重力残差信号主要是由气压变化引起的。本文在频率和时间域内分别测定了大气重力导纳值,结果说明在时域内的导纳值为－０．３０７μＧａｌ／（１Ｇａｌ＝１ｃｍ／ｓ＾２）,而在频域内的大气重力导纳值变化范围在０．３￣０．５μＧａｌ／ｈＰａ之间,这一结果与理论模拟计算相符。对实测资料作气压改正的结果表明气压改正效果非常显著,各频段内的观测残差振幅均有     

追忆重力测量

正1992年4月,我从西北军营调入河北丰润县某部,仍然从事大地测量,专业方向由导线测量改为重力测量。我用过一种从美国进口的沃尔登重力仪,也用过国产的ZSM-3重力仪。它们的核心部件都是石英弹簧、测程都是200毫伽(地球赤道和两极的重力差近5190毫伽),每次作业都需要用两台仪器。按照规范的要求,这两种重力仪的格值每两年测一次。一我们在河北丰润的农村里驻训了一个来月,就去了北京昌平高崖口基     

GRACE时变重力场滤波方法研究北大核心CSCD

用3种不同的滤波方法获得了2007年相对于2005年的卫星重力变化图像,并与同期地面重力测量的结果进行比较,对比分析GRACE月重力场滤波方法的优缺点。结果表明,去相关平滑滤波算法优于高斯滤波和直接截断法,且去相关平滑滤波DDK5处理得到的卫星重力动态变化图像与地面观测结果符合最好,表明GRACE卫星时变重力场可以用来分析大区域重力动态变化。     

GRACE时变重力场滤波方法研究

用3种不同的滤波方法获得了2007年相对于2005年的卫星重力变化图像,并与同期地面重力测量的结果进行比较,对比分析GRACE月重力场滤波方法的优缺点。结果表明,去相关平滑滤波算法优于高斯滤波和直接截断法,且去相关平滑滤波DDK5处理得到的卫星重力动态变化图像与地面观测结果符合最好,表明GRACE卫星时变重力场可以用来分析大区域重力动态变化。     

2022年汤加火山喷发对中国大陆地应变观测的影响分析

2022年1月15日汤加火山剧烈喷发产生了波及全球的大气重力波,距离火山8 736~12 758 km的中国大陆所有地应变观测站清晰记录到由此产生的短时地表应变变化。应用小波分析方法系统分析了中国近200个地应变观测站记录数据的时空响应与频率特征,主要表现为:由大气重力波激发的短时地表应变变化的持续时间约为1.5 h,其中能量最强的变化集中在前40 min,面应变平均变幅约为186×10-10,呈现出单脉冲起伏状变化,形态具有很强的一致性,具备兰姆波传播属性;短时地表应变变化的平均传播速度约为310 m/s,与大气重力波传播速度基本一致。部分观测站还记录到绕地球一圈后再次到达的大气重力波对地表的作用。这是首次通过大范围布设的高精度地应变观测仪记录到大气重力波作用于地表的痕迹,有助于认识地壳运动和大气圈层相互影响的机制。     

CG-5重力仪零漂改正及格值系数检测应用研究

利用分测线零漂改正方法和格值系数变化检测方法,对云南重力测区2014年两期CG-5重力仪观测数据进行了精细处理,获得了该地区重力场变化,并用绝对重力观测结果进行了验证。结果表明:(1)CG-5重力仪零漂率存在明显的随时间变化,C1169和C1170两台重力仪在第一期观测时间内呈近似线性的增大趋势,变化量达20×10~(-8) m·s~(-2)·h~(-1),第二期观测时间内则趋于稳定,经零漂改正后,观测数据联测精度明显提高;(2)C1170重力仪格值系数变化发生了明显变化,变化量约为-0.000 100;(3)经格值系数改正后,获得的重力变化结果与绝对重力观测结果更为一致,重力场变化图像更为清楚地反映了昭通-鲁甸断裂两侧的差异变化和鲁甸6.5级地震的发震背景,验证了大地震一般发生在与主要活动断裂一致的重力场变化正负转换带上这一结论,说明本文所用方法能有效消除观测数据中的系统误差,有利于真实重力场变化信息的获取。     

全国一等水准点高程近20年变化分析

我国于1991—1999年建设的国家第二期一等水准网复测与2012—2015年建设的国家一等水准网成果相隔近20年。受地壳运动、经济建设、地下水开采与回灌等因素的影响,许多地区出现了不同程度的地表沉降和季节性地表起伏,造成区域高程成果发生了不同程度的变化,影响了高程基准的维护及高程成果的使用。本文通过分析两期一等水准重合点、统计分析我国一等水准点20年高程变化量及其变化趋势,并从两期水准网测量设备、措施及测量精度的差异,重力异常改正计算所采用的重力基准、正常重力公式及重力数据的差异,网形结构差异,水准测量周期、水准环闭合周期的差异,地壳垂直运动与局部地表形变影响等4方面进行了两期高程变化的原因分析。研究表明:(1)国家一等水准网点高程近20年发生了不同程度的变化,许多区域出现了严重沉降;(2)地壳垂直运动及局部地表形变是引起高程变化的主要因素;(3)国家一等水准网应进行定期复测更新,复测时应尽量缩短水准测量周期,全网水准测量周期不应超过5年[1]、力争3年内完成。     

利用InSAR技术分析昆明城区地面沉降对重力异常的影响

首先利用重力归算原理推导高程变化对重力观测值的影响,计算因高程变化导致重力布格异常改正、空间改正和层间改正。然后利用昆明市多年的InSAR影像资料,计算城区地面沉降变化量,在重力数据处理过程中结合InSAR技术得到地表沉降变化量,以及因地质密度变化引起的精确的重力值,进而计算得到该部分变化对昆明地区重力异常的影响情况。本文结合重力异常在地震方面的应用,说明提高重力测量精度在地质灾害中的意义。     

陆态网络绝对重力基准的建立及应用

利用陆态网络100个基准站的首期观测数据,建立了基本覆盖我国大陆范围的高精度绝对重力基准,各基准站点值精度均小于5.0μGal/a,为相对重力联测提供了高精度起算基准点,可获得真实的相对重力联测平差结果,避免重复重力观测获得的重力场动态变化图出现畸变。成都基准台重复重力观测获得的重力变化规律表明,汶川地震前长期重力变化率达5.01±0.7μGal/a,如此大的震前重力变化很可能是由于地下物质运移引起的。联合绝对重力和GRACE卫星长期测量数据,根据二者系统偏差确定了武汉地区的地壳沉降速率,为-3.27±0.65mm/a。     

南极中山站重力潮汐观测的海潮负荷效应

综合分析了LaCoste-Romberg(LCR)ET21高精度弹簧重力仪1998年12月26日至2000年1月9日在南极中山站的重力潮汐观测资料，采用目前普遍使用的Schwiderski、Csr3.0和Fes96.2全球海潮模型研究中山站重力潮汐观测的海潮负荷改正问题。结果表明在南极地区，目前的海潮模型存在较大的不确定性，还不足以精密确定该区域的海潮负荷改正。经海潮改正后，重力潮汐观测结果与潮汐理论值之间还存在比较大的差异，观测的周日（01）和半日（M2）潮波重力振幅因子与相应的理论值之间的平均偏差分别为3．8％和7．8％。南极地区附近海域海水的变化半导致该地区海潮负荷响应非常明显的季节性系统变化。     

日本Mw9.0地震前GRACE卫星重力变化

利用GRACE重力卫星月重力场数据,通过去相关与高斯滤波等方法获取日本大地震震前震源区周缘年度、季度和年度差分重力变化,以及若干点位时间序列重力变化;分析结果表明:日本大地震前5年内在震源区周边出现了比较明显的卫星重力异常正负交替和迁移现象,至震前1－2年,震区周边形成了明显正负异常区,正重力异常区重力增加现象明显;点位重力时间序列分布指出了日本MW9.0级地震前存在与1976年唐山地震类似的重力变化现象。这些结果反映了日本大地震震前震源区周边地下物质运动、质量迁移和能量积累等问题,为研究该地震的孕育过程提供了证据。     

地震重力网经典平差与拟稳平差综合分析与研究

基于南北地震带南段重力网2015—2016年的地震重力测量数据,对重力网经典平差和拟稳平差进行深入的分析,给出了相对重力仪一次项系数的评定方法,并基于重力点值变化及误差定义了两种定量参数化指标量P值和R值,为分析重力网点值变化的显著性程度提供定量依据。研究结果表明,经典平差和拟稳平差计算的2015—2016年重力网点值变化形态整体一致,但拟稳平差的指标量(P=0.55)小于经典平差(P=1.70);经典平差的起算基准与重力点值变化密切相关,在点值变化误差相同的前提下,不变基准的指标量(P=0.96)小于时变基准的指标量(P=1.70),降低了其反映的重力网点值变化的显著性程度;拟稳点决定了拟稳平差重力网点值变化的真实度,对平差结果至关重要。该研究结果可为地震重力网平差提供参考依据。     

水文气象因素对中国北疆流动重力变化的影响

水文气象因素引起的重力变化是影响地震重力变化成果解释的重要因素。以中国北疆地区为研究区域,借助全球陆地数据同化系统（global land data assimilation systems,GLDAS）全球水文模型数据、大气模型数据,计算2016-01—2017-12时段内水文气象因素对研究区域的重力影响。计算结果表明,陆地水影响的年变化为1.3 μGal,两期陆地水影响空间分布的差异低于1 μGal;大气影响的年变化为8 μGal,两期大气影响空间分布的差异达到6 μGal。利用2016-04、2016-08和2017-06三期流动重力测量数据,对比扣除水文气象因素前后的重力变化,可以看出,在中国北疆流动重力数据处理中,大尺度水文因素可以不予考虑,气象因素应予考虑。同时,为更好分析流动重力变化,建议流动重力测量过程中同时开展测点附近的土壤湿度、大气气压等观测。     

大气压力变化对武汉台站重力场观测的影响

利用全球2°×2.5°、中国及邻区域30′×30′ 气压资料和Farrell弹性地球模型负荷理论,采用数值积分方法,计算了大气压力变化对武汉台站重力场观测的影响。对1990年1月1日至12月31日的数值结果分析表明,全球大气压力变化对武汉台站重力的影响峰对峰达12微伽,大气重力导纳的年平均值为-0.260 μGal/mba(1 mba=1 hPa),这一结果同潮汐分析中由回归分析方法获得的导纳值相近。说明在利用超导重力仪观测资料应用于地球动力学研究之前,有必要作精细的全球气压变化改正。