基于GRACE数据的格陵兰冰盖质量变化研究

基于GRACE得到的时变地球重力场数据反演了格陵兰冰盖2002～2011年期间的质量变化。结果表明:格陵兰冰盖2002～2011年的年消融总量为188±10km3/a,2002年以来冰盖整体的消融速率呈现出增加趋势;冰盖的消融区域主要集中在冰盖的东南部和西北部;自2008年以来,冰盖东南部的消融速率虽然有所放缓,但消融速率仍然维持在55±7km3/a;冰盖西北部的消融速率仍在增加,2008年以后达到了48±6km3/a。     

卫星重力估计陆地水和冰川对全球海平面变化的贡献

重力场恢复与气候试验（GRACE）卫星为高分辨率地监测全球海洋质量变化提供了一种新的手段。利用2003年1月至2014年12月Level-2 RL05的GRACE产品,进行去相关误差滤波、高斯滤波和海洋-陆地信号泄漏改正后,得到了全球陆地和海水质量变化,并分析了陆地水和冰川的质量变化对海平面长期变化的贡献。研究表明,全球陆地水和冰川的质量变化对海平面的贡献约为（2.09±0.54）mm/a,与卫星测高扣除海洋温盐数据比热容变化得到的海水质量长期变化（2.07±0.62）mm/a有着很好的一致性,其中全球陆地水储量对全球质量项海平面变化的贡献为（0.15±0.25）mm/a,南极冰盖对全球质量项海平面变化的贡献为（0.59±0.10）mm/a,格陵兰岛冰盖对全球质量项海平面变化的贡献为（0.72±0.12）mm/a,山地冰川对全球质量项海平面变化的贡献为（0.63±0.09）mm/a。并进一步讨论了不同分析中心GRACE重力场系数,一阶项系数和二阶项对质量项海平面变化的影响。结果表明,一阶项对质量项海平面的影响为（0.10±0.08）mm/a,二阶项对质量项海平面的影响为（0.16±0.04）mm/a,美国德克萨斯大学空间研究中心和德国地学研究中心分析结果较为一致,而美国国家航空航天局喷气推进实验室的结果则稍稍偏小。     

联合卫星测高和卫星重力数据研究热容海平面变化

首先用卫星测高资料计算了1993～2009年6月的全球平均海平面变化。用GRACE(gravity recovery andclimate experiment)时变重力场系数反演了2003～2009年6月全球平均海水质量变化。联合GRACE和卫星测高资料计算了2003～2009年6月的热容海平面变化,该变化呈上升趋势。用日本气象局Ishii等提供的海温数据计算了1993～2006年的海水引起的平均热膨胀海平面变化,1993～2003年间,全球海洋热膨胀引起的热容海平面呈上升趋势,约占同期平均海平面变化的一半。利用ARGO温盐数据计算了2004～2009年6月平均热容海平面变化,也呈上升态势,只是变化速率有所减慢。     

GRACE重力卫星运行管理的参考借鉴

低低跟踪重力卫星在全球重力获取、反演应用等方面有着重要的战略作用,我国已布局相关卫星的研制建设。为确保未来我国自主低低跟踪重力卫星系统的高效稳定运行,重点对GRACE及其后续星组GRACE-FO卫星的组织模式和管理机制进行了系统梳理与总结分析。基于我国重力卫星技术发展研究现状,对未来卫星运行管理模式进行了探讨分析,给出了实用的工程运行管理建议,可为后续卫星运行管理提供参考借鉴。     

利用GRACE时变重力场反演大尺度全球海底压强变化

海底压强变化对研究海洋环流、全球能量平衡、陆海水循环、气候模型等有着重要意义。对利用GRACE时变重力场数据反演全球海底压强变化的方法进行了研究,并采用GRACE卫星Level-2数据的GSM和GAD数据反演了2010年全球海底压强变化,反演结果表明:利用GRACE时变重力场数据能够反演出大尺度的全球海底压强变化,海底压强变化呈现明显的季节性变化,在沿海岸线区域受陆地水文反演信号泄露影响海底压强变化较大。     

GRACE卫星时变重力场去相关滤波参数选取分析

直接采用GRACE时变重力场模型反演地球表层质量变化的结果会呈现严重的南北方向条带状误差。滑动窗口拟合多项式方法是一种有效的经验性去相关滤波方法,能有效削弱中高纬度地区条带状误差。球谐系数去相关滤波起算阶数、滑动窗口宽度以及拟合多项式阶数是影响去相关滤波方法效果的关键因素。采用GRACE RL05时变重力场模型数据对去相关滤波的参数选取进行了实验分析,得到了去相关滤波的经验参数,实验结果表明:GRACE时变重力场模型去相关滤波起算阶数应取15阶,滑动窗口宽度应取5或7个点,拟合多项式阶数应设为3阶或4阶。     

格陵兰岛附近海域海平面变化的初步研究

利用17年5个月的卫星高度计资料,探讨格陵兰岛附近海域海平面的季节变化和年际变化特征,结果表明,该区域海平面变化存在显著的季节信号和年际信号。近20a来,格陵兰岛附近海域海平面的平均上升速率为1.7mm/a,小于全球海平面的平均上升速率。该海域的海平面变化存在很强的区域性,通常多年平均海面高度异常(SSHA)大的海区,海平面上升速率也大;多年平均SSHA低的海区,海平面上升速率则较小。EOF分析表明第一模态为季节模态,整个海域第一空间模态的位相相同,说明该海域海平面的季节变化趋势是相同的。该区域的SSHA与海冰面积指数呈负相关,海平面的季节变化受海冰面积大小的影响显著。SSHA与经向风应力距平的低频分量具有很好的正相关性,与纬向风应力距平的低频分量具有不显著的负相关,说明该海域海平面的年际变化受风应力的影响显著。     

利用卫星测高、GRACE和GOCE资料估计全球海洋表面地转流

重力恢复和气候试验GRACE(gravity recovery and climate experiment)卫星极大地提高了地球重力场的精度和分辨率,特别是中长波分量,联合卫星测高数据可获得全球海洋表面大尺度洋流循环。另外,新一代地球重力和海洋环流探测卫星GOCE(gravity field and steady-state ocean circulation explorer)于2009年3月成功发射,采用卫星重力梯度测量原理,对重力场的高频部分非常敏感,使其高分辨率监测全球海洋循环成为可能。本文利用1~7年GRACE观测数据确定的重力场模型和18个月GOCE观测数据确定的地球重力场模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3,联合卫星测高确定的平均海面高模型MSS_CNES_CLS_11,分别估计全球海洋表面地转流,并且与实测浮标数据结果进行比较。分析表明GOCE重力卫星确定的重力场模型具有更高的空间分辨率,能够确定高精度和高空间分辨率的全球海洋地转流,如墨西哥湾暖流的细节和特征,并且与实测浮标结果基本一致。而基于1~4年GRACE观测资料的模型不能很好估计全球地转流特征,基于7年GRACE观测资料的重力场模型ITG-Grace2010s确定的全球地转流的精度仍低于18个月GOCE观测数据确定的地球重力场模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3的结果,估计的全球地转流仍含有较大的噪声,不能很好地反应中小尺度地转流细节特征。并计算ITG_Grace2010s和GOCE_TIM3的稳态海面地形和全球平均地转流的内符合精度,结果显示,在全球范围内,GOCE_TIM3的稳态海面地形和全球平均地转流的精度都比ITG_Grace2010s结果的精度有着很大的改善,其中ITG_Grace2010s的稳态海面地形的精度为21.6cm,而GOCE_TIM3的结果则为7.45cm,ITG_Grace2010s的全球平均地转流的精度为40.7cm/s,而GOCE_TIM3的结果则为19.6cm/s。     

东南极Princess Elizabeth冰盖近地层大气参数的年变化特征

利用2002年东南极Princess Elizabeth冰盖自动气象梯度观测点获得的近地层气象资料,分析了冰盖上的感热通量、潜热通量、大气稳定度、整体输送系数及有关气象要素特征,并与中山站同期的的气象要素进行了对比分析.结果表明,由于两站的海拔高度及地理位置的差异,LGB69站的年平均气温为-25.6℃,比中山站低16.4℃,进入内陆每10km,海拔高度上升约110m,温度下降约1℃.南极内陆冰盖的湍流热通量具有明显的年变化,感热通量年平均值为-17.9W/m2,潜热通量为-0.9W/m2,年平均冷源强度(Q_h+Q_e)为-18.8W/m2,表明地表从大气吸收热量.LGB69站近地层大气以近中性层结为主,中性层结下的整体输送系数为2.6×10-3,当风速大于8m/s后,整体输送系数趋于常数.LGB69站是南极地区典型下降风区,年平均风速比中山站大2.0m/s,其下降风出现的风向频和风速均大于中山站.     

GRACE重力卫星数据国内应用研究现状综述

为完善深层地球结构和跟踪地球表面的质量变化,结合GRACE重力卫星在高精度地球重力场时变信号观测中的优势,基于GRACE重力卫星数据进行了相应的研究。通过极地高山冰川、地震研究、地球重力场模型反演以及水文应用等方面,概括了GRACE重力卫星及其数据产品的应用现状,归纳了影响GRACE数据反演精度的误差来源并给出相应的处理方法与建议,最后对GRACE卫星数据的深入应用问题进行了讨论和总结,旨在为后续相关应用研究提供一定参考价值。     

基于卫星观测的2003-2013年北极海冰体积变化估算

北极海冰正处于快速减退时期,北极海冰体积变化是全球气候变化的重要指示因子。本文利用两种卫星高度计数据（ICESat和CryoSat-2）反演得到的海冰厚度数据,结合星载辐射计提取的海冰密集度数据以及海冰年龄数据,估算了近期的北极海冰体积以及一年冰和多年冰体积变化。CryoSat-2观测时段（2011-2013年）与ICESat观测时段（2003-2008年）相比,北极海冰体积在秋季（10-11月）和冬季（2-3月）分别减少了1 426 km3和412 km3。其中,秋季和冬季的一年冰的体积增加了702 km3和2 975 km3。相反,多年冰分别减少了2 108 km3和3 206 km3。多年冰的大量流失是造成北极海冰净储量下降的主要原因。     

21世纪格陵兰冰川融化速率对海平面变化的影响

本文利用大洋环流模式POP研究RCP4.5情景下21世纪格陵兰冰川不同的融化速率对全球及区域海平面变化的影响。结果显示:当格陵兰冰川的融化速率以每年1%增加时,全球大部分海域的动力和比容海平面变化基本不变,主要是由于格陵兰冰川在低速融化时并不会导致大西洋经向翻转流减弱。当格陵兰冰川的融化速率以每年3%和每年7%增加时,动力海平面在北大西洋副极地、大西洋热带、南大西洋副热带和北冰洋海域呈现出显著的上升趋势,这是因为格陵兰冰川快速融化导致大量的淡水输入附近海域,造成该上层海洋层化加强和深对流减弱,导致大西洋经向翻转流显著减弱;与此同时,热比容海平面在北冰洋、格陵兰岛南部海域和大西洋副热带海域显著下降,而在热带大西洋和湾流海域明显上升;此时盐比容海平面的变化与热比容海平面是反相的,这是由于大量的低温低盐水的输入,造成北大西洋副极地海域变冷变淡、大西洋经向翻转流和热盐环流显著减弱,引起了太平洋向北冰洋的热通量和淡水通量减少,导致了北冰洋海水变冷变淡,同时热带大西洋滞留了更多的高温高盐水,随着湾流被带到北大西洋,北大西洋副极地海域低温低盐的海水,被风生环流输运到副热带海域。     

冰对锥体结构作用力的预测模型分析

通过对作用在锥体结构上的各种静冰力预测模型的介绍,根据大量实验室模拟测试数据,运用直方图对比、无量纲效应分析及统计分析等手段,对有关静冰力计算公式进行了全面分析与确认.所采用的分析方法为我国渤海辽东湾JZ20-2平台原型冰荷载测试数据与预测模型的比较,为利用原型观测数据建立适合于我国渤海环境条件下冰对锥体结构作用力预测模型,提供了有效的技术手段,同时也为有冰海域结构物的可靠性分析提供了各统计量有价值的参考数据.     

晚第四纪南极阿蒙森海扇区冰盖与古生产力旋回变化

本文通过对阿蒙森海西北部陆隆AMS01岩心沉积物颜色、粒度及地球化学等多种指标分析,重建了该地区氧同位素9期(MIS9,大约距今34万年)以来冰盖与古生产力演变历史,结果表明:(1)岩心沉积物粒度与古生产力替代指标表现出明显的冰期–间冰期旋回变化特征;(2)MIS9、MIS7和MIS5等间冰期沉积速率较小,沉积物呈褐色,冰筏碎屑含量低,生源组分含量高,反映出该时期阿蒙森海地区气候温暖,冰盖发生了大规模退缩,冰盖–冰架–冰山等陆源冰对沉积物的影响减弱,海冰覆盖减弱,有利于浮游植物的生长和繁殖;(3)MIS8c、MIS8a、MIS6、MIS2等冰期沉积速率大,沉积物呈灰色,沉积物随之变粗,冰筏碎屑含量高,生源组分含量低,说明该时期冰盖大幅扩张,陆隆区成为近冰盖/冰架沉积环境,海冰和冰山密集,海洋生产力显著降低;(4)冰期、间冰期内,冰盖与古生产力也有不同程度的波动;特别是MIS8b期发育浅褐色间冰阶沉积,冰筏碎屑含量低,生产力水平与间冰期基本持平,说明阿蒙森海地区冰盖、海洋对气候变化的响应比东南极地区敏感。     

North-east Greenland Shelf north of 79°N: results of a reflection seismic experiment in sea ice

The first multichannel seismic reflection measurements of the north-east Greenland shelf north of 79°N were made as part of the R.V. Polarstern cruise ARK V/1988. This area is perennially covered by sea ice. The sparse seismic data show a very deep rift basin filled with up to 10 km of high velocity rocks interpreted as Carboniferous and Permian sediments. Conspicuous structures interpreted as marginal reefs are associated with the western flank of the rift basin.     

利用卫星遥感和再分析数据刻画2017-2018年格陵兰北部罕见冰间湖事件

以90%海冰密集度为阈值,基于卫星遥感数据,2017-2018年冰季在格陵兰北部识别了两次冰间湖事件,分别出现在冬季和夏季。冬季的冰间湖事件从2018年2月20日持续至3月3日,夏季的事件从8月2日持续到9月5日。AMSR2被动微波的海冰密集度产品表明,冬季和夏季冰间湖事件对应的最低海冰密集度分别为72%和65%。两次冰间湖事件都与格陵兰北部东西气压梯度异常引起的南风加强有关,而气压梯度的异常则与对流层中部极涡的扰动有关。冬季冰间湖事件期间,相对暖和的气温和频繁出现的冰间湖,导致冬季海冰生长不持续,海冰热力增厚较小,这为夏季海冰发生破碎并形成冰间湖创造了条件。南风减弱和新冰生成是冬季冰间湖消失的主要原因。对于夏季的冰间湖,导致其消失的主要原因则是从北部输入的浮冰增加。Sentinel-1 合成孔径雷达产品相对AMSR2被动微波观测产品更加适合于应用到冰间湖事件伴随的新冰生长,这与前者具有更高的空间分辨率有关。格陵兰北部是北冰洋多年冰的聚集地,该区域被认为是北冰洋海冰的“避难所”。因此区域在2017-2018年出现罕见的冰间湖事件,对于整个北冰洋海冰的快速减少具有重要意义,也助于北冰洋海冰,尤其是多年冰的消退。     

理想化南极融冰方案的海洋边界条件初探

基于气候态的SODA(simple Ocean Data Assimilation)数据,比较了气候态意义下南极附近和南极绕极流区域的海洋层结,对南极融冰问题的合理海洋边界条件进行了初步探讨.结果表明:南极融冰所注入的淡水通量在大西洋东部和印度洋海区将沿着表层路径到达南极绕极流区,在大西洋西部和太平洋的经向运动路径视淡...     

Evaluation of vertical crustal movements and sea level changes around Greenland from GPS and tide gauge observations

To better monitor the vertical crustal movements and sea level changes around Greenland, multiple data sources were used in this paper, including global positioning system(GPS), tide gauge, satellite gravimetry, satellite altimetry, glacial isostatic adjustment(GIA). First, the observations of more than 50 GPS stations from the international GNSS service(IGS) and Greenland network(GNET) in 2007–2018 were processed and the common mode error(CME) was eliminated with using the principal component a...