利用多元线性回归模型重构中国九大流域陆地水储量变化北大核心CSCD

GRACE与GRACE-FO任务间的数据空缺导致无法连续监测陆地水储量变化。基于此,本文采用多元线性回归模型,以GRACE/GRACE-FO陆地水储量变化数据为参考值,以降水、气温和模型模拟的陆地水储量数据为预测参数,采用3种不同策略重构中国九大流域2002-04~2021-12连续的陆地水储量变化。结果表明,基于去趋势项和去季节项信号重构策略的重构结果略优于去趋势项信号重构策略,且两者结果均优于整体信号重构策略,在人类活动或冰川融化频繁的流域(如海滦河、长江、西南诸河和内陆河流域)这种优势更为明显。此外,重构结果的性能也受GRACE/GRACE-FO数据信噪比和预测参数与GRACE/GRCAE-FO数据的相关性影响。     

利用广义三角帽法评估GRACE/GRACE-FO反演流域陆地水储量变化的不确定性北大核心CSCD

利用广义三角帽法评估5个最新版本GRACE/GRACE-FO时变重力场模型反演全球流域陆地水储量变化的不确定性,并探讨地理位置、气候类型和流域面积对不确定性的影响。结果表明:1) COST-G、CSR、JPL、ITSG和GFZ时变重力场模型反演全球流域陆地水储量变化的平均不确定性分别是0.41 cm、0.63 cm、0.66 cm、0.81 cm和0.97 cm;2)流域陆地水储量变化的不确定性与流域面积和地理位置存在较强的相关性,与气候类型的相关性较小;3)当观测数据质量较差时,不同模型反演的流域陆地水储量变化存在较大差异。     

联合GRACE与GRACE-FO反演2002～2020年长江流域陆地水储量变化

探讨采用不同激励函数的BP和RBF神经网络方法填补GRACE与GRACE-FO卫星空缺数据的精度及可行性,并基于最优方案对缺失数据进行填充;利用ITSG-Grace2018和ITSG-Grace_operational时变重力场模型反演2002～2020年长江流域陆地水储量变化,并结合GLDAS模型、降水、气温及长江流域水资源公报等数据对该区域的陆地水储量变化进行综合分析。结果表明：1）隐含层激励函数为线性整流函数（ReLU）的BP神经网络算法具有较好的拟合效果,可用于填充GRACE与GRACE-FO卫星任务间的数据空缺;2）长江流域的陆地水储量变化具有一定的区域差异性,主要表现为上游东部与中游大部分地区陆地水储量以5 mm/a左右的速率上升,上游中西部区域下降,下游基本保持不变;长时间序列的GRACE/GRACE-FO时变模型能够反映长江流域2019年的干旱与2017年、2019年的洪涝等灾害。     

SWARM卫星时变重力场反演及其精度

基于SWARM卫星的精密轨道数据,利用短弧积分法解算2015-01～2021-12共84个月的40阶次TVG-SWARM月时变重力场模型,并与ASU、COST-G、IGG和ITSG等机构的月时变重力场模型进行比较。结果表明：1)从大地水准面阶误差与模型位系数误差谱看,不同SWARM模型的低阶位系数精度相当,特别是前10阶均与ITSG-GRACE/GRACE-FO接近;2)不同SWARM模型与ITSG-GRACE/GRACE-FO模型全球陆地水储量变化趋势空间分布具有较好的一致性,在亚马孙流域、格陵兰岛、密西西比河流域和西西伯利亚等区域,TVG-SWARM与ITSG-GRACE/GRACE-FO模型的趋势差值分别为0.23 cm/a、0.27 cm/a、0.57 cm/a和0.47 cm/a,相关系数均达到0.85以上,并与IGG-SWARM模型结果最为接近。本文研究结果证明了TVG-SWARM模型精度可靠,可以用于监测大尺度陆地水储量变化。     

南水北调前后海河流域陆地水储量变化分析北大核心CSCD

基于GRACE及GRACE-FO重力卫星数据,通过滑动T检验确定海河流域陆地水储量突变的特征时间点,分析其时空演变特征;结合多变量趋势分析和贡献率量化法探究陆地水储量变化成因,讨论南水北调工程的贡献。结果表明,在南水北调前(2004-01~2015-01)后(2015-01~2020-10),海河流域陆地水储量的衰减趋势分别为-17.19 mm/a和-13.49 mm/a,缓解约24%,缓解趋势由南到北逐渐增大;人类活动与气候变化对流域陆地水储量变化的贡献率比为7∶3,人为耗水是海河流域陆地水储量常年处于亏损状态的主要原因;调水量的贡献率和趋势呈现年际增大和升高态势,预示南水北调工程在改善区域陆地水储量方面具有巨大潜力。     

利用GRACE/GRACE-FO重力卫星探测黄河流域水储量能力及极端气候发生的可能性

基于2004~2021年GRACE/GRACE-FO重力卫星数据反演黄河流域陆地水储量时空变化,并构建干旱指数模型和洪水因子模型,对黄河流域的极端气候现象进行分析研究。结果表明,2004~2021年黄河流域的陆地水储量以0.56 cm/a的速度减少,具有明显的季节周期性特征,在夏季和秋季呈盈余状态,春季和冬季呈亏损状态;干旱指数模型监测到期间黄河流域发生极度干旱事件22次、重度干旱事件37次,干旱事件范围涵盖整个黄河流域;洪水因子模型探测到黄河流域共发生洪水事件118次,多出现在夏季和秋季雨水较为丰沛的时候,期间黄河流域陆地水储量能力较弱,降雨量增大。利用GRACE/GRACE-FO重力卫星数据构建的干旱指数模型和洪水因子模型探测的气象结果与实际观测结果较为符合,能真实反映黄河流域发生的极端气候,可为极端气候研究提供有利工具。     

长江流域陆地水储量异常的卫星重力监测与干旱指数对比分析北大核心CSCD

利用GRACE/GRACE-FO数据对长江流域2003~2021年期间发生的干旱事件进行定量分析,以探究卫星重力监测区域性干旱的可行性。采用3个机构发布的5种GRACE/GRACE-FO数据产品(CSR_SH、JPL_SH、GFZ_SH、CSR_M、JPL_M)反演长江流域陆地水储量异常(TWSA),计算陆地水储量亏损(WSD)和水储量亏损指数(WSDI),结合气象干旱数据(SPI、SPEI、scPDSI)对5种数据产品的结果进行比较,并对2003~2021年长江流域干旱事件进行分析。结果表明,不同机构发布的GRACE/GRACE-FO数据产品对长江流域干旱事件严重等级的划分具有一定差异;WSDI与6个月时间尺度的SPEI相关性最高,相关系数为0.66,与scPDSI相关系数最低为0.54,降水是影响长江流域陆地水储量变化的重要因素;长江流域最严重的干旱事件发生在2019年夏秋季,干旱强度为2.31,持续10个月,水储量累计亏损达到415 Gt,此次干旱事件的WSDI空间分布图显示2019-09干旱最为严重,出现极端干旱区域。WSDI可反映长江流域干旱分布的时空变化,可在监测全球和大尺度区域干旱方面发挥重要作用。     

区域地壳结构差异对GRACE-FO反演中国近10个月陆地水负荷垂直形变的影响

利用CSR、JPL、GFZ三家机构最新发布的新一代重力卫星GRACE-FO（GRACE-Follow On）时变重力场模型揭示2018-06~2019-05我国陆地水储量随时间演变的时空特征,研究利用Hard与PREM模型分析区域地球结构差异对GRACE-FO重力数据反演我国近10个月陆地水负荷垂直形变的影响。结果表明,60阶径向负荷勒夫数的相对差异为-4.267%,前60阶垂直负荷形变最大差异位于云南一带的澜沧江流域地区,幅值约为0.7 mm/a。因此在使用GRACE-FO重力卫星数据估算中国大陆地表垂直负荷形变时,区域地球结构的影响不容忽视。     

GRACE RL06与RL05时变重力场模型数据初步比较分析

简要介绍CSR、GFZ和JPL机构的GRACE RL06时变重力场模型数据,并对比分析RL06和RL05数据的解算模型。从全球陆地水储量变化反演结果、时变重力场模型阶方差和C20项时间序列3个方面,对2004-01~2014-11期间RL06和RL05时变重力场模型数据进行对比分析。结果表明,GRACE RL06时变重力场模型数据质量的和精度较RL05有明显提高,其全球陆地水储量变化反演结果去条带噪声效果更好、信噪比更高;在高阶项部分,RL06模型数据的阶方差小于RL05;RL06模型数据的C20项时间序列幅值变化小于RL05,与SLR所得C20项数据也更接近。相同条件下,采用CSR RL06模型阶方差最小,利用RL06模型所得全球陆地水储量变化反演结果信噪比值最大。     

GPS天线相位中心校正对GRACE卫星精密定轨的影响

使用GRACE卫星星载GPS观测数据,研究地面获取的先验PCV模型和利用残差法估计的在轨PCV模型对低轨卫星精密定轨的影响,并采用GFZ精密轨道对比和SLR检核手段对其进行评估。结果表明,使用先验PCV模型会降低GRACE卫星定轨精度,相反利用在轨PCV模型可以提高定轨精度,提升数量级可达mm级。     

GLDAS_NOAH_M.2.1水文模型在青藏高原的适定性分析

利用2003-01~2016-06共162个月 GLDAS_NOAH_M.2.1、GLDAS_NOAH_M.001新旧水文模型和GRACE卫星重力数据,计算青藏高原区域水储量及总质量变化,说明GLDAS_NOAH_M.2.1水文模型相对于旧模型可提升在青藏高原区域的精度。将研究区域分为6个部分,根据3种数据分别计算6个区域的平均质量变化时间序列,顾及年周期、半年周期对该时间序列进行最小二乘拟合,估计6个区域3种数据的年振幅、年相位及相关性。结果表明,GLDAS_NOAH_M.2.1水储量变化的年振幅、年相位与GRACE总质量变化的年振幅、年相位空间分布大体一致,在青藏高原北部区域与GRACE的相关性尤为明显;GLDAS_NOAH_M.001年振幅、年相位在青藏高原北部区域存在明显异常,与GRACE的相关性很低。从长趋势质量变化来看, GLDAS新、旧模型在不同区域的差异为-6.4~4.5 Gt/a量级,而在青藏高原主体区域,新模型的质量趋势偏低10.4 Gt/a。     

基于广播星历的GPS/BDS-3非差非组合PPP北大核心CSCD

分析GPS和BDS-3卫星广播星历的误差特性,研究广播星历精度不足的补偿策略,提出一种SISRE补偿的非差非组合定位模型。采用2022年15个MGEX测站1周的数据进行实验。结果表明,SISRE补偿的非差非组合模型的GPS和BDS-3静态三维定位误差的RMS分别约为24 cm和23 cm, GPS/BDS-3双系统组合可进一步将精度提升至约18 cm;GPS和BDS-3仿动态三维定位误差的RMS分别约为73 cm和74 cm, GPS/BDS-3双系统组合可进一步将精度提升至约45 cm;SISRE补偿的非差非组合模型与SISRE补偿的无电离层组合模型定位精度相当。     

IGGGRACE01S模型确定的海面地形和地转流

用IGGGRACE01S、EIGENGRACE02S和EGM96地球重力场模型的前80阶分别计算出全球大地水准面,再与多颗测高卫星资料得到的平均海面高模型KMS04差分,构制出3种海面地形,并计算出相应的地转流。与Williams绘制的全球主要海流结果相比,不难看出,重力场模型IGGGRACE01S、EIGENGRACE02S的结果能清晰地显示出大尺度海洋地转流,而EGM96模型结果在赤道地带不明显。上述结果不仅显示了GRACE地球重力场模型IGGGRACE01S和EIGENGRACE02S具有较高精度探测地转流的能力,而且也表明了它们的长波精度优于EGM96模型,从应用角度展示了GRACE结果的有效性。     

BDS/GPS/GLONASS组合精密单点定位模型及性能分析

针对精密单点定位中多系统融合的问题,提出BDS/GPS/GLONASS 组合PPP的函数模型及随机模型,实现了基于扩展卡尔曼滤波的BDS/GPS/GLONASS 组合PPP。利用实测数据进行静态及静态模拟动态的BDS/GPS/GLONASS 组合PPP实验,结果表明:1）静态实验中,BDS PPP平均收敛时间约为80 min,水平方向精度优于3 cm,天向精度优于6 cm;GPS PPP与多系统组合PPP定位精度相当,且收敛时间与组合PPP所应用的各系统中收敛较快的单系统PPP的收敛时间相当;2）动态实验中,BDS PPP的平均收敛时间约为105 min,水平方向精度优于7 cm,天向精度优于12 cm;多系统组合PPP的精度要优于单系统PPP,且有效缩短了收敛时间。     

基于GPS观测数据改进全球GIA地表抬升速率场

精确的GIA模型对于利用GRACE卫星研究全球陆地水变化、大地震、海平面变化等全球变化具有重要意义。目前一般采用的GIA模型有ICE-6G_C/D等,虽然这些模型中也少量地利用GPS数据,但是还没有体现出全球GPS数据的最大优势。采用Schumacher等人最近发布的GIA地表抬升速率全球GPS数据集,利用基于模型和GPS观测到的地表抬升速率进行球谐分析的方法,来组合和完善从GIA模型和GPS观测值得出的地表抬升速率。融合GPS数据后,GIA隆升图的分辨率得到显著改善。     

GRACE-FO卫星非差运动学精密定轨及精度分析

在详细分析非差运动学精密定轨原理和步骤基础上,采用平滑卡尔曼滤波算法,通过自主研发的精密定轨软件对GRACE-FO卫星进行非差运动学精密定轨。结果表明,与官方科学轨道相比,平滑滤波不仅能提高定轨开始阶段的精度,而且整体上定轨精度也得到提升,GRACE-FO C星轨道残差为2～4 cm, GRACE-FO D星轨道残差为3～5 cm。     

2002~2020年刚果河流域陆地水储量变化分析

利用德克萨斯大学空间研究中心（CSR）发布的GRACE时变重力场模型,基于最大信噪比准则确定RL06球谐系数模型（spherical harmonics,SH）的最优高斯滤波半径,在此基础上反演2002-04~2020-05刚果河流域陆地水储量变化,结合水文与降雨、蒸散资料分析其驱动因素。研究结果表明,GRACE模型估计的刚果河流域水储量变化和水文模型估计的地表水储量变化的周年振幅一致,表明刚果河流域的陆地水储量周年变化驱动因素为地表水。对于年际变化,2002-04~2020-05陆地水储量变化呈轻微增加趋势,2002-04~2006-12明显减少,RL06 SH模型估计结果为-2.30±0.24 cm/a;2007-01~2010-12呈现增加趋势,为0.38±0.24 cm/a;2011-01~2020-05水储量增速变大,为0.92±0.12 cm/a,该结果与CSR Mascon估计结果一致。     

不同系统间偏差模型对GPS/BDS/Galileo精密单点定位的影响

基于双频非组合PPP模型,采用常量模型、白噪声模型和随机游走模型对ISB参数进行处理,利用7个MGEX测站10 d的数据进行静态和仿动态实验,并分析3种模型的收敛时间和定位精度。结果表明,在收敛时间方面,随机游走模型和白噪声模型效果一致,总体优于常量模型,静态和仿动态下分别提升15.4%和29.4%;在定位精度方面,随机游走模型和白噪声模型效果相当,较常量模型在E、U方向上精度提升最为明显,静态下E和U方向的精度分别提升约77.7%和32.2%,在仿动态定位中E和U方向的精度分别提升约66%和43.5%。     

EIGEN-CG01C用于GPS高程转换的精度分析

介绍了综合CHAMP、GRACE卫星数据和地面重力数据得到的最新重力场模型EIGEN-CG01C,利用GPS水准数据探讨了该模型用于GPS高程转换的精度问题,并同EGM96模型进行了比较。统计结果表明:在我国西部某区域(2000km×2000km)的范围内、点间距100km的情况下,该模型用于GPS高程转换的精度约0.7m;在我国中、东部的3个小区域算例中,该模型的精度分别约0.13m、0.05m和0.06m,均优于EGM96模型的精度。     

顾及OSB改正的BDS-3新频点精密单点定位精度分析

基于武汉大学发布的BDS-2/3观测量偏差(OSB)改正产品,采用国内8个iGMAS测站1个月的观测数据,分析OSB改正前后对B1I/B3I旧频点及B1C/B2a新频点2种组合模式下BDS-2/3伪距单点定位(SPP)和精密单点定位(PPP)精度的影响。结果表明,B1I、B3I、B1C和B2a的OSB年均值为-80～70 ns,各频点OSB年稳定性分别为3.41 ns、5.87 ns、2.04 ns和2.32 ns。在BDS-2/3伪距单点定位方面,改正后B1I/B3I组合的3D方向定位精度优于2.53 m, B1C/B2a组合的3D方向定位精度优于3.84 m,二者精度提升均不明显。在BDS-2/3精密单点定位方面,B1I/B3I组合的3D方向定位精度优于7.7 cm,提升约20.6%,收敛时间约为38 min,提升约7.3%;B1C/B2a组合的3D方向定位精度优于3.7 cm,提升约11.9%,收敛时间约为36 min,提升约16.3%。