非构造形变对GPS连续站位置时间序列的影响和修正

GPS观测得到的地壳形变场通常包含有构造形变与非构造形变二类信息, 去除其中的非构造形变信息对于有效运用GPS数据研究构造形变场至关重要. 本文运用国际卫星对地观测资料及各类地球物理模型, 定量计算海潮、大气、积雪和土壤水、海洋非潮汐4项负荷效应造成的地壳非构造形变, 并以此研究和修正这些非构造形变对中国地壳运动观测网络GPS基准站位置时间序列的影响. 研究发现此4项负荷效应, 特别是大气、积雪和土壤水, 对于测站垂向位置的影响显著. 通过模型改正可以使测站垂向位置的RMS降低～1 mm, 占其总量的～11％. 对于垂向时间序列的周年项部分, 这一改正可降低其振幅的37％. 研究还表明经过地球物理模型改正和周年、半周年谐波拟合改正的时间序列比起仅经过周年、半周年谐波拟合改正的时间序列更为平滑, 表明地球物理模型改正对于消除非构造形变场的作用不是周年、半周年谐波拟合改正所能替代的.     

水质量分布变化对重力观测的影响

利用全球7000多个陆地气象台站观测资料、TOPEX/Poseidon卫星测高资料、多层海水温盐度数据和负荷格林函数,采用数值积分法,计算了陆地水储量及海水质量分布变化引起我国20个测站的重力变化.结果表明,我国一些测站观测的重力受水质量迁移影响超过3μGal,可见在应用重力仪观测资料研究地球动力学时,有必要作水负荷改正.另外,文中还对武汉测站的超导重力仪观测的残差和水负荷的计算结果作了比较,并讨论了不同的地球模型及气象数据对计算测站重力的影响.     

基于全球超导重力仪观测研究海潮和固体潮模型的适定性

利用国际地球动力学合作观测网络中20个台站22个高精度重力潮汐观测系列综合研究了目前使用的海潮和固体潮模型的适定性. 对原始观测数据实施仔细的预处理, 利用国际标准算法计算了潮汐重力参数. 基于负荷理论和不同全球海潮模型获得了8个主波的重力负荷矢量, 用二维平面插值技术获得了14个小波的负荷改正值. 顾及不同潮波振幅特征, 提出了计算台站平均观测残差和剩余残差矢量的“非等权均值法”, 分析了海潮负荷改正的有效性和振幅因子与理论模型间的差异, 同时还讨论了仪器标定问题. 获得了经海潮负荷改正后全球各台站平均潮汐重力参数, 结果说明观测与理论模型间的差异小于0.3%, 最大仪器标定误差不超过0.5%. 另外文章还用地表重力实测数据证实了Mathews理论中相对于周日O₁波而言, K₁波相位滞后略呈正值的结论.     

琼中台重力非潮汐变化气压与海潮负荷改正

本文对琼中台连续重力观测数据进行收集整理并处理,基于处理后的数据,进行了潮汐分析和非潮汐分析。潮汐分析采用VAV调和分析方法;非潮汐分析则分别进行了零漂改正、固体潮改正、气压改正和海潮改正。其中,零漂改正采用一般多项式拟合零漂的方法;气压改正采用VAV软件;海潮改正运用SPOTL程序,以NAO.99b潮汐模型计算了琼中台海潮负荷值。最终获得了改正后的琼中台重力非潮汐变化,结果表明琼中台的重力气压导纳值为-0.34×10^-8m/s²/mbar,气压改正幅度约为10×10^-8m/s²,海潮改正幅度约为5×10^-8m/s²。改正后,琼中台重力非潮汐变化数据,比仅进行零漂固体潮改正后的重力非潮汐变化数据中的潮汐信号更加微弱,说明进行海潮改正后的效果是明显的,该方法可进一步去除其中的潮汐信号。     

南极中山和长城站重力潮汐观测研究

利用3台LaCoste-Romberg型弹簧重力仪（G-589、ET-20和ET-21）在南极中山站和长城站的长期重力潮汐观测资料，在武汉国际重力潮汐基准上精密测定了中山站和长城站的重力潮汐参数，其中主波振幅因子的标准偏差优于0.5％．各潮波的观测振幅在中山站比在长城站的小得多，两站周日潮（O1）的观测振幅因子相差约7％，而半日潮（M2）的观测振幅因子相差超过40％，气压和温度等气象因素的变化对观测结果的影响很明显．海潮负荷对两台站潮汐观测的影响非常显著，采用Schwiderski全球海潮模型对观测结果作海潮负荷重力改正．结果表明，经海潮改正后，各潮波的观测残差有较大幅度的减小，但是，由于采用的海潮模型没有顾及台站近区的海潮负荷效应，所以，O1 波的振幅因子对相应理论潮汐模型值之间存在大约4％（中山站）和9％（长城站）的偏差．      

南极中山与昭和站重力海潮负荷效应及背景噪声研究

利用南极中山站LCR-ET21重力仪器与昭和站GWR058仪器获得的重力潮汐观测资料,采用最新的三个全球海潮模型(Dtu10,Eot11A和HAM11A)研究了南极地区的海潮负荷效应和背景噪声.结果表明,由三个海潮模型计算的重力负荷均值改正后,中山站O_1和M_2振幅观测残差分别由13.83%和20.55%下降到5.32%和5.95%,昭和站O_1和M_2振幅观测残差分别由10.84%和21.52%下降到1.91%和3.40%,说明海潮负荷改正的有效性.利用加汉宁窗的FFT变换,获得了地震频段的地震噪声等级(SNM),其值分别为1.574(中山站)和1.289(昭和站).而在潮汐频段,中山站的背景噪声比昭和站高一个数量级,主要由不同观测仪器和台站局部环境所致.本文结果可为进一步利用南极重力资料研究局部环境和全球动力学问题提供有效参考.     

大气重力格林函数的理论计算

重力测量中需要扣除大气的影响.大气负荷对重力测量的影响可以分为大气质量变化引起的直接效应和大气负荷引起的地球变形带来的间接效应,大气负荷对重力观测值的直接影响,相对于间接效应量级较大.本文从理论上研究了大气负荷对重力观测的直接影响,仿照Farrell定义的负荷格林函数,引入大气重力格林函数,用来表示大气压变化对于重力观测的直接引力影响.在前人的基础上,本文采用了更为精细的大气模型,考虑大气温度随高程的变化,用离散褶积的方法求得了大气重力格林函数的理论值.实际计算时还要考虑地表温度、台站高程、周围地形等因素的影响,本文讨论了这些因素对大气重力格林函数的影响.考虑地表温度、台站高程、地形改正等各种影响因素以及地球变形引起的间接效应后,对台站周围区域积分即可求得大气变化引起的理论重力信号.     

武汉超导重力仪观测最新结果和海潮模型研究

利用武汉台站GWR_C032超导重力仪观测资料,在对原始数据进行有效预处理的基础上作调和分析,获得反映地球内部介质特征的重力潮汐参数.基于卫星测高技术和有限元方法同时考虑验潮站数据作约束条件获得的多个全球海潮模型,利用负荷理论和数值褶积积分技术计算了重力负荷,对周日和半日频段内的重力潮汐参数实施负荷改正,提出了“负荷改正有效性”概念,研究了全球海潮模型适应性.数值结果说明,海潮改正的有效性高达91%（O1,NAO99）和92%（M2,ORI96）.基于11个海潮模型对主波（O1,K1,M2和S2）的负荷改正说明平均有效性为（86%,70%,73%和84%）,振幅因子与理论模型间的差异分别从（212%,155%,116%和080%）降到（031%,039%,034%和008%）,同时还说明利用NAO99和ORI96全球海潮模型能获得比其他模型更佳的负荷改正效果.文章还利用国际地球动力学计划网络其他7个台站的超导重力仪观测研究了全球海潮模型的适定性问题,结果说明不同模型中不同潮波具有明显的区域特点,早期构制的SCW80全球海潮模型仍可作为大地测量研究中的重要参考模型.     

厦门重力固体潮海潮负荷改正研究

厦门台重力固体潮观测长期受海潮负荷影响.应用重力固体潮观测资料进行地震预报和地球物理研究时,需要对其海潮负荷的影响和改正进行研究.本文应用TSOFT软件对厦门台弹簧重力仪五年的连续观测数据进行预处理,并采用Venedikov调和分析方法获得重力固体潮潮汐参数.基于DTU10、EOT11a、HAMTIDE11a、GOT4.7、FES2004、NAO99b、TPXO7.2和TPXO7.2atlas八个较新的全球海潮模型,结合osu.chinasea.2010和NAO.99Jb两个区域海潮模型,研究了厦门台的重力海潮负荷特征并对其进行海潮负荷改正.数值结果表明,经过区域海潮模型修正后的厦门台海潮负荷为7.3μgal.八个全球海潮模型对主要潮波的负荷改正有效性的差异不大.应用NAO.99Jb区域海潮模型修正的M2波剩余残差值比osu.chinasea.2010小.观测残差负荷改正有效性大致在40%~70%.统计对比O1、K1、M2波的残差平方和结果表明,对厦门台进行海潮负荷改正时,应用经NAO.99Jb区域海潮模型改正的NAO.99b全球海潮模型残差结果最小,经NAO.99Jb区域海潮模型改正的DTU10全球海潮模型次之.这可能与NAO.99Jb模型考虑日本沿岸验潮站资料有关.考虑高精度近海海潮模型的构建和验潮站资料的弥补以及数据预处理方法的改进,可以进一步提高厦门台的海潮负荷的改正效果.     

中国及邻区重力合成潮汐参数

采用固体潮理论模型值和由最新的TPXO7海潮模型以及中国近海潮汐资料计算的海潮负荷效应,构制了中国及邻区的高分辨率的重力合成潮汐参数;并将合成结果与国家地震台网的重力观测值和武汉超导重力仪观测值以及香港台最新观测结果进行了比较. 结果表明,振幅因子的平均差异小于0.005,相位差的平均差异小于0.5deg;;观测结果与合成结果之间的差异与重力观测仪器有关,高精度的超导重力仪观测结果与合成参数更加一致;重力合成潮汐参数是观测值很好的模拟. 本文结果可为绝对重力测量等地表和空间大地测量提供固体潮改正模型,也可为没有实施观测的广大区域提供有效潮汐参数.      

重力潮汐观测资料的改正和异常背景值的显示问题

本文系统地研究了重力潮汐观测的改正和作为地震预报研究的异常背景值的显示问题.文章讨论了仪器弹性系统流变模型改正和惯性改正以及海洋潮汐等的资料精确化问题和气压、地下水等对重力潮汐观测的影响,并给出了相应的结果.文章还讨论了台站重力测量中非潮汐信息的提取问题,从理论上论证并对比了几种滤波器的实质.      

重力潮汐改正

高精度重力测量迫切要求提高重力潮汐改正的精度,本文应用现有的我国重力潮汐观测成果和海潮重力负荷改正计算结果,提出一组重力潮汐改正的实用计算公式。并且根据计算误差要求小于±1μGal的条件下,将我国划分为四个区,与合适的计算式相对应。此外,对近年来国外学者所提出的理论重力潮汐改正计算公式进行了评述,尤其对过去不曾注意的潮汐永久项（M₀S₀波）在潮汐改正中的影响进行了较详细的讨论。最后还对目前海潮负荷改正的精度提出了一些看法。     

地倾斜固体潮O1和K1日波分潮的海潮效应

本文采用沈育疆等编绘的海潮图,用Farrell给出的地倾斜负荷格林函数褶积积分法,计算了海潮O₁和K₁分潮对我国北京等12个测站地倾斜固体潮的海潮效应。对泰安等测站地倾斜固体潮的观测值进行了海潮改正。     

武汉台重力潮汐长期观测结果

采用武汉台超导重力仪(SG C032)14年多的长期连续观测资料,研究了固体地球对二阶和三阶引潮力的响应特征,精密测定了重力潮汐参数,系统研究了最新的固体潮模型和海潮模型在中国大陆的有效性.采用最新的8个全球海潮模型计算了海潮负荷效应,从武汉台SG C032的观测中成功分离出63个2阶潮汐波群和15个3阶潮汐波群信号,3阶潮波涵盖了周日、半日和1/3日三个频段.重力潮汐观测的精度非常高,标准偏差达到1.116 nm·s^-2,系统反映了非流体静力平衡、非弹性地球对2阶和3阶引潮力的响应特征.结果表明,现有的武汉国际重力潮汐基准在半日频段非常精确,但在周日频段存在比较明显的偏差,需要进一步精化.对于中国大陆的大地测量观测,固体潮可以采用Dehant等考虑地球内部介质非弹性和非流体静力平衡建立的固体潮理论模型或Xu 等基于全球SG观测建立的重力潮汐全球实验模型作为参考和改正模型,海潮负荷效应应该采用Nao99作为改正模型.     

不同地球模型对负荷潮汐改正的影响

负荷潮汐改正与地壳上地幔结构有密切关系,主要原因是负荷潮汐取决于高阶勒夫数。利用较新的1066A地球模型,对负荷勒夫数进行了重新推算,并依据负荷勒夫数组成重力、倾斜、应变及位移格林函数。发现在近区用1066A模型和经典的G-B模型求出的格林函数值差别较大。据此,推估出不同地球模型对负荷潮汐改正的影响,其中远区估算按解析方法进行,近区由数值法进行。     

中国大陆精密重力潮汐改正模型

利用理论和实验重力固体潮模型,充分考虑全球海潮和中国近海潮汐的负荷效应,建立了中国大陆的精密重力潮汐改正模型.结果表明,采用不同的固体潮模型会对重力潮汐结果产生相对变化幅度小于0.06％的差异;在沿海地区海潮负荷的影响约为整个潮汐的4％,而中部地区约为1％,其中中国近海潮汐模型的影响约占整个海潮负荷的10%,内插或外推潮波的负荷约占海潮负荷的3％.通过比较实测的重力数据表明,本文给出的重力潮汐改正模型的精度远远优于0.5×10^-8 m·s^-2,说明了本文构建的模型的实用性,可为中国大陆高精度重力测量提供有效参考和精密的改正模型.     

中国东西重力潮汐剖面

为了检验体潮与海潮的理论模型,分析了中国东西重力潮汐剖面（1981年9月-1985年1月）。同时,为研究LaCoste ET-20和ET-21重力仪的格值系统,建立了一条由17台LaCoste G型和2台LaCoste D型重力仪观测的重力垂直基线。在基线上标定的结果表明,ET-21重力仪的格值大了1％。由标定得到的格值计算剖面上各测站的潮汐因子,经海潮改正后,接近Wahr模型值,振幅因子的残差:O₁波小于0.3μGal,M₂波小于0.4μGal。但是上海和拉萨的观测经海潮改正后,相位迟后有很大的改善,振幅因子却更偏离于模型值,其潮汐异常主要是近海的海潮模型不完善,以及在海潮计算中,所采用的地球模型未考虑地壳与上地幔的横向不均匀性所引起。     

北京地区最新重力潮汐结果及其在检测液核共振效应中的应用

利用中国计量科学研究院北京昌平基地iGrav-012超导重力仪最新观测资料,对其作仔细地预处理,根据调和分析方法精密测定了重力潮汐参数,基于负荷理论与卷积积分技术获得了包含HAM11a,DTU10,EOT11a在内的14个全球海潮模型的重力海潮负荷效应,利用近周日频段内潮波振幅因子的共振效应求解了自由核章动(FCN)的本征参数.调和分析结果表明,重力潮汐的观测精度非常高,标准差达到1.184nm·s-2.基于加汉宁窗的快速傅里叶变换方法获得地震频段的地震噪声等级(SNM)为0.206,说明该台站是低背景噪声的.周日主波O1和K1经海潮模型作负荷效应改正的平均有效性分别为83%和85%;使用13个高精度海潮模型进行迭积计算获得的FCN本征周期为430.0(427.8,432.3)恒星日,品质因子Q值为-5137.     

承压井水位固体潮M_2波海潮负荷改正

应用Schwiderski全球海潮模型,采用积分格林函数方法计算了海潮M2波的应变负荷潮。通过调和分析和残差计算,对京、津、唐地区的7个承压水位观测井的水位固体潮M2波进行了海潮负荷改正。计算结果显示,观测井水位M2波潮汐因子和相位漂移的标准偏差分别由改正前的2.263和24.57°降低到0.898和3.58°。     

黄石台ORBES-81型伸缩仪观测结果的调和分析及海潮改正

本文对黄石台ORBES-81型石英伸缩仪的应变固体潮观测资料作了分析计算,其调和分析结果为:对O_1波,振幅因子0.4219,相位滞后6°36＇;对M_2波,振幅因子0.4256,相位滞后-4°42＇.同时,讨论了海潮引起的负荷潮汐应变的改正问题.模拟计算发现负荷潮汐应变与体潮应变大致为同一量级,文中列出了海潮改正后的结果,并作了讨论.最后,对黄石台伸缩仪的架设方位作了评价.