利用CORS站网监测温州-丽水区域环境负荷对地壳垂直形变和重力变化的影响

基于CORS(continuously operating reference stations)站网综合解算,采用负荷场移去恢复技术,研究了温州-丽水区域环境负荷引起的地壳垂直形变与地面重力时空变化,并与GRACE (gravity recovery and climate experiment)重力卫星结果进行比较。研究发现:①环境负荷对地壳垂直形变与重力变化的影响分别达到厘米和十几微伽量级,季节性变化特征显著;②冬季地壳垂直形变与重力变化分别呈现由西至东依次递减与增加趋势;③与GRACE结果相比,除局部区域存在差异,整体上时空变化趋势具有较高一致性;④CORS站网能够监测地表环境负荷引起的地壳垂直形变与重力场时空变化。该研究结果可为环境动力学研究与地质灾害监测预警提供重要参考。     

三峡库水位变化过程中的地壳垂直形变与重力变化监测

监测三峡库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化,对三峡水库的安全运行和区域地质灾害监测防治等具有重要意义。本文从直接计算、实际测量和综合解算3个方面研究了三峡库水位变化过程中地壳垂直形变和重力变化。基于资源三号卫星影像提取的水体数据,结合水位数据,直接计算了三峡水库蓄放水从145~175m每隔5m的影响,地壳垂直形变最大可达30mm,对重力影响超过20μGal(1Gal=10~(-2) m/s~2)的范围距离长江中心线约2km内。库区较近的巴东CORS站(ES13)能够实际测量到库水位变化过程中的地壳垂直形变。由于目前三峡库区的CORS站和重力台站数量较少,分布不均,还不能满足紧密跟踪三峡库水位变化过程中的监测需求。利用三峡地区26座CORS站和部分重力台站数据,基于负荷形变理论和球谐分析方法,综合解算了库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化,与实际CORS监测结果一致。通过对比分析发现,基于CORS站网的综合解算,能够有效提升对库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化的监测能力。     

CORS网区域重力场变化与地面稳定性跟踪监测方法

为了实现地面稳定性降低时间与地点、持续作用时间与空间影响分布的全面跟踪监测,该文基于卫星定位连续运行站(CORS)站网观测数据,结合地表水、大气及海平面变化资料,提出了CORS站网时变重力场及负荷形变场精化的已知负荷移去恢复法,建立了基于时变重力场的确定性地面稳定性变化定量辨识准则。以丽水温州地区为例,利用2015-2017年CORS网及有关水文观测数据进行计算分析,根据40起已发生的历史地质灾害(险情)事件对结果进行验证:丽水温州地区的CORS网具备区域重力场变化与地面稳定性跟踪监测能力,具备地质灾害灾变过程追踪与前兆捕获能力,CORS站网的地质灾害前兆提前捕获率可达92.5%。     

土壤水与海面高综合的负荷影响

针对地球重力场及大地水准面由于受到地表水、海面高异常及地下水动力环境影响,会发生实时变化的问题,该文基于土壤水与海面高数据,采用负荷形变理论和重力场球谐分析方法,研究了浙江区域土壤水、海面高异常及土壤水-海面高异常对地面重力变化和大地水准面变化的影响。研究表明,土壤水-海面高异常综合负荷对地面重力变化的影响最大值大于15μGal,对大地水准面影响比较小,影响范围在±4 mm。     

大气负荷对区域地壳形变和重力变化的影响分析

在高精度大地测量观测数据处理和相关地球物理解释中,大气负荷由于影响较大,需要考虑。利用全球大气模型和区域气象站气压数据,采用移去恢复方法和球谐分析方法,计算了三峡地区大气负荷对地壳形变和重力变化的影响。提供了一种利用局部气压数据改善该区域大气负荷影响变化计算效果的合理算法,提高局部气压数据和全球模型数据利用的合理性和准确性。研究发现,大气负荷对垂直形变的影响在空间分布上中长波占优,在三峡地区的年变化幅度大于20 mm,对地面重力变化影响的年变化幅度一般不超过10 μGal,对水平形变影响较小。     

固体潮对三峡地区地壳垂直形变和重力变化的影响分析

利用IERS协议上的方法和DE405星历文件,基于三峡地区CORS站和重力台站位置,计算了从2011年到2015年6月固体潮每2 h对三峡地区地壳垂直形变和重力变化的影响,并计算了2012年12月14日大潮期间固体潮影响分布。研究发现,三峡地区固体潮有很强的周期性,存在半月和半年的长周期、一天和半天的短周期。三峡地区农历每月月中和月底前后有2次大潮,月中和月底的大潮潮差相差约1/4;每年冬季（月球赤纬28°36',约11、12、1月）和夏季（约5、6、7月,太阳高度角接近最大）大潮潮差大,春季和秋季大潮潮差小。大地高最大潮高0.346 m,最低潮高-0.190 m（参考历元2000.0）;固体潮对重力与对垂直形变影响异相,最大值110 μGal,最小值-200 μGal。区域固体潮呈明显的条带分布,固体潮对垂直形变与重力变化影响的增减方向相反。本文的研究成果可用于CORS站、重力台站的固体潮影响分析,为局部固体潮相关研究提供参考。     

三峡水库蓄水对地壳形变及大地水准面的影响

利用资源三号(ZY-3)高分辨率遥感影像提取三峡库区水体数据,通过负荷格林函数积分模型法计算出三峡水库蓄水过程中水体对地壳形变及对大地水准面的影响。研究发现:1三峡库区近岸地壳垂直形变与水库水位呈负相关关系,大地水准面与水库水位呈正相关关系;水位上升,长江近岸地面水平向内形变,方向指向江心;2三峡水库蓄水造成的地壳垂直形变最大可达35mm左右,大地水准面形变最大值在8mm左右,而对库区地壳水平形变影响不超过0.5mm;3出现形变最大值的地点是忠县环湾一带,而并非是三峡大坝周边。     

建筑群负荷引起的大地水准面起伏及对高程的影响

以负荷潮理论为基础,利用上海市测绘院所提供的上海市楼群分布数据,计算和分析了高层建筑群作为地表负荷引起的地面径向形变及大地水准面起伏,进而分析其对高程产生的影响.计算结果表明,地面的垂直形变和大地水准面起伏均已达到mm级,大都市高密集建筑群对城市精密工程测量和形变监测影响非常大,在实际应用中应予以充分考虑.     

基于CORS基准站的地质灾害监测技术研究

采用高精度的数据处理软件对CORS基准站不间断、实时的观测数据进行处理与分析,结合大气、地表水及海平面变化等观测资料,研究地面水平和垂直形变、地面重力的变化.通过挖掘CORS基准站网监测地质灾害灾变过程的潜力,提升地质灾害监测预警能力,推进地质灾害预警向定量化、实用化方向发展,为浙江省重大工程建设和形变安全运营等提供支持.     

多通道奇异谱分析提取的CORS站大地高形变信息

针对GNSS测站噪声与局部效应对坐标时间序列精度的影响,提出有效提取CORS站网大地高时序形变信息的多通道奇异谱分析方法.MSSA方法提取的研究区各测站共有垂直形变信号,总体趋势上表现较为一致的起伏波动,其振幅并非恒定,而是随着时间变化增大或减小.MSSA方法重构的时间序列精度普遍高于FFT多周期重构法,38座CORS站中92％的测站采用MSSA方法重构之后其精度均有不同程度地改善,精度提升了2.01％～16.89％.实验结果表明:MSSA方法相比FFT方法更合适区域CORS站网大地高时序共有形变信息的提取,研究结果有助于发掘水负荷迁移与形变之间的作用机理,可为陆地水储量变化精确监测提供重要技术参考.     

Time variations of the Earth's gravity field and crustal deformation due to the establishment of the Three Gorges reservoir

A method is developed with which to predict time variations of the Earth's gravity field and crustal deformation due to mass loading. Using this method, changes to the original geodetic datums can be estimated. This is applied to the Three Gorges area of China, due to the construction of the Yangtze river dam. Results indicate that the probable maximum crustal deformation and changes in gravity, elevation and deflection of the vertical will be 7.8mm, 4.7mgal, 19.0mm and 0.61 arc seconds, respectively. These changes are of importance for the establishment of monitoring operations both during and upon completion of the dam.     

武汉九峰地震台重力变化与地壳垂直形变分析

长期的重力变化和地壳形变观测是研究地下物质运动的重要手段。基于武汉九峰地震台2013—2020年的绝对重力和全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）观测数据,计算了长期的重力与地壳垂直形变的变化趋势,并以1年、2年和3年的时间间隔分段,进行线性趋势拟合,分别获得不同时间段的绝对重力年变化率、地壳垂直形变速率以及对应的比值。研究结果表明,武汉九峰地震台长期的重力年变化率为0.479 9 μGal/a,地壳垂直形变速率为-1.2 mm/a, 两者的比值为-0.399 9 μGal/mm,与理论值存在一定的偏差,可能与该区域的地下水活动有关。将不同时间段的重力变化与地壳垂直形变的数据展布在一张图中,发现数据点离散分布在不同区域,由此可初步判断地下物质运动过程,为区域动力学机制解释提供参考。     

珠峰及周边地区强震影响垂直形变特征研究

2015年尼泊尔地震对珠穆朗玛峰高程的影响,近年一直受到全世界关注。2020年珠穆朗玛峰高程测量在珠穆朗玛峰及周边地区布设了高精度的全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)形变监测网,收集了1999—2020年跨喜马拉雅山脉的32个连续运行参考站(continuously operating reference stations, CORS)的GNSS连续观测数据。利用GNSS数据监测了珠穆朗玛峰周边地区地壳三维形变特征,定量获取了2015年尼泊尔强震对珠穆朗玛峰周边CORS同震位移,以及地震对区域地壳三维形变长期趋势的影响,特别是对该地区垂直形变的影响。研究结果表明,该区域地壳垂直形变由南至北跨喜马拉雅山脉呈明显的阶梯型分布特征;震后印度板块与欧亚板块存在加速汇聚趋势,导致震后地壳隆升速率同步增大。     

基于台州及周边地区CORS站网地表形变时空特征分析

基于台州地区15个连续运行参考站（CORS）2017-2019年的时间序列,对其进行线性拟合,构造三维速度场,并利用功率谱分析及小波变换分析其CORS站周期特征．发现台州地区CORS中基准站水平方向具有平均站速度33.58mm／a,运动方向为东南的水平运动现象,高程方向最大抬升速率3 mm/a,最大沉降速率1 mm/a;从周期上看,CORS站垂直方向相较于水平方向明显很多,具有明显的年周期、半年周期以及季节周期．      

我国大地测量学的进展和展望

回顾了我国大地测量工作的进展。面向 2 1世纪前期的我国经济和国防建设及科技和社会发展 ,展望了我国新世纪的大地测量 ,提出应逐步进入精确、动态、实时的现代化体系 ,即完善国家三维空间大地网 ;建立 GPS综合服务体系 ;提供导航和定位服务 ;测定地壳运动、电离层参数、大气中可降水份等信息 ;精化中国地区重力场参数 ;建立新的国家重力基准网 ;完成分米级精度的中国似大地水准面的推算 ;积极开展海洋和空间大地测量 ,为资源、环境的管理以及防灾监测做出应有的贡献。