利用GRACE、GPS和绝对重力数据监测斯堪的纳维亚陆地水储量变化

重力卫星GRACE(gravity recovery and climate experiment)监测斯堪的纳维亚半岛陆地水储量变化会受到冰川均衡调整(GIA)信号的严重影响。首先根据该地区绝对重力和GPS并址观测数据计算了GIA重力和垂直位移的实测线性比值,利用该比值和GPS网观测的垂直位移速度场得到了GIA重力。然后,对GRACE观测的重力变化速率进行GIA重力改正,进而可分离陆地水储量变化趋势,避免了使用GIA模型所带来的巨大不确定性,并根据观测数据完整估计了所得结果的不确定性。最后与水文模型作对比分析。结果表明,实测的GIA重力-垂直位移线性比值为0.148±0.020μGal/mm(1Gal=10-2 m/s2),该结果检验了Wahr的理论近似值且与北美实测的结果非常接近。2003年1月至2011年3月期间,斯堪的纳维亚半岛陆地水储量存在明显的增加趋势,信号的主体位于半岛南端的维纳恩湖附近,总的水量增加速率为4.6±2.1km3/a,数据观测期间的累积增加水量为38±17km3。研究结果与WGHM水文模型的结果有较好的一致性,相关系数达到0.69,而与GLDAS水文模型的相关性略小。     

利用GPS垂直位移反演云南省陆地水储量变化

地表质量的重分布会引起固体地球的弹性形变,GPS连续运行观测站能够精确测定地表负荷引起的地壳形变。本文通过模拟数据对利用云南省及其周边47个中国大陆构造环境监测网（陆态网）台站反演云南地区陆地水储量的可行性进行分析：以水文模型周年振幅为真值,计算47个台站点的负荷形变,同时加入随机误差构成模拟观测数据,最后采用模型反演陆地水储量变化;1000次的随机模拟试验表明利用当前GPS台站数据可有效地反演云南地区陆地水储量变化。基于上述结论,笔者反演了云南省2010—2014年陆地水储量变化,GPS反演结果表明：云南省陆地水变化呈现明显的地域分布特征,西南部高山地区的水储量周年变化高于东部平原地区;在时间尺度上,云南省大部分地区水储量在10月（夏季末）达到最大值,在4月（冬季末）达到最小值;云南省2010—2014年陆地水呈缓慢增长趋势,约为20 mm/a。通过GPS陆地水储量反演结果与GRACE、GLDAS以及TRMM数据综合对比分析,表明利用云南地区当前GPS台站可以作为独立观测量用于GRACE与GRACE Follow-on衔接期间的陆地水储量变化监测。     

空间VLBI观测量估计大地测量

介绍了研究空间VLBI在大地测量等领域应用的意义,探讨了空间VLBI的观测量类型、观测模型及其涉及的大地测量所关心的参数;并采用1980～2004年的VLBI观测数据进行了计算,对大地测量所关心的几种参数的计算结果进行了分析.     

利用GRACE卫星Level-1B数据反演陆地水储量变化的方法研究

卫星重力探测技术为监测陆地水储量变化提供了新的技术手段。对利用GRACE卫星Level-1B数据反演地球陆地水储量变化的重力位差法和Mascon方法的数学模型作了详细推导分析,总结两种方法的特点和解算处理步骤。推导过程表明:重力位差法和Mascon方法在反演时只采用卫星飞临研究区域上空时的观测数据,能够提高反演结果的空间分辨率,比传统的球谐系数法更具优势;Mascon方法在解算时还引入了时空约束方程,进一步提高了反演结果的时空分辨率。     

空间VLBI观测量估计大地测量参数的模拟计算

介绍了研究空间VLBI在大地测量等领域应用的意义，探讨了空间VLBI的观测量类型、观测模型及其涉及的大地测量所关心的参数；并采用1980～2004年的VLBI观测数据进行了计算，对大地测量所关心的几种参数的计算结果进行了分析。     

京津冀陆地水储量变化与区域降水相关性分析

针对京津冀地区水资源灾害频发、水储量监测手段存在局限性的问题,本文利用该地区2015年1月至2017年6月的重力场恢复与气候实验（GRACE）月重力场模型数据反演陆地水储量变化信息,结合区域降水、全球陆地资料同化系统（GLDAS）模型数据,对研究区域内水储量变化时空特征进行相关性分析。结果表明：GRACE监测的陆地水储量变化滞后降水2个月达到强相关性,监测到2016年春旱灾害的发生,扣除季节项影响后,GRACE&GLDAS相关系数为0.88,研究区陆地水储量上升速率为0.118 mm/a。研究结果可为该区域水储量时空调配、旱涝灾害防治提供理论依据。     

利用GNSS地表形变反演区域陆地水储量变化的进展

连续密集的全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)观测的地表形变可用于反演高时空分辨率的区域陆地水储量（terrestrial water storage, TWS）变化,对区域水循环和气候变化的研究具有重要意义,已成为当前水文大地测量领域的一个研究热点。介绍了利用GNSS地表形变反演区域TWS变化的负荷格林函数法和Slepian基函数法,在此基础上评估了GNSS反演TWS变化的稳定性及性能,并重点评述了将其应用于区域水循环和极端气候变化研究的最新进展。对当前GNSS反演TWS变化方法存在的问题及未来发展趋势（如数据精细处理、多类数据联合反演等）进行了总结与展望,以期对未来利用GNSS监测技术研究区域TWS变化及相关应用提供参考。     

利用独立成分分析法研究新疆地区陆地水储量及其地壳垂向变化

中国新疆地区水文气候变化复杂,其水储量变化及其负荷形变特征的精确提取极为重要。采用卫星重力数据GRACE(gravity recovery and climate experiment）反演新疆地区2010—2014年陆地水储量变化,利用独立成分分析法（independent component analysis,ICA）分解时空模式,提取时空特征信号。在此基础上,反演陆地水负荷迁移引起的地壳垂向变化,引入重力位系数与负荷勒夫数一阶项改正,回加非潮汐大气与海洋信号,结合尺度因子法校正GRACE反演结果,引入全球降水气候计划月降水资料分析形变影响,将其与测区12座连续运行参考站形变位移进行定量比较,重点分析各测站陆地水负荷信号与全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）垂直位移的相关关系。结果表明,经ICA方法分解的新疆地区陆地水储量呈现多时间尺度特征,表现为明显的周年与长期变化;周年信号在西部帕米尔高原附近尤为显著;长期变化以逐年减少为主,在乌鲁木齐西部、天山一带信号较强;总体上,陆地水负荷垂直形变的时间序列波动幅度相对较小,幅值...     

利用GRACE重力卫星反演2003~2013年新疆天山地区陆地水储量时空变化

利用2003-1~2013-12的GRACE月重力场数据来计算新疆天山地区陆地水储量的变化,采用去相关滤波和300 km高斯滤波相结合的方法来滤除GRACE数据中的噪声,同时采用尺度因子的方法来减小GRACE后处理误差的影响,并利用Paulson模型结果来扣除由冰川均衡调整（GIA）对水储量反演结果的影响,把得到的最终结果与同期GLDAS、CPC水文模型进行了验证分析。结果表明,GRACE反演结果与两个水文模型的模拟结果变化趋势基本一致,在2003~2013年间,研究区域的水储量整体上呈现下降趋势,速率为-0.54±0.27 mm/a左右,但期间水储量变化波动较大,在2008年10月份左右,该区域水储量较同期呈现明显减小,这与该时段的干旱事件相一致。     

利用卫星重力探测南极冰盖质量变化

针对不同GIA模型在南极地区的改正差异较大,分析了采用不同GIA模型分析得到的南极冰盖融化误差值,研究了南极冰盖质量变化加速度。研究结果表明,扣除IJ05模型影响后,整个南极冰盖质量以(-81.5±4.2)Gt/a的速度和(-12.3±6.5)Gt/a2的加速度融化,对海平面上升贡献分别为(0.23±0.01)mm/a和(0.03±0.02)mm/a2。西南极处于加速融化状态,速度由2003—2008年间的-37.7Gt/a增加至2009—2013年的-156.0Gt/a。东南极冰盖在2009年前处于稳定,2009年后逐渐积累,且积累速度不断增加。2003-2013期间内东南极,西南极冰盖质量变化速度及加速度分别为(28±13.4)Gt/a、(9.8±2.8)Gt/a2、-(108.1±3.5)Gt/a和-(21.1±2.9)Gt/a2,南极冰盖融化主要来自西南极。南极冰盖周年变化影响较强,每年10月左右其质量变化振幅达到最大,半周年变化影响最大在西南极,S2潮波振幅在Ronne冰架附近较大,振幅最大值达到25mm。     

利用三维加速度点质量模型法解算华北地区陆地水储量变化

三维加速度点质量模型法为反演陆地水储量变化提供了新的途径,采用三维加速度点质量模型法计算了中国华北地区2003—2014年的水储量变化。为了检验反演结果,采用球谐系数法以及德克萨斯大学空间研究中心(Center for Space Research,University of Texas at Austin,CSR)发布的RL06 Mascon模型进行对比分析。研究结果表明,两种方法反演结果均反映出华北地区陆地水储量长期处于亏损趋势,但不同方法计算的亏损速度有一定的差别,三维加速度点质量模型法采用CSR提供的RL06数据反演的华北地区陆地水储量亏损速度为-3.09$\mathrm{c}\mathrm{m}/\mathrm{a}$,而球谐系数法反演结果为-2.60$\mathrm{c}\mathrm{m}/\mathrm{a}$;三维加速度点质量模型法特征点的反演结果与Mascon法相关系数更高,而球谐系数法与三维加速度点质量模型法结果之间的差异主要是由条带噪声约束平滑策略不一致导致的。     

中国地壳运动观测网络基准站水平位移向量时间序列

2018-05-05美国夏威夷发生基拉韦厄火山喷发和6.9级地震,直接利用Nevada Geodetic Laboratory（相似文献   

地下水变化对大地原点重力影响的估算

地下水是影响重力变化的重要外部因素之一。从理论上分析了大地原点地下水变化对重力变化的影响,并采用Visual Basic.NET2005实现了模拟估算,得出了二者之间在理论上的函数关系。该结果可为消除地下水变化对大地原点高精度重力测量成果的影响提供参考。     

各向异性组合滤波法反演陆地水储量变化

地球时变重力场模型反演陆地水储量变化已为全球气候变化研究作出巨大贡献,考虑到时变重力场模型球谐系数中存在相关性,其高阶次项具有较大的误差,需采用最优的滤波方法进行空间平滑。本文提出一种新的各向异性组合滤波方法,其基本思想是将改进的高斯滤波法与均方根(root mean square,RMS)滤波法组合,即对球谐系数的低阶次采用改进的高斯滤波法,而高阶次采用RMS滤波法。首先分析了最新的GRACE RL05系列时变重力场模型系数误差特性,基于全球水储量变化反演结果,分析比较了高斯滤波、改进的高斯滤波、RMS滤波和DDK滤波与本文提出的组合滤波法的有效性及精度,并利用模型结果进行了验证,计算结果表明,组合滤波法的中误差最小。研究结果表明,本文提出的组合法相比于先前的滤波方法,可有效地过滤高阶次的噪声,消除南北条带误差,同时减少信号泄漏,提高信噪比,保留更多有效的地球物理信号,进而提高反演精度。     

利用最新空间数据检测固体地球形态变化研究

固体地球形态变化作为一个古老的科学话题一直受到地球动力学研究学者的关注和讨论,本文搜集了全球近4 000个空间技术台站最新实测数据,利用经典的Delaunay三角网构建地球数学模型,对固体地球表面积和体积变化进行重新计算,实验发现:固体地球整体存在压缩趋势,而且全球均存在不同程度的非对称构造变化。     

Estimating geoid height change in North America: past, present and future

The forthcoming GRAV-D gravimetric geoid model over the United States is to be updated regularly to account for changes in geoid height. Its baseline precision is to be at the 10–20 mm level over non-mountainous regions. The aim of this study is to provide an estimate of the magnitude, time scale, and spatial footprint of geoid height change over North America, from mass redistribution processes of hydrologic, cryospheric and solid Earth nature. Geoid height changes from continental water storage changes over the past 50 years and predicted over the next century are evaluated and are highly dependent on the used model. Groundwater depletion from anthropogenic pumping in regional scale aquifers may lead to geoid changes of 10 mm magnitude every 50–100 years. The GRACE time varying gravity fields are used to (i) assess the errors in a glacial isostatic adjustment model, which, if used to correct the GRAV-D model, may induce errors at the 10 mm geoid height level after ~20 years, (ii), evaluate geoid height change over ice mass loss regions of North America, which, if they remain unchanged in the future, may lead to geoid height changes at the 10 mm level in under a decade and (iii), compute sea level rise and its effect on the geoid, which is found to be negligible. Coseismic gravitational changes from past North American earthquakes are evaluated, and lead to geoid change at the 10-mm level for only the largest thrust earthquakes. Finally, geoid change from volcanic processes are assessed and found to be significant with respect to the GRAV-D geoid model baseline precision for cataclysmic events, such as that of the 1980 Mt. St. Helens eruption. Recommendations on how to best monitor geoid change in the future are given.     

Climate Change Studies Using Space Based Observation

Climate change is associated with earth radiation budget that depends upon incoming solar radiation, surface albedo and radiative forcing by greenhouse gases. Human activities are contributing to climate change by causing changes in Earth’s atmosphere (greenhouse gases, aerosols) and biosphere (deforestation, urbanization, irrigation). Long term and precise measurements from calibrated global observation constellation is a vital component in climate system modelling. Space based records of biosphere, cryosphere, hydrosphere and atmosphere over more than three decades are providing important information on climate change. Space observations are an important source of climate variables due to multi scale simultaneous observation (local, regional, and global scales) capability with temporal revisit in tune with requirements of land, ocean and atmospheric processes. Essential climatic variables that can be measured from space include atmosphere (upper air temperature, water vapour, precipitation, clouds, aerosols, GHGs etc.), ocean (sea ice, sea level, SST, salinity, ocean colour etc.) and land (snow, glacier, albedo, biomass, LAI/fAPAR, soil moisture etc.). India’s Earth Observation Programme addresses various aspects of land, ocean and atmospheric applications. The present and planned missions such as Resourcesat-1, Oceansat-2, RISAT, Megha-Tropiques, INSAT-3D, SARAL, Resourcesat-2, Geo-HR Imager and series of Environmental satellites (I-STAG) would help in understanding the issues related to climate changes. The paper reviews observational needs, space observation systems and studies that have been carried out at ISRO (Indian Space Research Organization) towards mapping/detecting the indicators of climate change, monitoring the agents of climate change and understanding the impact of climate change, in national perspectives. Studies to assess glacier retreat, changes in polar ice cover, timberline change and coral bleaching are being carried out towards monitoring of climate change indicators. Spatial methane inventories from paddy rice, livestock and wetlands have been prepared and seasonal pattern of CO₂, and CO have been analysed. Future challenges in space observations include design and placement of adequate and accurate multi-platform observational systems to monitor all parameters related to various interaction processes and generation of long term calibrated climate data records pertaining to land ocean and atmosphere.