温度变化对GPS站周期性的影响不容忽视

正近日,中科院上海天文台许雪晴等首次应用三维热膨胀模型,根据地表温度数据计算出全球三维地表周年位移形变,并与GPS台站观测的周年位移数据进行对比,表明温度变化引起的地表形变是GPS台站周年位移的影响因素之一,特别是在水平方向。研究结果显示,由温度变化引起的全球地表三维周年形变在垂向上的振幅最大约3mm,在水平方向最大周年振幅约为1.5mm,且垂向周年位移的分布与温度周年变化表现一致,而水平方向的周     

联合GPS和GRACE数据分析陕甘宁地区地表垂直形变

采用甘肃省CORS网和中国大陆构造环境监测网络中共48个台站的GPS观测数据，解算得到观测台站的垂直位移，并与GRACE时变重力场Mascon模型解CSR RL05M数据计算得到的垂直形变进行比较，分析区域地表垂直形变特征。结果表明，研究区内台站垂直形变存在局部特征，甘肃庆阳和平凉地区垂直形变与其他地区存在明显差异，相关系数、均方根减少量和周年信号减少量均高于其他地区；扣除趋势项后，观测台站GPS垂直位移与GRACE垂直形变时间序列相关系数均值为0.72，GPS和GRACE周年信号振幅均值分别为6.00 mm和3.70 mm，周年信号减少量和均方根误差减少量均值分别为0.51和0.29；研究区内GPS垂直位移和GRACE垂直形变时间序列一致性较强，GRACE垂直形变能有效解释50%以上的GPS垂直位移周年信号，GPS垂直位移时间序列包含的非构造形变中平均约29%来源于环境负载变化所引起的负荷形变。     

联合CORS与环境负荷形变数据的香港地表垂向形变

联合GPS解算得到的单日垂向位移和环境负荷形变数据分析香港连续运行参考站(HKCORS)在2018-09-09～23台风“山竹”期间的地表形变特征。2种数据处理结果均表明,台风期间香港地表出现一定程度的沉降,总体变化特征为台风距离香港垂直距离越近,香港地区的地表沉降越大。2种方法所得地表垂直形变趋势较为一致,但在数值上存在差异,主要原因为：1)GPS计算的短时间内地表垂向位移包含温度、纬度、解算误差等影响因素;2)由于缺少地表水、地下水等相关信息,模型模拟各种因素对地表水、地下水的影响时存在较大误差。     

函数模型与随机模型双约束的GPS-InSAR数据融合方法建立三维形变场

针对InSAR技术研究地表三维形变时监测信息不足的问题,以GPS监测信息为先验信息,建立附有随机模型约束的地表三维形变模型。考虑到SAR卫星极轨方式运行导致LOS向观测量对南北向形变不敏感的问题,以GPS南北向形变观测值作为强约束,构建三维形变解算的函数约束条件。模拟数据与西安地区实测数据的计算结果表明,基于随机模型与函数模型共同约束的地表三维形变参数最小二乘解的精度优于仅有函数模型约束或仅有随机模型约束及无任何约束的参数解精度。     

PM2.5对地表温度的影响及其应用

采用线性最小二乘原理对从对流层顶10 km至地表0.8 km的温度探空廓线进行拟合,外插地表温度,讨论外插地表温度与实测温度的统计特性。将其应用于GPS气象中的加权平均温度模型发现,基于外插的地表温度能显著提高模型精度,提高约1.2~1.7 K。     

温度递减率对加权平均温度的影响

引入温度递减率,和地表温度一起作为独立参数对加权平均温度进行拟合,并根据所建立的温度递减率模型,分析其对加权平均温度的影响。研究表明,高精度的温度递减率有利于改善加权平均温度模型拟合值的分布,使其不再与地表温度呈现简单的线性关系,即使不同探空站的地表温度相同,它们计算的加权平均温度也不相同,从而提高GPS气象学中PWV的转换精度。     

地表温度变化对GNSS连续运行基准站垂向形变影响研究

利用实测地表温度数据,计算温度变化对GNSS基准站观测墩和基岩垂向形变的影响;联合大气负荷变化,综合分析温度变化对基准站垂向形变的影响规律。以新疆GNSS连续运行基准站数据为例,结果表明,温度变化对新疆GNSS连续运行基准站垂向影响的年周期项振幅为1.4～2.1 mm,半周年振幅为0.01～0.33 mm,周年项振幅占主要部分;垂向时间序列变化扣除温度变化影响后,RMS值平均减小0.55 mm,精度提高约9%;温度变化与大气负荷变化对垂向形变影响的趋势基本一致,呈现上半年增加、下半年下降,扣除两项影响后精度提高约13%。研究表明,温度和大气负荷变化均为基准站垂向位移周期性变化的重要影响因素。     

鲜水河断裂运动引起地表形变的向-位错模型模拟

基于三维向错理论模拟倾角为60°的矩形断层在转动角不同量级和形式下引起的地表形变,分析断层转动对地表形变大小及空间分布的影响。利用向-位错模型,采用数值方法模拟鲜水河断裂带断层滑动与转动引起的地表形变,并与扣除趋势项的2009~2015年的GPS实测结果进行对比。研究表明：1）转动角大小与断层向错引起的地表位移场大小呈正比关系,位移场方向不变,转动方向不同时,地表位移场方向随之改变,大小不变,且断层附近地表位移场影响较大;2）基于向-位错组合模型对鲜水河断裂带模拟结果与GPS结果在大小和方向上均具有较好的一致性;3）鲜水河断裂带表现出一定的旋转特性,存在明显的分段差异性,具有一定的转换构造样式。     

高频GPS动态监测地表形变的试验与研究

设计了位移形变模拟试验场并进行位移形变模拟试验,利用Bernese 5.0软件的单历元单点定位功能,处理并分析了位移模拟形变试验获取的1 Hz GPS数据.并以2008年5月12日汶川地震为例,获取了震中附近3个GPS站(成都、简阳和郫县)震前的短临位移过程及震后短时间的动态时变序列,结果显示各站的形变结果在时间上具有很好的一致性.利用动态时序的地震波到时和震中距离估计地震波地壳平均速度为3.17 km/s.     

一种更加严密的GNSS台站位移热弹性效应模型

GNSS基准站天线观测墩及其所在基岩会随地表温度变化产生热弹性形变,并累积为GNSS台站的位移.热弹性效应的定量分析对于准确分离GNSS基准站坐标时间序列中的信号和噪声具有重要意义.基于弹性力学和热弹性力学的相关理论,给出一维温度场下轴对称观测墩热弹性形变的解析解.结果表明,观测墩的垂向位移由观测墩和基岩的泊松比、热膨...     

城市地表覆盖组分及植被多样性与热环境关联性分析——以贵阳市为例

本文以贵阳市为研究对象,研究了地表覆盖组分及植被多样性对地表温度的影响。首先基于Landsat-8 OLI多时相影像数据在GEE平台上实现了研究区域地表覆盖精细分类;然后结合不同季节8天合成的MODIS温度产品数据,利用时空统计分析、相关分析等方法分析了研究区不同地表覆盖类型地表温度时空分布特征,地表温度与不同地表覆盖组分、地表覆盖多样性和植被覆盖多样性的相关性。结果表明：贵阳市建成区主要分布有常绿阔叶林、常绿针叶林等植被,常绿阔叶林在不同季节对地表温度的降温效应明显,而不透水面对地表温度具有明显的增温效应,尤其以夏季最为显著;地表覆盖多样性与地表温度之间具有较强相关性,其中植被覆盖多样性较植被覆盖率对地表温度的影响更为显著,而不透水面的增加会明显降低植被多样性的影响。因此,要发挥城市绿地对城市温度和热岛效应的调节作用,建议可以适当增加常绿阔叶林的绿化面积,同时在空间上要提升植被多样性水平,能够较大程度改善城市热环境。     

采用GPS观测值进行三维形变分析的构想

在已知地表度量张量的基础上,给出了根据测站的GPS复测值计算地表形变张量、主方向、线应变、面应变、高斯曲率与平均曲率的有关公式,并着重对地表的内蕴与外蕴形变概念作了阐述,最后指出利用地表内蕴与外蕴形变量能较好地描述地表的三维形变。     

利用附加系统参数的GPS-InSAR综合形变模型建立三维形变场

在有效融合GPS与InSAR两种对地观测技术提高地表三维形变监测精度时,针对InSAR监测结果中可能存在的系统偏差,建立了附加系统参数的综合形变分析模型。该模型以高精度的GPS观测数据作为强约束,将InSAR数据中的系统误差综合影响用函数拟合的方法进行补偿。模拟数据和实测数据计算表明,附加系统参数的综合形变分析方法在E、N、U3个方向的精度都有所提高,其中以U方向最为显著。     

融合土地覆盖和土壤水分产品的近地表空气温度空间化方法

空气温度是评价人居环境的重要指标,与人类的生产生活息息相关;其观测对于水文、环境、生态和气候变化等方面的研究具有重要意义。传统的大范围空气温度观测数据一般通过气象站点获取,但由于气象观测站点空间分布离散稀疏的特点,所获取的数据不能精确描述空间连续的空气温度变化情况。因此,实现基于遥感数据的近地表空气温度精准估算具有重要的现实意义。本研究基于精细的地表覆盖类型、空间连续的土壤水分、地表温度（LST）数据,并结合其他辅助数据,构建了近地表空气温度空间化模型,并对近地表空气温度影响因子进行评估,发现地表覆盖类型对近地表空气温度的影响最大,土壤水分为最活跃的影响因素,经验证,模型精度较高,R²接近0.85,RMSE为0.5℃。本研究获取的精确空间连续的近地表空气温度信息,能够充分表达其空间异质性,为农业气象灾害灾变过程监测、农作物生长过程模拟、区域气候变化分析等研究提供良好的近地表空气温度数据支撑。     

基于GNSS观测研究2015年尼泊尔MW7.8地震震后地壳形变特征及其机制

收集及处理尼泊尔境内的GPS连续观测站和中国藏南地区的GPS基准站数据,获得2015年尼泊尔MW7.8地震震后3 a的GPS水平形变场。结果显示,尼泊尔地震的震后形变主要分布于尼泊尔北部及中尼边境区域,且东西方向形变较小,南北方向形变较大,整体继续向南运动,最大震后位移约为10.93 cm。采用孔隙弹性回弹模型计算的理论地表位移远小于GPS观测值,无法解释GPS观测到的震后形变。采用震后余滑模型反演的结果表明,震后余滑主要集中在断层的下倾延伸部分,且空间分布较广,余滑释放的地震矩为1.09×1020 Nm。采用PSGRN/PSCMP程序计算粘弹性引起的理论地表形变结果显示,粘弹性松弛模型不能解释近场GPS观测值,但在远场区域的运动方向与GPS观测值一致。采用粘弹性松弛和震后余滑组合机制模型进行反演,余滑释放的地震矩降为1.08×1020 Nm,且空间分布更加集中。研究结果表明,组合机制模型在保证了模型拟合精度的基础上,反演结果与应力驱动模型反演结果更接近。     

合成孔径雷达信号子带干涉技术及其应用

分别选用两景Radarsat-2和TerraSAR-X数据,应用子带干涉技术获取夏威夷火山国家公园及其附近区域的沉降量,并将其与偏移跟踪技术结果进行对比,证明了子带干涉技术的地表形变监测能力,且分辨率越高、带宽越宽的TerraSAR-X数据得到的监测精度越高。用两景PALSAR数据,应用子带干涉技术获得唐洞煤矿地表方位向位移,与同期GPS监测数据进行对比,进一步验证了子带干涉技术的形变监测能力。     

基于地理国情监测框架下长沙市望城区地理空间分析

利用望城区2013年LANDSAT8卫星遥感数据,反演了望城区地表温度;并结合望城区地理国情普查成果数据进行动态分析,结果表明望城区地理国情普查地表覆盖数据与利用LANDSAT8反演的地表温度之间有很好的相关性。该研究成果对于动态监测城镇土地利用变化,优化土地资源配置具有一定的参考意义。     

基于PCA方法的GPS台站时间序列分析

基于10 a以上的全球GPS台站数据,利用主成分分析法及其他数据处理方法,对台站时间序列进行预处理和结果分析,研究其中的非线性周期规律,探讨时间序列的主要影响机制。结果表明,主成分分析法可以将台站残差时空矩阵分解成若干正交成分,GPS台站时间序列的东西方向具有线性漂移趋势,全球大部分GPS台站都存在非线性周期规律,周年项和半周年周期占据主导地位。     

基于GPS观测值研究日本M_W9.0地震震后形变机制

基于GPS观测的震后水平位移对2011年日本MW9.0地震的震后形变特征进行研究。震后近5a(截至2015-12),震后水平位移累积达到东向60~165cm,南向20~65cm,距离震中较远处的G104、G105及J192站点观测到的震后位移累积变化已超过同震位移,且震后形变还在持续。联合震后余滑和粘弹性位错理论模拟震后形变,利用这2种作用机制对震后GPS水平形变进行解释。研究表明,震后余滑在震后形变最初阶段起主要作用,但随着时间增长而逐渐衰减,粘滞性松弛作用的贡献随着时间增长而变大,GPS观测到的震后地表形变可由这2种机制结合得到较合理的解释。利用震后GPS形变模拟估算地震区域的地幔粘滞系数在1.5×1019 Pa·s量级。     

利用MODIS数据反演沙漠化地区地表温度的简化模式——以陕西北部地区为例

利用MODIS数据可见光波段、近红外波段和中红外波段,获得提取地表温度所需要的2个基本参数:地表比辐射率和大气透过率;然后对热红外波段b31、b32运用劈窗算法提取出陕北地区地表温度;并利用两种不同经验公式参数得出的结果与相应位置气象观测站观测的卫星过境时刻的地表气温进行比较.结果表明,劈窗算法简化模式能获得较准确的地表温度,符合陕北地区的实际地表状况,印证了应用该简化模式可以在大范围内快速实时监测地表温度.