Gravity changes before large earthquakes in China: 1998–2005

Although it is well known that coseismic gravity changes take place during an earthquake, previous research has not yielded convincing evidence demonstrating that significant gravity changes occur before large earthquakes. Furthermore, even if we suspect that gravity changes occur before large earthquakes, we have yet to demonstrate how to consistently observe these changes for useful earthquake forecast that would bring benefits to society. We analyzed ground gravity survey data obtained in 1998, 2000, 2002, and 2005 at stations of the Crustal Movement Observation Network of China (CMONOC) and examined gravity changes be-fore the occurrence of nine large (Ms≥6.8) earthquakes that ruptured within or near mainland China and Taiwan from November 2001 to August 2008. Results from this analysis show that significant gravity changes occurred across a large region before each of these nine large earthquakes, and these changes were detected by repeated ground gravity surveys through CMONOC. Although these gravity changes were significant, more research is needed to investigate whether these gravity changes could be viewed as precursors of large earthquakes. Limitations and uncertainties in the data include sparseness of the gravity monitoring network, long time intervals between consecutive gravity surveys, inevitable measurement errors, hydrological effects on gravity, and effects of vertical crustal movements on gravity. Based on these observations, we make several recommendations about possible future direc-tions in earthquake-related research using gravity monitoring data.     

中国大陆重力场变化及其引起的地球动力学特征

利用中国地壳运动观测网络1998-2000年间绝对重力和相对重力观测资料获得中国大陆重力场空间动态变化结果,分析研究了1998-2000年中国大陆重力场变化及其特征。     

华北地区长期重力变化监测

利用GRACE卫星重力资料,计算了华北地区的长期重力变化结果,利用6个测站的绝对重力观测资料,获取了测站的重力变化时间序列,同时获取了北京、泰安测站的GRACE卫星月重力变化时间序列。卫星重力观测结果显示华北地区地下水流失严重,绝对重力观测结果表明地面沉降严重。     

日本MW9.0地震前GRACE卫星重力变化

利用GRACE重力卫星月重力场数据,通过去相关与高斯滤波等方法获取日本大地震震前震源区周缘年度、季度和年度差分重力变化,以及若干点位时间序列重力变化。分析结果表明：日本大地震前5年内在震源区周边出现了比较明显的卫星重力异常正负交替和迁移现象,至震前1～2年,震区周边形成了明显正负异常区,正重力异常区重力增加现象明显。点位重力时间序列分布指出日本MW9.0级地震前存在与1976年唐山地震类似的重力变化现象。反映出日本大地震震前震源区周边地下物质运动、质量迁移和能量积累等问题。     

卫星重力梯度测量的研究现状及其在物理大地测量中的应用前景

阐述了卫星重力梯度测量的发展背景,并对其研究现状作出了全面评述,指出了尚需进一步研究的若干问题,展望了该技术在物理大地测量中的应用前景。     

CHAMP重力卫星结果在中国海及邻近海域的初步分析

利用世界上第一个采用高低卫_卫跟踪技术的CHAMP重力卫星计划导出的全新的高精度全球长波重力场模型EIGEN_1S结果 ,根据二维高斯滤波原理 ,基于相同空域尺度对卫星重力结果和由卫星测高解算的几种版本的海洋重力异常数据进行了长波部分的分析研究。结果表明 ,在中国海及其邻近海域卫星重力数据与卫星测高解算的海洋重力异常数据之间存在明显的偏差。     

中国古代大地测量

古代测量是中国古代文明的重要组成部分，它是适应农耕与征战的需要最早发展起来的实用技术之一。中国大地测量源于距今近5000年的原始社会末期的三皇五帝时代。几千年来，中国大地测量经历了从步量、丈量到立杆测影、仪器观测的发展过程。距今2000年的西汉时期，发明了浑天仪，开始了使用仪器测量地面点地理坐标的新阶段。公元724年，僧人一行与南宫说在黄河中游的平坦地区进行了世界上最早的子午线测量。16世纪后期，意大利人利玛窦带来了西方的测量技术，从此开始了中国传统大地测量与西方测量方法并行、融合的进程。明末清初，利用天文测地的方法在全国范围内测定了几十个经纬度点，为地图绘制提供了控制基础。天圆地方是中国古代最典型宇宙观，是中国古代测量与制图中未能考虑地球曲率的认识根源。简言之，中国古代大地测量成就辉煌，特色明显，与西方古代测量并驾齐驱。     

利用GRACE数据检测日本Mw9.0地震同震和震后重力变化

基于德国地学中心（GFZ）发布的GRACE RL05月重力场模型数据,考虑全球陆地同化系统陆地水储量的影响,采用300 km的扇形滤波,利用叠积法提取了日本Mw9.0地震的同震和震后重力时变信号,并利用最小二乘拟合的方法计算了两个同震重力变化极值点在地震前后85个月的重力年变率。结果表明：土壤水分和雪水引起的重力变化为-0.34~0.09 μgal;利用GRACE数据检测到的同震重力变化为-5.3~4.2 μgal,与基于PSGRN/PSCMP模型计算的结果在空间分布和量级上具有较好的一致性;震后5 a震中附近区域的重力整体上呈现增加趋势,断层上盘所在的日本海域与下盘所在的太平洋区域重力增加的最大值分别为2.6、4.5 μgal,下盘重力增加较大,可能与断层下盘所在地层的黏滞性相对较低有关。     

WZD94中国重力大地水准面研究

利用我国实测重力值计算完成了全国5'×5'格网平均空间重力异常,并结合重力场模型WDM94,利用国内外最新发展起来的快速谱算法确定了我国高分辨率5'×5'重力大地水准面WZD94。     

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。     

全球及局部海洋扰动重力反演的快速解析方法

从经典边值问题理论及球谐函数理论出发,在空域推导获得了由大地水准面高以及垂线偏差计算扰动重力的解析计算公式,为利用卫星测高数据反演海洋扰动重力提供了理论基础。针对全球海洋区域和局部海洋区域的扰动重力反演,在前人已有工作基础上,提出了改进的基于一维FFT的精确快速算法,保证了计算结果与原解析方法完全一致,且计算速度提高约20倍。该算法在提高计算效率的同时避免了由于引入FFT而产生的混叠、边缘效应问题,而且对观测数据的序列长度没有硬性要求,使得应用更加灵活。利用EGM2008地球重力场模型分别生成了2.5'分辨率大地水准面高数据和垂线偏差数据,按照本文提出的改进方法(采用全球积分计算)分别反演获得了全球及局部海洋区域的扰动重力。经比较分析,由大地水准面和垂线偏差分别反演获得的扰动重力其差异在0.8×10^-5 m/s²以内,这说明两种反演方法是基本一致的,但在数据包含系统误差的情况下,由垂线偏差反演扰动重力具有一定优势。     

中国大地测量学发展的若干问题

概述了大地测量学作为测绘基准提供地理信息系统的基础框架作用。回顾了我国大地测量在建立国家平面基准、国家高程基准、国家重力基准等方面的实践,介绍了大地测量学当前发展的国际背景,提出了我国大地测量学今后的发展方向,如建立现代大地坐标框架和现代重力基准的目标和任务,以及改善国家高程基准等方面的考虑     

中国西部区域GRACE卫星重力变化

针对研究中国西部长期重力变化的问题,该文利用GRACE月重力场模型,基于Slepian变换构建中国西部区域局部重力场,并采用GIA和GLDAS等模型扣除相应误差,通过时间序列分析方法得到该区域2003—2013年卫星重力变化。结果表明,东天山呈现负重力变化,可能由区域冰川消融引起的;西天山的正重力变化,应与冰川小幅增加和构造运动引起的壳幔物质积累有关;青藏高原内陆正重力变化可能由区域地壳抬升、粘弹性地壳的构造应变以及壳幔物质的质量迁移与积累引起;青藏高原边界区域的负重力变化,应与冰川加速消融以及地下水抽取有关。Slepian方法较好地克服了滤波平滑处理带来的重力变化信号压制及细节平滑,可为中国西部的地壳运动、地震活动和气候变化等研究提供数据支撑。     

我国地球重力场研究的进展

概述了我国近年来在地球重力场研究方面所做的主要工作和取得的成果 ,包括 :① 2 0 0 0国家重力基本网的建立 ;②我国省市级局部大地水准面的精化 ;③卫星测高 ;④高阶地球重力场模型 ;⑤卫星重力探测技术。     

我国国家重力网的系统转换

本文分析了我国１９５７年国家重力网的精度和问题，探讨了国家重力网的系统转换模式，利用现有的新旧重力网的重合点实际数据进行了回归分析、方差分析和系统误差检验，结果表明在“５７网”与“８５网”之间，除了—１３．５８ｍｇａｌ的平均基准差之外，并不存在其它明显的系统误差，特别是看不出有尺度系统差的影响，也不存在差值随纬度变化的任何规律。因此认为将“５７网”系统转换成“８５网”系统时，可以不必加“尺度系统差改正”，更不用考虑“非线性系统差改正”，建议一律只加一项“基准系统差改正”，其数值应该采用—１３．５８ｍｇａｌ。     

利用测高重力梯度异常反演中国南海海底地形

根据位理论和挠曲均衡补偿理论,推导了重力梯度异常垂直分量与海深之间的关系。利用Geosat、ERS-1/2、T/PJ、ason-1、EnviSat-1卫星测高数据计算得到的南海海域重力梯度异常垂直分量,采用FFT求解法,反演了南海海域的海底地形,并与LDEO船测海深数据进行了比较,两者之差的RMS较大,在大于5 000m的海域达到了595.1 m。     

GIS在人口重心迁移研究中的应用

利用GIS技术，建立甘肃少数民族人口重心研究的图形数据库和人口统计数据库，计算各主要民族人口重心及其移动轨迹，制作人口重心移动专题图件，并在此基础上对少数民族人口重心移动规律展开讨论。     

应用Slepian局部谱方法解算中国大陆重力场球谐模型

根据经典的球谐函数方法,为满足正交化要求,观测数据需要覆盖整个球面,而对于地表局部测量数据,则无法应用球谐方法解算重力场模型。针对此问题,采用Slepian局部谱分析方法解算中国大陆范围内的实测重力场变化数据,并以GOCE卫星球谐函数解作为已知模型,评估由于实际陆地重力测点的非均匀分布对球谐函数解的误差影响。通过计算多个阶次中国大陆局部范围的Slepian基函数分布;采用GOCE卫星获得重力场模型的前72阶球谐系数作为已知结果,评价实际测点非均匀分布的解算有效性,并针对中国大陆地区采用Slepian基函数进行解算,通过模型对比选择最优截段项数;针对2005—2008年中国大陆地区流动重力测量获得的重力场变化信号进行解算,获得了72阶重力场变化模型。     

GRACE重力卫星在陆地水储量变化监测中的应用

介绍了GRACE重力卫星,并对GRACE重力卫星数据在陆地水储量变化中的应用现状进行分析,总结了GRACE重力卫星数据在陆地水储量变化检测中的数据获取、计算方法和精度分析,以及Grace数据在不同区域尺度陆地水储量变化估算中的应用情况,最后,指出GRACE在水储量应用中的不足和未来的研究方向。     

重力场长周期变化的观测与理论结果比较

利用Chandler摆动周期作为约束,估计了地幔滞弹性对地球二阶带谐响应系数κ、带谐位系数J₂和卫星轨道升交点Ω的影响,理论预测的长周期潮汐参数被用来与人卫激光测距(SLR)观测结果进行比较。结果表明,SLR确定的长周期潮汐解已能检测到地幔滞弹性的影响。考虑地幔滞弹性和非平衡海洋潮汐效应后,理论预测的18.6a潮汐参数与SLR潮汐解基本相符。