利用GRACE及气象数据评估GLDAS水文模型在青藏高原的适用性

以青藏高原地区为研究背景,以评估水文模型在该区的影响因素、改善条件及其整体适应性为研究目标,利用GRACE重力卫星对比水文模型模拟的陆地水变化,以及地面气象实测数据对比降雨与温度两项重要指标,采用相关与误差分析法评价水文模型输入参数,将其作为模型预测数据与实际观测数据进行对比分析。结果表明,GLDAS/Noah各项指标与GRACE更为相近,降雨与气温数据除夏冬两季存在幅值差异外,整体上周年幅值与相位都存在较高NSE系数,表明GLDAS模型的降雨及气温输入参数与地面观测数据有较高的一致性。     

基于改进的主成分分析法提取GRACE时变重力场信号

针对主成分分析法提取时变重力场模型信号中存在信号泄漏和去条带噪声不明显的问题,提出对球谐位系数主成分分析的改进方法。首先对球谐位系数进行主成分分析,提取主要的模态,再对不同模态根据其自身噪声特点选择合适的滤波方法和参数,最后在此基础上进行信号提取。以CSR发布的2005-01~2013-12(108个月)GRACE时变地球重力场模型进行实验,提取2006-06和2006-12等效水高数据和改进前的主成分分析进行比较,表明此方法在有效地剔除条带误差的同时又使得信号泄漏减小。     

基于GRACE卫星重力数据估计格陵兰岛冰盖质量变化

重力场恢复与气候试验（GRACE）卫星为高分辨率地监测全球冰川质量变化提供了一种新的手段。本文利用2003年1月至2014年12月Level-2 RL05的GRACE产品,进行去相关误差滤波、高斯滤波和海洋-陆地信号泄漏改正后,得到了格陵兰岛冰盖质量变化的时间序列,分析了格陵兰岛冰盖质量变化的长期趋势项,并与ICESat的结果进行了比较验证。研究表明,在2003年1月至2014年12月之间,格陵兰岛冰盖质量减小速率约为（-260±43）Gt/a,对全球海平面的贡献约为（0.72±0.12）mm/a,对同时期海平面上升的贡献占25.8%,并且格陵兰岛冰盖消融有着很强的区域差异性,冰盖消融的区域主要集中在边缘区域,中部内陆地区的冰盖质量则有增加的趋势。并进一步和ICESat的结果进行了比较分析,ICESat的结果显示格陵兰岛冰盖质量减小速率约为（-174±43）~（-184.8±28.2）Gt/a,而GRACE的结果则为（-209.4±26.3）Gt/a,有着较好的一致性,并且区域分布特征也符合较好。     

全球水质量迁移对海平面空间模式周年变化的影响

大气、陆地水和海洋之间的水质量迁移对海平面的影响一般假定为均匀薄层分布.但实际上,水质量负荷重新分布一方面会使地壳产生形变,另一方面会引起重力位势场变化(引力位和离心力位),这都会对海平面时空变化特征产生影响,两方面之和称为负荷自吸引效应(SAL).海洋模式模拟的时变洋底压力结果一般符合Boussinesq假设即体积守恒,忽略了大气、陆地水和海洋之间水质量交换的影响.本文基于海平面变化方程,联合陆地水模型、大气地表气压模型、海洋洋底压力模型和GRACE反演的冰川质量变化,详细讨论了2003-2010年SAL对海平面周年变化的影响.主要结论有:(1)SAL对全球海平面周年变化有显著影响,振幅在1.3~19 mm.其中近海岸和低纬度区域受影响较大.(2)在SAL引起的海平面周年振幅变化的因素中,陆地水储量变化因素最大,大气因素次之,非潮汐海洋影响最小.但非潮汐海洋对海平面周年相位空间变化的影响最为复杂.(3)通过与国际长期验潮站观测数据结果比较,在ECCO海洋模式估计的洋底压力结果中引入SAL,能多解释约5.3%观测信号方差.     

利用GRACE反演长江流域水储量变化

利用GRACE重力卫星2003年1月～2006年9月共计43个月的时变重力场数据,反演了长江流域水储量的变化.结果显示,基于GRACE数据的反演结果和CPC模型符合得相当好;若考虑低阶项的影响,对GRACE的反演结果有很明显的改进.     

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基于GRACE时变重力场的三峡水库补给水系水储量变化

利用22个月的GRACE时变重力场,反演了三峡水库补给水系的水储量变化,并按月给出了数值结果.与水文学同化模型（CPC）的两组比较说明基于GRACE重力的反演结果是合理的.当高斯平均半径为1000 km时,该区总水储量变化的峰谷差为14 cm,其年变化振幅为58 cm,相位为-408天,与CPC模型合成重力数据的反演结果进行比较,其总水储量变化均方差为13 cm,年变化振幅相差01 cm,相位相差10天.为进一步检验GRACE能否监测该区真实水储量变化,还将其反演结果与CPC模型的真实平均结果进行比较,结果发现总体均方差为21 cm,年变化振幅相差17 cm,相位相差93天.因此,第一种比较过高地估计了GRACE监测该区水储量变化的能力,第二种比较则较真实地反映了实际情况,尽管反演结果与水文学的结果差别较大,但仍然显示GRACE能监测该区每月的水储量变化.     

基于随机森林模型的GRACE数据3种空间降尺度对比

陆地水储量是赋存在陆地上各种形式水的综合体现,研究其时空变化对认识区域水循环过程和水资源调控等具有重要意义。然而现有陆地水储量变化数据实际分辨率较低,限制了其在中小流域或地区中的应用。针对这一问题,本文基于GRACE重力卫星和其后续卫星GRACE-FO反演的陆地水储量变化数据,首先采用随机森林模型,分别基于格点、区域(流域)和区域(全国)3种空间降尺度思路将GRACE数据降尺度至0.25°×0.25°,后结合GLDAS模型数据,基于水量平衡原理计算得到地下水储量变化数据,最后基于降尺度模型模拟效果和实测地下水位数据评估3种降尺度思路在全国的适用性。结果表明:随机森林模型能够较好地模拟驱动数据(降水、气温、植被条件指数和土壤水储量)与GRACE数据的统计关系,验证期格点降尺度思路的平均相关系数总体在0.6左右,区域降尺度思路的平均纳什效率系数、相关系数和均方根误差分别>0.5、>0.75和<6.6 cm,3种空间降尺度思路的模拟精度均满足基本要求;2003—2021年间,GRACE数据、格点降尺度、区域降尺度(流域)和区域降尺度(全国)得到的我国陆地水储量亏缺量分别约为...