基于GRACE卫星测量得到的中国及其周边地区陆地水量变化

GRACE卫星成功开辟了空间大地测量对地观测的新途径。利用GRACE卫星得到的时变地球重力资料,分析估计了中国及其周边地区陆地水量的变化趋势,较为清晰地揭示了该地区季节性变化特征。进一步采用13点滑动平均的方法扣除了季节性变化,提取了4个特征区域(喜马拉雅南部,新疆与西藏及其周边的亚洲高山区域,中国华北、东北地区和中国南部地区)的陆地水量变化特征信息,这4个区域陆地水量的变化趋势分别为-12.7±0.7、-60.4±2.7、-12.5±0.5和6.6±0.9 km³/a。其中：喜马拉雅南部和亚洲高山区域陆地水量呈现明显的衰减趋势,与Matsuo和Heki模拟冰川质量损失源得到的结果较为一致;但近10年来亚洲高山区域西北部冰川加速融化趋势并不明显。中国华北、东北地区和南部地区水量变化比较复杂,具不稳定的变化趋势。     

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利用重力卫星GRACE监测亚马逊流域2002-2010年的陆地水变化

本文利用GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) 卫星重力资料研究了亚马逊流域2002-2010年的陆地水变化,并与水文模式和降雨资料进行了比较分析.在年际尺度上,GRACE结果表明:2002-2003年和2005年,亚马逊流域发生明显的干旱现象;2007年至2009年,陆地水呈逐年增加的趋势,并在2009年6月变化值达到最大,为772±181 km³;自2009年6月至2010年12月,陆地水总量又急剧减少了1139±262 km³,这相当于全球海平面上升3.2±0.7 mm所需的水量.水文模式得到的亚马逊流域陆地水在2010年也表现出明显的减少.降雨资料与GRACE观测资料有很好的一致性.在2005年和2010年的干旱期,亚马逊流域的降雨显著减少,说明降雨是亚马逊流域陆地水变化的重要因素.此外,本文采用的尺度因子的方法有效地降低了GRACE后处理误差的影响.     

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利用卫星长波长地球物理位场对东亚地区深部结构的研究

有研究表明从中国北部经黄海、朝鲜半岛、日本海至日本本州岛存在一个大型断裂带,被称为“北纬40°断裂带”.为了验证该断裂带的存在性,本文通过GRACE和CHAMP卫星的位场数据中的大尺度区域重力和磁力异常来研究该区的大型构造特征.区域性研究范围为24°N~56°N,90°E~150°E,详细研究范围为32°N~42°N,122°E~132°E.2008年Taylor等利用CHAMP卫星2005年6月至12月收集的轨道数据,从测量数据中消除地核和外部产生磁场效应,经化磁极之后得到磁异常图,从中来追踪构造特征,并根据地质和地球物理资料建立了数学模型来进行解释.本文在此基础上,增加了GRACE卫星2003年10月份测量的重力异常场数据.实测差分位场数据利用高斯-勒让德求积法转换为垂向重力异常值,通过减去最新地球重力场模型（EGM96）的场值来去除波长超过1100 km的长波长异常,所得的重力异常数据和磁场数据进行比较.为了能从中得到研究区的共同构造特征,建立一个球面棱柱模型进行正演模拟、并进行重、磁异常场的波数相关性分析.研究发现在重、磁异常中均发现一个呈负相关的纬向构造特征,东亚地区“北纬40°断裂带”横穿了整个朝鲜半岛.     

联合GRACE卫星轨道及距离变率数据反演地球重力场方法研究

基于动力学法,研究联合GRACE卫星精密轨道及距离变率数据反演地球重力场的方法,该方法可对重力位系数及卫星初始状态误差同时进行有效校正。通过对各观测值模拟不同的随机误差,研究了不同精度观测值联合反演所能达到的精度,以及用相同精度的观测值进行联合反演时不同采样率对反演结果的影响,模拟计算结果表明：联合反演模式下,当距离变率精度为1 μm/s,卫星位置精度为2~3 cm,速度精度为0.1~0.5 mm/s时,加速度计精度为(1.0×10 ^-10~1.0×10^-9 m/s ²比较适合;将距离变率精度由1 um/s提高到0.1 um/s时,反演精度可获得相应提高;在观测值精度一定的情况下,联合反演算法宜采用5 s采样率。     

基于重力卫星几何轨道线性化的地球重力场反演方法

传统动力学法的观测方程以6个初始轨道参数和先验力模型为初值进行线性化,其线性化误差随积分弧长拉长而增大.本文直接以重力卫星的几何观测轨道为初值进行线性化,其线性化误差与轨道弧长无关,且不需要初始重力场模型和初始轨道参数.导出了基于卫星轨道观测值反演重力场模型的相关公式,利用JPL公布的RL02版本2008年全年的GRACE双星轨道数据和加速度计数据解算了90阶次的地球重力场模型TJGRACE01S,并以EGM2008模型为基准与其他模型进行了比较分析,结果表明:TJGRACE01S模型直到90阶次的大地水准面累积误差为17.6 cm,优于同阶次的EIGEN-CHAMP03S和EIGEN-CHAMP05S模型,前27阶位系数整体精度优于EIGEN-GRACE01S,前15阶位系数整体精度与EIGEN-GRACE02S模型精度大致相当.利用美国8221个GPS水准点数据的分析结果也表明,本文模型也优于同阶次的EIGEN-CHAMP03S和EIGEN-CHAMP05S模型.     

利用GRACE时变重力场探测2010年中国西南干旱陆地水储量变化

GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment)卫星计划为监测陆地水储量变化提供了有效技术手段.本文采用2003至2010年共计8年的GRACE月重力场模型反演中国西南区域陆地水储量变化,与GLDAS(Global Land Data Assimilation System)全球水文模型进行对比分析,其结果在时空分布上均符合较好,同时在2009年秋至2010年春该区域陆地水储量均呈现明显减少,与该时段云贵川三省的干旱事件相一致;比较分析了2009年秋至2010年春GRACE反演陆地水储量变化与TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)合成数据计算的月降雨量的时空分布,两组结果均与西南干旱事件对应时段与区域十分吻合;对近8年的陆地水储量变化与月降雨量数据进行相关性分析,其结果表明陆地水储量变化与降雨量强相关,即降雨量是导致陆地水储量变化的主要因素;分析该区域地表温度变化,结果显示2009年9月至2010年3月地表温度均比历史同期高,地表温度的升高加剧了陆地水储量的减少.     

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。