全球高程基准研究进展

建立统一的全球高程基准是国际大地测量科学界的核心目标之一,也是全球尺度地球科学研究、跨境工程应用等的必要基础设施。国际大地测量协会（international geodesy association,IAG）2015年发布了国际高程参考系统的定义,并于2019年提出了建立国际高程参考框架的目标。从全球高程参考系统的理论基础和定义出发,对国际高程参考系统与框架的理论、方法和实际问题开展论述与研究,主要包括全球大地水准面重力位$W_{\mathrm{0}}$的确定、基于高阶重力场模型的重力位确定、基于区域重力场建模的重力位确定,并重点论述和分析了IAG组织的科罗拉多大地水准面建模试验和中国2020珠峰高程测量实现国际高程参考系统2项典型案例研究。结果表明,在平坦地区和一般山区,重力大地水准面模型精度能达到1 cm（重力位0.1 m2/s2）,即使在珠穆朗玛峰这样的特大山区,也有望达到2~3 cm精度（重力位0.2~0.3 m2/s2）。综合典型案例研究结果、观测技术、数据资源和区域分布等因素,提出了建立国际高程参考框架的初步策略,包括IHRF参考站布设、重力位确定方法、数据要求、应遵循的标准/约定和预期精度指标等,展望了光学原子钟与相对论大地测量对于全球高程基准统一的潜在贡献。     

基于区域参考框架的GNSS滑坡监测

区域参考框架是实现高精度区域大地形变观测和滑坡灾害长期监测的基础设施。结合活动地块的划分和长期的GNSS观测结果,笔者将我国大陆和海域初步划分为7个“刚性骨架地块”,简称“刚性地块”,拟建立覆盖我国陆海全域的区域参考框架系列:东北、华北、华南、西北、青藏、川滇及南海参考框架。本文介绍了从全球参考框架(IGS14)到区域参考框架的坐标转换方法,并例举了华北参考框架(NChina20)和华南参考框架(SChina20)在滑坡长期监测和滑坡初动自动识别领域的应用。     

新仙女木事件研究进展

发生在12.9~11.6 ka BP的一次北半球气候快速变冷——新仙女木(YD)事件在过去30年来一直是古气候研究的热点。当下由于人类活动引起全球变暖,研究类似的快速气候变化事件及其触发机制对于预测未来气候变化具有重要意义。然而时至今日,科学界对YD事件的发生时间、气候效应、触发机制及其全球性意义依然存在很大争议。对比多个高分辨率记录探讨了YD事件的发生时间及其年代学意义,详细总结了南、北半球中高纬地区及低纬地区近年来新发现的YD事件的记录及其气候效应,重点讨论了YD事件触发机制假说的发展与争议,并结合YD事件的研究现状提出了未来研究热点和重要方向。     

1637—1643年华北地区极端干旱事件中的粮食危机

粮食作为自然生态系统与社会经济系统的关联点,能够有效地揭示极端干旱事件对自然-经济-社会复合生态系统影响的过程和机理。以粮价异动为切入点,通过粮价通胀指数和“无透雨”的持续时间,分析农业旱情及其对粮食生产的影响,对1637—1643年华北地区极端干旱事件中的粮食安全进行深入剖析。结果显示:华北地区无透雨天数超过150 d,年降水量与5—9月降水量的距平值均≤-30%,水分异常短缺,土壤严重失墒,危及粮食生产安全。因此,降水量距平值≤-30%是华北地区粮食生产安全的临界阈值。此次极端干旱事件是历史同类事件之最,连续无透雨日数最长,地表径流枯竭记录最多,水资源的短缺导致伴生灾害相继发生,超过生态系统的忍耐极限,粮食生长期缩短,减产歉收,绝产绝收,粮食供给链条断裂。粮价通胀指数最低9.50,最高26.70;货币发行与粮食供给失衡,通货膨胀严重,粮价飞涨,市场倒闭,粮食安全体系崩塌,自然-经济-社会复合生态系统发生质变成为历史必然。     

基于混合逻辑动态的卫星监测调度方法

提出一种解决卫星监测调度的优化算法,将卫星监测调度问题描述为一个混合逻辑动态优化问题。将所研究的监测调度问题分为单卫星监测及多卫星协同监测的情形。在单卫星监测情形中,将卫星监测多个区域的过程描述为一个事件触发的过程,提出区域不确定度的概念来描述地面区域未被监测的时间。通过混合逻辑动态优化方法,求得使所有区域不确定度最小的多区域监测序列。在多卫星协同监测情形中,将多卫星在任务区域内的协同监测过程描述为多个不同步的事件触发过程,引入协同机制,避免了星间的决策冲突,通过混合逻辑动态优化方法,实现任务区域的高效率监测。仿真结果说明了通过本文提出的卫星监测调度方法可以保证任务区域内每个子区域被监测的时间间隔尽可能小,同时保证事故多发区域被监测的频率更高。     

椭球坐标的多面函数法在区域地壳形变监测中的应用研究

利用多面函数法,在椭球坐标下建立求解GPS对地壳形变观测结果应变场的公式。利用交叉验证法,建立福建沿海地区的最优应变场求解模型。通过对以往研究结果的对比分析,认为基于椭球坐标的多面函数法解算区域地壳形变监测网的应变场方法,能更加精确地获取大范围内地壳形变的总体变化趋势,从而为区域地壳形变监测的特征及深部驱动机制研究提供参考。     

基于精选基准消秩亏的GNSS参考网数据处理方法

全球导航卫星系统（GNSS）参考网多用于估计卫星轨道/钟差、监测地表形变和速度场、确定精密地球自转参数等方面。相关数据处理模式包括：双差基线解（DD）和非差精密单点定位（PPP）等。本文首先从GNSS基本观测方程出发,通过选取两组基准参数,导出了上述两模式下的列满秩观测方程,然后分析了它们的不足,例如：相位偏差在DD模式中吸收了钟差,丧失了时不变特性;模糊度在PPP模式中吸收了相位偏差,失去了整数性。基于上述分析,本文提出了一种新的参考网数据处理方案,以充分融合DD和PPP模式的优势。它的关键策略是精选基准参数,以达到消秩亏的目的,具体优点体现在：相位偏差独立可估,若合理约束为时不变参数,可充分减少参数个数,提高网解精度;待估模糊度具备整周特性,经由模糊度固定,可改善网解可靠性。     

冰后回弹对全球及中国参考框架的影响分析

文章利用ICE-5G模型发布的最新预报值,计算分析了冰后回弹对全球和中国区域的影响,发现冰后回弹不仅会引起垂直方向的地壳运动,而且还会引起水平方向的地壳运动,但是水平方向的量级要明显小于垂直方向.全球范围内最大回弹区域位于加拿大,大约为16mm/a,而由冰后回弹所引起的地壳水平方向运动达3mm/a.这个回弹量级对于维持毫米级ITRF的稳定所造成的影响是不容忽视的.中国范围内回弹值大概在0～0.7mm/a,这个量级对于参考框架的影响基本可以忽略.     

附有国际参考电离层约束的全球电离层模型

提出利用国际参考电离层附加虚拟观测值对总电子含量值为负数的地区、赤道异常区域和南半球区域电离层进行约束,在日固地磁参考系下采用15阶次的球谐展开建立全球电离层模型,解算得单位权中误差约为1.6TECU,残差绝对值小于3TECU的比例达90%以上,且全球电离层图与IGS电离层工作组的电离层产品精度相当,偏差RMS约为3.7TECU,卫星差分码偏差与欧洲定轨中心相比优于0.1ns,与IGS相比优于0.2ns,接收机差分码偏差与欧洲定轨中心相比优于1ns(大部分优于0.5ns),与IGS相比优于1.5ns。实验结果表明,附有国际参考电离层约束的全球电离层模型确保了全球各个地区的电离层总电子含量为正值,且有效提高了全球电离层模型在赤道异常区域、海洋地区和南半球的精度。     

ENVIRONMENTAL CHANGE AND ITS IMPACTS ON HUMAN SETTLF, MENT IN THE CHANGJIANG RIVER DELTA IN NEOLITHIC AGE

Dating data, altitude of Neolithic sites, climatic changes from sedimentary records and previous research results were collected and analyzed to detect possible connections between climatic changes and human activities in the Changjiang River Delta in the Neolithic Age. The results indicated that hydrological changes greatly impacted the human activities in the study region. Low-lying geomorphology made the floods and sea level changes become the important factors affecting human activities, especially the altitude change of human settlements. People usually moved to higher places during the periods characterized by high sea level and frequent floods to escape the negative influences from water body expansion, which resulted in cultural hiatus in certain profiles. However, some higher-altitude settlements were not the results of climatic changes but the results of social factors, such as religious ceremony and social status. Therefore, further research will be necessary for the degree and types of impacts of climatic changes on human activities in the study area at that time.