基于GRACE重力卫星的华北平原地表负荷形变监测与模拟

发布时间：2017-04-12 17:19

  本文关键词：基于GRACE重力卫星的华北平原地表负荷形变监测与模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水是人类生产生活的重要资源,同时也维持着自然环境平衡。水资源的开发和利用,制约着华北平原社会、经济的发展。由于地下水资源超采,华北平原已成为世界范围内地面沉降现象严重的地区之一。 地表负荷形变是指由于地表流体质量(陆地水、海洋、大气等)的季节性迁移和重新分布所引起的地表垂直形变现象。计算地表负荷形变可以揭示隐含在地面沉降背景下的地表自然形变现象,为地面沉降研究提供新的研究思路。传统的地表形变观测方法存在一定的空间局限性,本文以地球物理知识为理论基础,利用GRACE卫星时变重力场资料,联合人工神经网络方法,探究地表负荷形变的反演方法,并分析气候驱动下的华北平原水文负荷形变成因机制。具体内容如下： (1)联合GRACE重力卫星和人工神经网络模拟地表负荷形变法。本文模拟出了华北平原内5个测点2009-2010年的地表形变量。精度验证表明模型模拟精度较高,5个台站的后验差比值C0.5,小误差概率P0.8,R2均值为0.742, RMSE均值为0.501mm。进一步探求不同水储量输入对模型精度的影响发现,陆地水储量作为模型输入因子时模型模拟效果最好,且地下水储量对地表负荷形变的影响比土壤水储量大。 (2)基于GRACE时变重力场球谐系数反演地表负荷形变法。本文估算了中国的地表负荷形变量,并与27个GPS台站观测值进行比较,大部分台站的季节性信号拟合度较好,部分台站出现一定偏差。计算估算结果的相关系数r和RMSE发现,26%的台站相关系数大于0.5,60%的台站相关系数在0-0.5之间,14%的台站表现出负相关。27个台站的平均RMSE=6.2mm,南部地区的平均RMSE=5.2mm,北部地区的平均RMSE=6.7mm。 GRACE对大尺度流域的水储量敏感度较高,因此在水储量变化较为明显的地区,GPS和GRACE解算结果相关性更高。 (3)气候驱动下的华北平原水文负荷形变成因研究。本文分别探究了华北平原水文负荷形变的季节性变化以及长期负荷变化。解算结果表明水储量与负荷形变呈相反的变化趋势。此外,同一时段内,土壤水储量与地下水储量呈相反的变化趋势,可能的原因是二者在季节上的不一致。进一步解算华北平原区域内的负荷形变长期变化,发现引起华北平原地表负荷形变的原因包括土壤水负荷、地下水负荷。此外,地下水开采在一定程度上减轻了地表形变。因此,对于地下水开采程度较高的地区,应重视地下水负荷形变的影响。
【关键词】：GRACE 地表负荷形变 人工神经网络 球谐系数 华北平原 水储量
【学位授予单位】：首都师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P223
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 图目录11-13
• 表目录13-14
• 第一章 绪论14-26
• 第一节 选题背景、目的及意义14-16
• 一 选题背景14-15
• 二 选题目的及意义15-16
• 第二节 国内外研究进展16-21
• 一 地表负荷形变研究方法进展16-21
• 1 传统GPS观测技术研究进展17-18
• 2 基于GRACE卫星重力场资料反演研究进展18-19
• 3 人工神经网络模拟研究在地球科学中的应用进展19-21
• 二 华北平原地面沉降监测、模拟研究进展21
• 第三节 研究内容21-22
• 第四节 技术路线22-25
• 第五节 研究创新点25-26
• 第二章 研究区概况及数据来源26-34
• 第一节 研究区概况26-27
• 一 自然地理概况26
• 二 气象水文概况26-27
• 三 地面沉降情况27
• 第二节 数据来源介绍27-34
• 一 GRACE重力卫星数据27-29
• 二 GPS台站观测数据29-31
• 三 地球物理模型数据31-32
• 四 气象站数据32-34
• 第三章 基于GRACE重力卫星的地表负荷形变模拟研究34-64
• 第一节 联合GRACE重力卫星和人工神经网络模拟地表负荷形变34-45
• 一 人工神经网络基本原理简述34-35
• 二 华北平原地表负荷形变影响因子讨论35-37
• 三 华北平原地表负荷形变模型建立37-38
• 四 模型精度验证38-42
• 五 不同水储量对模型模拟精度的影响42-45
• 第二节 基于GRACE时变重力场球谐系数反演地表负荷形变45-62
• 一 时变重力场估算地表负荷形变原理45-50
• 二 地表负荷形变反演结果验证与分析50-61
• 三 误差分析61-62
• 第三节 小结62-64
• 第四章 气候驱动下的华北平原水文负荷形变成因研究64-76
• 第一节 气候驱动下的华北平原水文负荷形变解算64-70
• 一 陆地水储量变化对地表负荷形变的影响研究64-66
• 二 土壤水储量变化对地表负荷形变的影响研究66-68
• 三 地下水储量变化对地表负荷形变的影响研究68-70
• 第二节 华北平原长期地表负荷形变分析70-74
• 第三节 小结74-76
• 第五章 结论与展望76-79
• 第一节 结论76-78
• 第二节 展望78-79
• 参考文献79-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：301789