基于GRACE RL05数据的近十年全球质量变化分析

发布时间：2017-05-09 10:19

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【摘要】：重力场的变化反应了地球质量的变化,地球质量分布并不稳定,在地球上人口密集,经济快速发展的地区出现了水资源的严重不足,一些地区地下水的过度开采导致地下水快速下降,而且受全球气候变化的影响,两极地区冰川出现大面积的融化。GRACE卫星的发射提供了监测大范围区域质量变化的方法。本文利用GRACE RL05数据估计了2003年1月至2012年12月问的全球质量变化,选取质量变化较为明显的几个地区进行详细分析。文中的相关研究内容及结果概括如下：(1)描述了卫星重力测量的发展历程,介绍了国内外的研究成果。详细分析了采用GRACE时变重力场模型反演质量变化的理论与方法,重点阐述了数据后处理过程中常用到的一些滤波方法,并分析各滤波效果。根据传统的去相关滤波无法直接拟合数据序列两端数据,提出一种改进方法,实现其边界系数无需作为滑动窗口中心直接拟合并使最高拟合达到55次,改进后的去相关滤波效果更好。(2)分析了全球陆地水储量年际变化和季节性变化,选取中国大陆及印度半岛、亚马逊流域变化明显的地区做局部水储量分析。结果显示,2003-2012年问,中国大陆的三峡水库以及新疆阿尔金山自然保护区水储量年际变化呈现增加,华北地区水储量变化呈现下降。华北平原地下水以4.1mm/yr速度减少,研究期间内,水储量的变化主要是在2004至2008年间,地下水的减少是引起其重力变化的主要原因；三次蓄水导致三峡地区的等效水高值发生了52mm、18mm及7mm的变化,该结果证明GRACE能够捕捉表面水量引起的重力变化；新疆阿尔金山地表水先增加后下降,且在2005年出现跳跃增加,整个研究期间内,阿尔金山地区的总的陆地水储量以1.06cm/yr的速度增加,而地下水则以1.16cm/yr速度增加。印度西北地下水变化非常明显,其地下水下降主要是在2010年之前,其下降速度为-16.5mm/yr,而在2010年以后趋于稳定。十年间,该地区地下水以-15.3mm/yr的速度减少。印度半岛和亚马逊流域受周年信号和半周年信号影响较强,亚马逊流域周年振幅和相位分别为176mm和126d,半周年振幅值为79mm,降水是影响该地区水储量季节性变化主要原因。(3)研究了南极和格陵兰岛冰盖融化及对海平面的影响,分析了采用不同GIA(glacial isostatic adjustment)模型对研究冰盖融化的影响。结果显示,南极地区冰盖融化主要是在西南极,而在东南极冰盖呈现积累,南极整体表现为加速融化状态。研究期间内,整个南极的冰盖质量变化速率和加速度分别为-75.5±40.3 Gt/yr、-21±4.0 Gt/yr2,对海平面上升的贡献率为0.20±0.11 mm/yr、0.06±0.01 mm/yr2。格陵兰岛冰盖融化主要是在南部和西北部,自2010年开始,格陵兰岛冰盖融化速度加快。2003-2012年间,整个格陵兰岛冰盖融化速率和加速度分别为-162.3±21.8 Gt/yr、-17.7±4.5 Gt/yr2,对海平面上升的贡献率为0.45±0.06 mm/yr、0.05±0.01 mm/yr2。GIA模型的采用是影响冰盖融化研究的重要因素,其模型误差是研究冰盖融化误差的主要来源。南极和格陵兰岛受周年信号影响较强,南极周年变化振幅值和相位分别为8.1mm,300d,格陵兰岛最大周年振幅高达60mm,整个格陵兰岛相位为150d。
【关键词】：GRACE 去相关滤波 水储量变化 冰盖融化 季节性变化 年际变化
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P223
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 卫星重力测量的发展13-14
• 1.3 地球质量迁移国内外研究现状14-16
• 1.3.1 国外研究现状14-15
• 1.3.2 国内研究现状15-16
• 1.4 本文主要研究内容及结构16-17
• 第2章 GRACE反演地球质量变化理论与方法17-33
• 2.1 GRACE重力数据17-19
• 2.2 GRACE反演地球质量变化原理19-22
• 2.3 空间滤波22-31
• 2.3.1 空间平滑函数22-23
• 2.3.2 高斯滤波23-25
• 2.3.3 扇形滤波25-26
• 2.3.4 去相关滤波方法26-28
• 2.3.5 去相关滤波改进方法28-29
• 2.3.6 DDK滤波29-31
• 2.4 泄漏误差31
• 2.5 时间序列分析31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 陆地水储量变化33-56
• 3.1 基于GRACE的全球质量变化33-35
• 3.2 水文模型35-36
• 3.3 中国大陆陆地水储量变化36-43
• 3.3.1 华北地区水储量变化37-40
• 3.3.2 三峡水库蓄水变化40-42
• 3.3.3 新疆阿尔金山自然保护区水储量变化42-43
• 3.4 印度地区水储量变化43-48
• 3.4.1 年际变化44-46
• 3.4.2 周年及半周年变化46-48
• 3.5 亚马逊流域水储量年际及季节性变化48-55
• 3.5.1 水储量长期变化趋势49-52
• 3.5.2 季节性变化52-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第4章 冰盖质量变化56-78
• 4.1 概述56-57
• 4.2 GRACE数据处理57-58
• 4.3 冰川均衡调整的影响58-62
• 4.3.1 冰川均衡调整对全球质量变化的影响58-60
• 4.3.2 冰川均衡调整对南极的影响60-61
• 4.3.3 冰川均衡调整对格陵兰岛的影响61-62
• 4.4 冰盖质量变化分析62-76
• 4.4.1 南极冰盖质量年际及季节性变化62-70
• 4.4.2 格陵兰岛冰盖质量变化分析70-76
• 4.5 冰盖质量速率不确定分析76-77
• 4.6 小结77-78
• 第5章 结论与展望78-81
• 5.1 结论78-80
• 5.2 展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-86
• 攻读学位期间发表的学术论文86

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 段虎荣;空间测量数据区域性地壳形变的研究[D];长安大学;2011年

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本文编号：352329