联合GPS与GRACE反演陆地水储量变化
发布时间：2021-10-20 07:19
水是生物赖以生存的资源,陆地水与人类的生活密不可分。研究陆地水储量的变化,是探究自然现象,如厄尔尼诺现象、拉尼娜现象及人为因素,如地下水抽取、修建水利等对水资源影响程度的重要手段。陆地水储量的变化可能会引起诸如洪水、干旱等灾害的发生,将直接关系到人们的生活安全与经济建设,所以,对陆地水储量进行有效探测,具有重要的科学与实际应用意义。利用全球定位系统GPS（Global Positioning System）以其实时高精度和自动化等特点,被广泛地应用于监测地表位移、板块运动及反演陆地水等负荷。GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）重力卫星通过探测地球时变重力场,研究地表负荷源变化,可实现全球大尺度陆地水储量动态监测。本文探讨了联合GRACE和GPS资料在陆地水储量研究中的实际应用,主要工作和取得的成果如下:总结了目前国际上基于GRACE观测数据反演陆地水储量变化的方法及研究进展;对GRACE时变重力场模型在陆地水储量变化、冰川消融、海平面变化等方面的重要成果作综述;并探讨了联合GRACE和GPS研究陆地水储量及地表位移的方法及前沿进展...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四川CORS站分布图，其中SCB表示四川盆地，SGB为松潘-甘孜块体，SYR为川滇地区
图 3-4 滑动窗口去相关方法与 EOF 去噪对比。从图 3-4 可以发现，EOF 滤波相比于移动窗口结合去相关滤波方法，更能很好的保留 SPH 的时变特性。EOF 滤波在中纬度地区、北美西部、南亚等地区，很好的抑制了在使用滤波时出现的信号泄露现象。在南极和格陵兰岛地区，EOF滤波相比于移动窗口去相关方法，反演结果受滤波平滑影响更小，且在低纬度的滤波效果较滑动窗口去相关方法更为平滑。3.2 GRACE 信号恢复方法在 GRACE 数据后处理过程中，滤波方法的运用和 GRACE 有限的空间分辨率会导致研究区域信号会受到区域外信号的影响，即信号泄露现象。Swenson 等（Swenson2006）使用流域平滑核函数法分离特定地区的重力场信号，以扣除泄露影响；Chen（Chen et al., 2013）等提出 Forward Modelling 方法以改正泄露误差影响等，但此方法更适用于计算小区域（如冰川或河流流域）的泄露影响。3.2.1 尺度因子法
洪水和地下水变化情况，对人类的生活提供一定的保障（Chen et al., 2005a）。长江，黄河，淮河和珠江四个流域总面积占我国陆地总面积 33%。四大流域几乎囊括我国中部，东部及南部所有省份，其中，长江口和珠江口是我国著名的经济贸易圈。研究这四大流域陆地水储量的变化，对于监测中国中部，南部和东部广大地区由于水储量变化导致的自然灾害（如干旱和洪水），具有重大意义，直接关系着我国大部分居民的生命与财产安全。4.2 2010 年厄尔尼诺现象对我国的影响2010 年，受厄尔尼诺现象的影响，我国南方出现了严重的冬旱夏涝现象。图4-2 是利用 GRACE 数据，结合 350km 高斯滤波与去相关滤波（P3M8）进行处理，得到的 2010 年中国陆地水储量变化。可以看出，2010 年 1 月至 4 月，广西、云南、贵州、重庆等地，陆地水储量明显偏低，据水利部门的资料显示，2009 年和 2010 年，广西、云南、贵州和重庆都处于枯水年，2010 年 1 月至 5 月，云南、贵州和四川出现罕见大旱天气，直至 2010 年 5 月下旬雨季的出现，旱情才得以缓解，这与李进等（2010）和李琼等（2013）结果保持一致。
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用GRACE、GPS和水准数据研究西秦岭地区现今地壳垂直运动特征[J]. 郝明,王庆良,李煜航. 大地测量与地球动力学. 2017(10)
[2]基于GPS和GRACE数据的三维地表形变的比较及地球物理解释[J]. 魏娜,施闯,刘经南. 地球物理学报. 2015(09)
[3]Influences of crustal thickening in the Tibetan Plateau on loading modeling and inversion associated with water storage variation[J]. Wang Hansheng,Xiang Longwei,Wu Patrick,Jia Lulu,Jiang Liming,Shen Qiang,Steffen Holger. Geodesy and Geodynamics. 2015(03)
[4]利用GRACE卫星时变重力场监测长江、黄河流域水储量变化[J]. 尼胜楠,陈剑利,李进,陈超,梁青. 大地测量与地球动力学. 2014(04)
[5]利用GPS与GRACE监测陆地水负荷导致的季节性水平形变:以喜马拉雅山地区为例[J]. 王林松,陈超,邹蓉,杜劲松,陈晓东. 地球物理学报. 2014(06)
[6]滇西地区GPS时间序列中陆地水载荷形变干扰的GRACE分辨与剔除[J]. 盛传贞,甘卫军,梁诗明,陈为涛,肖根如. 地球物理学报. 2014(01)
[7]联合GRACE与GPS比较山西省垂向地表形变[J]. 刘任莉,李建成,姜卫平,李昭. 武汉大学学报(信息科学版). 2013(04)
[8]利用重力卫星GRACE监测亚马逊流域2002—2010年的陆地水变化[J]. 冯伟,Jean-Michel LEMOINE,钟敏,许厚泽. 地球物理学报. 2012(03)
[9]利用GRACE卫星重力资料解算气候驱动的地表周年垂直形变[J]. 廖海华,钟敏,周旭华. 地球物理学报. 2010(05)
[10]香港GPS基准站坐标序列特征分析[J]. 袁林果,丁晓利,陈武,郭志和,陈少彬,洪本善,周锦添. 地球物理学报. 2008(05)
博士论文
[1]地表物质迁移的时变重力场反演方法及其应用研究[D]. 李琼.武汉大学 2014
硕士论文
[1]GPS垂直位移反演云南省水储量变化[D]. 何思源.西南交通大学 2017
本文编号：3446488
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四川CORS站分布图，其中SCB表示四川盆地，SGB为松潘-甘孜块体，SYR为川滇地区
图 3-4 滑动窗口去相关方法与 EOF 去噪对比。从图 3-4 可以发现，EOF 滤波相比于移动窗口结合去相关滤波方法，更能很好的保留 SPH 的时变特性。EOF 滤波在中纬度地区、北美西部、南亚等地区，很好的抑制了在使用滤波时出现的信号泄露现象。在南极和格陵兰岛地区，EOF滤波相比于移动窗口去相关方法，反演结果受滤波平滑影响更小，且在低纬度的滤波效果较滑动窗口去相关方法更为平滑。3.2 GRACE 信号恢复方法在 GRACE 数据后处理过程中，滤波方法的运用和 GRACE 有限的空间分辨率会导致研究区域信号会受到区域外信号的影响，即信号泄露现象。Swenson 等（Swenson2006）使用流域平滑核函数法分离特定地区的重力场信号，以扣除泄露影响；Chen（Chen et al., 2013）等提出 Forward Modelling 方法以改正泄露误差影响等，但此方法更适用于计算小区域（如冰川或河流流域）的泄露影响。3.2.1 尺度因子法
洪水和地下水变化情况，对人类的生活提供一定的保障（Chen et al., 2005a）。长江，黄河，淮河和珠江四个流域总面积占我国陆地总面积 33%。四大流域几乎囊括我国中部，东部及南部所有省份，其中，长江口和珠江口是我国著名的经济贸易圈。研究这四大流域陆地水储量的变化，对于监测中国中部，南部和东部广大地区由于水储量变化导致的自然灾害（如干旱和洪水），具有重大意义，直接关系着我国大部分居民的生命与财产安全。4.2 2010 年厄尔尼诺现象对我国的影响2010 年，受厄尔尼诺现象的影响，我国南方出现了严重的冬旱夏涝现象。图4-2 是利用 GRACE 数据，结合 350km 高斯滤波与去相关滤波（P3M8）进行处理，得到的 2010 年中国陆地水储量变化。可以看出，2010 年 1 月至 4 月，广西、云南、贵州、重庆等地，陆地水储量明显偏低，据水利部门的资料显示，2009 年和 2010 年，广西、云南、贵州和重庆都处于枯水年，2010 年 1 月至 5 月，云南、贵州和四川出现罕见大旱天气，直至 2010 年 5 月下旬雨季的出现，旱情才得以缓解，这与李进等（2010）和李琼等（2013）结果保持一致。
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用GRACE、GPS和水准数据研究西秦岭地区现今地壳垂直运动特征[J]. 郝明,王庆良,李煜航. 大地测量与地球动力学. 2017(10)
[2]基于GPS和GRACE数据的三维地表形变的比较及地球物理解释[J]. 魏娜,施闯,刘经南. 地球物理学报. 2015(09)
[3]Influences of crustal thickening in the Tibetan Plateau on loading modeling and inversion associated with water storage variation[J]. Wang Hansheng,Xiang Longwei,Wu Patrick,Jia Lulu,Jiang Liming,Shen Qiang,Steffen Holger. Geodesy and Geodynamics. 2015(03)
[4]利用GRACE卫星时变重力场监测长江、黄河流域水储量变化[J]. 尼胜楠,陈剑利,李进,陈超,梁青. 大地测量与地球动力学. 2014(04)
[5]利用GPS与GRACE监测陆地水负荷导致的季节性水平形变:以喜马拉雅山地区为例[J]. 王林松,陈超,邹蓉,杜劲松,陈晓东. 地球物理学报. 2014(06)
[6]滇西地区GPS时间序列中陆地水载荷形变干扰的GRACE分辨与剔除[J]. 盛传贞,甘卫军,梁诗明,陈为涛,肖根如. 地球物理学报. 2014(01)
[7]联合GRACE与GPS比较山西省垂向地表形变[J]. 刘任莉,李建成,姜卫平,李昭. 武汉大学学报(信息科学版). 2013(04)
[8]利用重力卫星GRACE监测亚马逊流域2002—2010年的陆地水变化[J]. 冯伟,Jean-Michel LEMOINE,钟敏,许厚泽. 地球物理学报. 2012(03)
[9]利用GRACE卫星重力资料解算气候驱动的地表周年垂直形变[J]. 廖海华,钟敏,周旭华. 地球物理学报. 2010(05)
[10]香港GPS基准站坐标序列特征分析[J]. 袁林果,丁晓利,陈武,郭志和,陈少彬,洪本善,周锦添. 地球物理学报. 2008(05)
博士论文
[1]地表物质迁移的时变重力场反演方法及其应用研究[D]. 李琼.武汉大学 2014
硕士论文
[1]GPS垂直位移反演云南省水储量变化[D]. 何思源.西南交通大学 2017
本文编号：3446488
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