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滇东南地区垂直负荷形变特征研究

2020-01-22来源:小王聊社会
滇东南地区垂直负荷形变特征研究

摘 要

针对传统的全球水文同化模型计算陆地垂直负荷形变的不确定度问题,该文采用GPS、GRACE以及GLDAS 3种数据对滇东南13个GPS连续站的垂直负荷形变进行了综合的分析。结果表明:GPS垂向形变时间序列中,陆地水负荷形变显著,高值达12 mm,其中GRACE的贡献值为32.1%,GLDAS的贡献值为26.9%;对于初相位而言,GPS、GRACE、GLDAS三者符合得很好;对于振幅而言,GPS与GRACE的振幅较为接近,GLDAS的振幅最小;通过主成分分析方法所获取的GPS共模误差与GRACE的相关性高达0.90。虽然GRACE的空间分辨率较低,但GRACE为连续监测地表垂直负荷形变提供了一种有效和可靠的手段。

引用格式

郑增记, 范丽红. 滇东南地区垂直负荷形变特征研究[J]. 测绘科学,2019,44(5):43-47,75.

正文

研究地壳垂直形变对于地壳构造研究具有重要意义。地壳垂直形变可分为两部分:一部分是构造运动造成的;另一部分是非构造运动造成的,如地表质量负荷变化(大气、海洋、陆地水等)引起的地壳弹性效应。地表质量负荷尤其是陆地水储量变化所引起的周年地表垂直形变可达数厘米[1],因此精确估计地表负荷垂直形变可以更好地研究地壳构造运动。通过GPS连续观测和全球水文同化模型均可计算垂直负荷形变[2-4],但受GPS本身技术限制,其高程方向精度较低;另外,由于缺少实测数据,全球水文同化模型存在较大的不确定度,很难准确估计陆地水负荷形变。最新发展的卫星重力测量技术,如 重力恢复与气候试验(gravity recovery and climate experiment,GRACE)卫星则避免了水文模型的精度不确定性误差,可用于监测地表垂直负荷形变[5-11]。本文利用连续GPS数据、GRACE时变重力场数据以及全球陆地数据同化系统 (global land data assimilation system,GLDAS)水文模型数据定量计算和比较了滇东南地区垂直负荷形变,为获取本区域构造运动提供了依据。

本文收集了滇东南地区13个“陆态网络”连续站(图1)2011年1月—2015年12月的GPS坐标时间序列。GPS单天松弛解采用GAMIT/GLOBK10.40进行解算,参考框架为ITRF2008,在解算过程中扣除了固体潮、海潮、极潮,但是未扣除大气载荷的影响,并且海潮模型中也无非潮汐海洋质量负载[12]

滇东南地区垂直负荷形变特征研究

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本文采用美国德克萨斯大学空间研究中心(UTCSR)最新发布的RL05月重力场模型数据,时间跨度为2011年1月—2015年12月共60 mon(实际有效数据为47 mon)。UTCSR RL05模型数据为处理后的规格化重力场位系数,最大阶数为60阶,并且该模型已扣除极潮、固体潮、海潮的影响以及大气、海洋的非潮汐部分影响。为了和GPS观测的整体质量负荷形变比较,须加上反映大气和海洋质量变化引起的时变重力场信息的GAC产品系数。

由于GRACE对C20项不敏感,其精度较低,因此在计算时采用SLR的C20值进行替换[13]。另外,由于GRACE本身无法确定地球重力场的一阶变化,其一阶位系数为0,为了保持与GPS参考框架的一致性,本文采用了Swenson等估算的一阶重力位系数[14]。需要指出的是,GRACE卫星重力场的高阶球谐系数解主要受噪声影响,并且重力场球谐系数的奇偶阶存在相关性,本文采用300 km高斯滤波平滑以及P3M6方法进行去相关处理[15]

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排版:晨风小语

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