自由落体式绝对重力仪(A10型)测量关键技术与拉力调试方法

绝对重力仪是目前用于获得重力加速度,并服务于国家重力基准网建设的主要技术力量。综合考虑野外流动绝对重力测量环境和条件要求,A10型绝对重力仪正成为FG5型绝对重力仪由室内扩展室外观测的重要帮手;为保证仪器正常运行且观测数据可靠,开展A10型绝对重力仪调试与维护关键技术研究十分必要。本文基于A10型绝对重力仪与CG5型相对重力仪在三峡库区七个测点的联测段差对比、数据处理过程中固体潮与高度改正、计量参数激光频率变化、新旧测时卡替换中参数设置变化等重要环节,探讨了A10型绝对重力仪野外观测效率、数据处理与仪器校准等关键问题,并且根据使用与测试经验,给出了由于使用年限增加而经常出现落体拉力的调试流程,以上技术总结能够对该仪器长期维护与准确测量等方面提供重要的保障。

COVID-19武汉封城前后背景噪声水平动态变化

基于中国地质大学(武汉)gPhone重力仪2016-2020年的观测数据,研究其背景噪声(仪器噪声和环境噪声)水平,分析2020年武汉封城前后背景噪声的动态变化。结果表明:1)gPhone重力仪的噪声水平呈明显的季节性变化,春夏交替时期(5月中旬)最小,秋冬季节(9月至次年2月)较大;2)2016-2020年gPhone重力仪的地震噪声等级(seismic noise magnitude, SNM)范围为3.500-4.278,亚地震噪声等级(sub-seismic noise magnitude, SSNM)范围为4.456-6.136;3)武汉封城期间(2020-01-23-04-21) SNM日变化值较2019年同期大幅下降,2020-04-22武汉全面恢复公共交通,SNM日变化值恢复到以往水平。

基于SRTM-DEM数据的三峡库区蓄水负荷模型及其地表重力与形变响应模拟

以三峡库区蓄水负荷变化为切入点,研究了库区因蓄水导致的地表重力与形变响应。通过高分辨率SRTM-DEM数据与三峡库区主干道及各支流边界的地形对应关系,构建得到不同蓄水水位下的蓄水负荷模型,并且给出了不同水位与库区整体库容量体积及受淹面积之间的数学拟合关系。在此基础上,结合弹性负荷响应理论及macson拟合方法,计算得到整个库区在蓄水第2阶段与第3阶段地表重力场及形变场的空间分布,以及库区蓄水库容量变化的60阶次球谐系数结果,并与GRACE监测结果进行了对比分析。GRACE去除CLM4.5模型后的陆地水储量可认为与三峡库区蓄水变化直接相关,两者之间的差异可能包含了在巨大水体负荷压力下出现的地下水渗透效应。本文理论模拟结果以期为实际观测资料的对比分析和相关校正提供支撑。有助于挖掘库区滑坡活动及水库地震等与库水负荷变化之间的关系。

利用GRACE及气象数据评估GLDAS水文模型在青藏高原的适用性

以青藏高原地区为研究背景,以评估水文模型在该区的影响因素、改善条件及其整体适应性为研究目标,利用GRACE重力卫星对比水文模型模拟的陆地水变化,以及地面气象实测数据对比降雨与温度两项重要指标,采用相关与误差分析法评价水文模型输入参数,将其作为模型预测数据与实际观测数据进行对比分析。结果表明,GLDAS/Noah各项指标与GRACE更为相近,降雨与气温数据除夏冬两季存在幅值差异外,整体上周年幅值与相位都存在较高NSE系数,表明GLDAS模型的降雨及气温输入参数与地面观测数据有较高的一致性。

利用gPhone重力仪监测三峡库区蓄水的重力响应

根据三峡秭归gPhone101~#重力台站2012-06~2014-08重力观测资料,经处理改正得到的重力残差主要反映了库区蓄水变化的重力响应。不同的蓄水阶段,重力残差与库区水位变化响应特征不同,高差30m的水位波动能够引起70μGal的重力响应。利用gPhone重力仪能够有效监测三峡库区蓄水的重力响应,但局部及周边地区降水等水文效应也是连续重力观测结果的主要贡献之一,在监测库区蓄水对重力响应的影响时不可忽视。

重力基准快速测定与分析:以广西重力基点网及格值标定场重建为例

重力基点网是我国开展地质调查、地震监测、测绘等测量工作的重要基础设施,面对原有基点网覆盖面不足且受到不同程度损害这一现状,目前已不能满足开展大比例尺重力调查以及高频率重复监测等工作的需求.本文以广西重力基点网重建为契机,利用A10-022绝对重力仪对全区42个重力基点与2个相对重力仪标定场的绝对重力值进行了测定.整个实施周期涵盖了计量参数校准、全球绝对重力仪国际比对、室内同点重复性以及全网部分基点独立安装检查等较为完整的测量流程,并通过连续运输与观测期间环境因素的记录与对比分析,总结了适合于该类型仪器室外条件下工作的技术手段与应对措施.观测结果表明:利用A10绝对重力仪能够高效率与高精度的完成广西重力基点网室外设计点位测定工作,国际比对及重复性验证确保了本次重建基点结果的可信度;A10采用双模式的氦氖激光频率存在漂移并受温度及气压等多种因素的综合影响,但短期内中心频率未出现较大波动,建议定期对其进行校准;各基点观测误差主要受到台站质量、人文活动及突发事件等环境扰动的影响,并与仪器内外温差存在较高的相关性.本文给出的A10绝对重力仪的参数设计、技术手段与影响因素的详细分析,能够为今后同类型仪器的观测实施提供重要参考,并有助于室外绝对重力观测的全国推广与应用.

冰盖消融的海平面指纹变化及其对GRACE监测结果的影响

全球变暖背景下的冰盖消融以及由此带来海平面上升日益明显,直接影响地球表面的陆地水质量平衡,以及固体地球瞬间弹性响应,研究冰盖质量变化的海平面指纹能够帮助深入了解未来海平面区域变化的驱动因素.本文基于海平面变化方程并考虑负荷自吸效应(SAL)与地球极移反馈的影响,借助美国德克萨斯大学空间研究中心(Center for Space Research,CSR)发布的2003年到2012年十年期间的GRACE重力场月模型数据(RL05),结合加权高斯平滑的区域核函数,反演得到格陵兰与南极地区冰盖质量变化的时空分布,并利用海平面变化方程计算得到了相对海平面的空间变化,结果表明:格陵兰与南极冰盖质量整体呈明显的消融趋势,变化速率分别为-273.31Gt/a及-155.56Gt/a,由此导致整个北极圈相对海平面降低,最高可达约-0.6cm·a^(-1);而南极地区冰盖质量变化趋势分布不一,导致西南极近海相对海平面下降,而东南极地区近海相对海平面上升,最高可达约0.2cm·a^(-1).远离质量负荷区域的全球海平面以上升趋势为主,平均全球相对海平面上升0.71mm·a^(-1),部分远海地区相对海平面上升更加突出(例如北美与澳大利亚),高出全球平均海平面上升速率将近30%.此外,本文也重点探讨了GRACE监测冰盖消融结果中由于极地近海海平面变化导致的泄漏影响,经此项影响校正后的结果表明:海平面指纹效应对GRACE监测格陵兰与南极地区2003—2012期间整体冰盖消融速率的贡献分别为约3%与9%,建议在后期利用GRACE更精确地估算研究区冰盖质量变化时,应考虑海平面指纹效应的渗透影响.