南极和格陵兰岛GPS连续台站背景噪声时空特性

基于GPS观测数据获取的陆地垂向运动对研究现今两极区域的冰川质量变化具有重要的科学意义.受地表环境负荷对GPS时间序列中背景噪声空间异质性的影响,在利用GPS时间序列获取垂向速度场时,估计结果存在较大不确定度.本文针对南极和格陵兰岛区域的GPS连续观测时间序列中背景噪声的空间特性对速度场及其不确定度的影响问题,利用地表环境负荷模型(包括大气、非潮汐海洋和水文负荷)和重力卫星GRACE/GRACE-FO观测数据反演的地表弹性形变对GPS时间序列进行了改正.通过对改正前后的数据进行背景噪声特性分析,揭示出修正环境负荷形变能够有效降低极区GPS时间序列背景噪声幅度,但是大气和非潮汐海洋负荷改正造成了大多数台站背景噪声谱指数的减小,南极和格陵兰岛分别约为其GPS台站总数的46.1%和84.6%,直接导致了对GPS速度不确定度估计的改善效果不明显.对背景噪声空间异质性的研究结果表明,极区台站的背景噪声参数主要表现为随纬度变化的空间特性.

考虑沉积层重力改正的中国西部Moho面深度反演

首先研究了大型沉积盆地对地表重力异常的影响,然后基于Parker-Oldenburg迭代算法,利用经过沉积层改正的布格重力异常数据反演了中国西部的Moho面深度。结果表明,地壳浅层密度异常对地表重力异常和Moho面深度结果的影响较大,利用简化的三层沉积层模型,计算出的中国西部沉积盆地的重力异常改正最大可达25 m Gal,由此引起的Moho面深度可达2.2 km,Moho面深度最终计算结果与区域最新研究成果相符合,因此,利用重力异常反演Moho面深度时,应考虑沉积层的影响以提高反演精度。

基于同震GPS数据的汶川大震同震应变特征研究

利用同震GPS观测数据,采用多面函数法,以数据分片拟合方式对2008年5月12日汶川MS8.0大震同震面应变进行计算,评定了计算结果的精度,并分析与强震有关的面应变变化特征。结果表明:在计算同震应变变化时,分片拟合较整体拟合得到的应变结果精度更高;同震应变结果对龙门山断裂能量释放特征及地表破坏分布有一定的反映。

InSAR地表形变数据的降采样

利用InSAR形变数据进行反演研究时,InSAR数据地面空间覆盖范围广,获取的数据点数量多、密度大,包含有较多的误差点,会制约反演效率,影响反演结果的精度.为了提高反演的计算效率,保证迭代收敛,对InSAR形变数据进行了降采样研究,以西藏自治区当雄县2008年Mw 6.3级地震的同震形变数据为例,研究了基于降低分辨率的3种降采样方法:最邻近法、双线性内插法和三次卷积内插法,对3种方法所得结果进行对比分析,结果表明三次卷积内插法最适合InSAR地表形变数据的降采样.为了进一步提高降采样成果质量,对三次卷积内插值法进行改进,改进后获取的降采样形变数据能有效减少采样点数,较好地保存形变场的细节信息.

遥感影像解译样本的一体化生产研究

遥感影像解译样本数据包括地面照片和遥感影像实例,是制作遥感影像解译样本数据库的基础资料。文中针对地理国情普查中遥感影像解译样本的采集、整理进行了研究,通过利用GEOWAY地理国情普查外业调绘核查软件完成遥感影像解译样本的采集、整理,实现了解译样本的一体化生产流程,并与传统的纸质调绘、PDA数字调绘进行对比分析,充分证明解译样本的一体化生产流程自动化程度高,减少了人力、物力,提高了生产效率。

云南地区及邻域卫星重力变化及其与区域大震的关系

利用GRACE卫星重力场数据,计算并分析云南地区及邻域2003—2014年的卫星重力场变化特征,获得3个特征点上的月重力变化时间序列;结合该地区2003—2014年发生的M_S5以上地震分布,探讨区域卫星重力变化与区域大震的关系。结果表明:云南地区及邻域卫星重力场变化对区域M_S5以上地震有一定的反映,地震多发生在区域重力变化的高梯度带上,地震发生前后,区域出现与地震相对应的特征性卫星重力变化,可能是对壳幔物质调整的反映;区域大震前后,不同震区特征点的重力变化特征存在差异,说明分断层、分区域的重力场变化研究对地震预测有重大意义。

利用GRACE数据检测日本Mw9.0地震同震和震后重力变化

基于德国地学中心(GFZ)发布的GRACE RL05月重力场模型数据,考虑全球陆地同化系统陆地水储量的影响,采用300 km的扇形滤波,利用叠积法提取了日本Mw9.0地震的同震和震后重力时变信号,并利用最小二乘拟合的方法计算了两个同震重力变化极值点在地震前后85个月的重力年变率。结果表明:土壤水分和雪水引起的重力变化为-0.34~0.09μgal;利用GRACE数据检测到的同震重力变化为-5.3~4.2μgal,与基于PSGRN/PSCMP模型计算的结果在空间分布和量级上具有较好的一致性;震后5 a震中附近区域的重力整体上呈现增加趋势,断层上盘所在的日本海域与下盘所在的太平洋区域重力增加的最大值分别为2.6、4.5μgal,下盘重力增加较大,可能与断层下盘所在地层的黏滞性相对较低有关。

利用GRACE时变重力场反演青藏高原的隆升速率

青藏高原隆升对中国、亚洲乃至世界的气候都有着重要影响,研究青藏高原地壳隆升速率具有重大意义.本文利用2004—2015年期间高覆盖度的卫星重力数据,通过去除陆地储水的重力效应获得地壳隆升引起的重力变化速率,基于直立长方体垂直运动与重力变化的关系模型反演了该区域的地壳隆升速率分布.研究结果表明在300 km的空间尺度下青藏高原隆升速率分布具有不均匀的特点,表现为以冈底斯山—唐古拉山—鲜水河断裂带为界线,其两侧的速率差异较大.位于界线以南,沿喜马拉雅推覆构造带的区域平均隆升速率为2.01±0.87 mm·a^-1,其中西侧的印度板块与东侧的缅甸板块隆升速率分别为~2.43 mm·a^-1、~2.89 mm·a^-1,位于两板块之间的区域隆升速率为~0.69 mm·a^-1;位于界线以北,除了天山区域和华北板块的隆升速率为~1 mm·a^-1,其他区域隆升现象不明显,其速率为~0 mm·a^-1.我们发现存在两条均穿过正断裂带区域的隆升速率梯度带,其中一条为从加德满都到塔里木盆地,其恰好穿过青藏高原内部的正断裂带,另一条为从那加山到四川盆地,其恰好穿过大理正断裂带.本文反演的青藏高原隆升速率与以往观测到的GPS结果有很好的一致性,为青藏高原隆升、地壳增厚等科学问题提供理论支持.

基于GIS的当雄同震InSAR形变场分析

InSAR技术对同震形变的量测达到了厘米级的精度,但在数据后处理和结果分析方面仍然存在明显的不足。采用可对空间信息进行存储、管理及分析等功能的GIS,对InSAR数据获取的2008年10月6日16时30分西藏自治区当雄县MW6.3地震的同震形变场进行分析。结果表明:(1)GIS可对多源数据进行有效管理;(2)可以确定当雄地震的震中位置;(3)可获取沉降区的最大形变量;(4)可确定主要的形变区间;(5)可将形变结果进行三维展示。GIS可有效地弥补InSAR数据后处理、数据分析及成果展示方面的不足。

利用集群技术实现卫星影像快速生产数字正射影像

数字正射影像数据是地理国情普查中主要的调查数据源,同时也是普查成果数据的重要组成部分。本文对卫星影像数据快速生产数字正射影像进行了研究,通过充分利用国家基础测绘项目中最新的1∶10 000 DEM、DOM成果数据,结合Pixel Grid集群匹配点的强大功能,Geoway CIPS1.0集群一体化流程中途无需人工干预的各自优势,主要使用Pixel Grid集群来实现整景数字正射影像的生产,Geoway CIPS1.0集群来实现1∶25 000分幅数字正射影像的生产。研究结果表明,生产出的数字正射影像达到了地理国情普查项目对数字正射影像成果的要求,相比传统的数字正射影像生产方法节约了大量的人力、物力,大幅提高了生产效率。

利用向-位错组合模型研究龙门山断裂带的三维运动

提出描述断层滑动和转动的向-位错组合模型。利用实测的2008年汶川大地震GPS同震数据,基于向-位错组合模型,采用粒子群算法反演了主破裂带的三维滑动和转动,并将滑动结果与前人成果进行对比,最后由正演计算进一步验证反演结果的可靠性。理论分析和模型计算结果表明:1)震源破裂的主要特征是逆冲兼右旋走滑;2)龙门山断裂的滑动和转动有明显的分段性特征;3)汶川地震的地震矩为7.069×10^(20)Nm,矩震级为7.899。向-位错组合模型反演结果与前人成果保持了很好的一致性。

基于GRACE数据的尼泊尔M_S8.1地震北向重力梯度变化

利用德克萨斯大学空间研究中心发布的GRACE RL05月重力场模型数据,采用300 km扇形滤波,得到2015年尼泊尔M_S8.1地震北向重力梯度的时空分布,之后利用最小二乘拟合方法分析尼泊尔及其邻近区域北向重力梯度的长期变化趋势及研究区内6个特征点的北向重力梯度月变化时间序列,并结合黏弹性分层位错理论对GRACE检测尼泊尔M_S8.1地震北向重力梯度同震变化的可能性进行分析.研究结果表明:在尼泊尔M_S8.1地震发生前北向重力梯度表现出比较明显的正负异常变化,而该地震即发生在北向重力梯度正负变化的零值线附近;研究区北向重力梯度年变率在印度板块边界及其垂直方向所形成的四象限呈正负相间分布,6个特征点的北向重力梯度在2012年4月出现比较明显的跳变.由此推断,北向重力梯度的动态变化过程反映了震前区域物质迁移和震后壳幔物质黏滞性调整等问题.

基于神经网络与时空序列的混合模型在变形监测中的应用

在变形数据分析与建模中,同时考虑变形体测点之间的时间相关性以及空间相关性的时空序列模型(STARMA)能够更好地反映出变形体的形变规律,但STARMA模型是建立在线性平稳模型基础上的,且大多数观测数据序列是非平稳过程,这给时空序列模型的应用带来了局限性.由于BP神经网络具有很强的非线性映射能力,基于此,结合这两种模型的特点,构造ANN+SRATMA混合模型来处理非平稳序列.通过对建筑物的沉降观测进行分析研究,结果表明了混合模型要优于单一模型,具有很好的实用性.

矩形断层向-位错引起的空间重力变化

针对位错理论难以解释断层面之间的旋转转动的问题,该文基于子断层叠加法,利用经典点源位错理论,得出了矩形断层向-位错引起的空间重力变化。利用C++语言编制了弹性半空间中的矩形断层向-位错正演程序,模拟计算并分析了倾角为90°的矩形断层滑动和转动引起的空间重力变化的分布特征。数值模拟结果显示:断层运动引起的空间重力变化与断层的滑动和转动量大小及断层产状有关,断层滑动和转动越大,引起的地表变形范围和量值就越大;断层转动引起的重力变化大小与断层埋深成反关系,即断层埋深越大,相应的重力变化量值就越小;宏观上,矩形断层位错运动引起的重力变化呈近似对称的特征,而断层向错打破了重力变化图像的对称性。

断层转动引起的空间重力变化特征

以向错理论为基础,利用经典点源位错理论的解析式,推导得出了断层三维滑动和转动引起的空间重力变化.计算并分析了简单断层三维转动引起的空间重力变化特征,并基于子断层叠加法,采用数值方法模拟计算了智利大震同震断层转动引起的空间重力变化,将计算结果与断层滑动模拟的结果进行了对比.结果表明:断层单分量转动ω_1产生的空间重力变化分布区域具有明显的不对称性,单分量转动ω_2、ω_3时均呈现沿断层倾向方向为轴的对称分布特征;当断层同时以ω_1ω_2转动时,ω_1的转动效应将打破整个重力变化分布区域的的空间对称性.当断层同时以ω_2ω_3转动时,ω_2的转动效应对转动结果起主导作用;断层转动和断层滑动在计算大震同震引起的空间重力变化时,计算结果具有相同的量级.相较于断层滑动,断层转动引起的重力变化在空间上呈显著的不均匀分布,重力变化分布区域相对更大.

青藏高原北部地区长期质量变化研究

针对青藏高原内陆地区存在的大范围未被合理解释的正质量变化信号问题,本文利用GRACE卫星观测资料定量研究了青藏高原北部地区2002—2015年间的地表质量变化趋势,并与水文模式和降水资料进行了比较分析。GRACE结果表明青藏高原北部地区存在等效水高为0.41cm/a的长期质量变化,水文模式得到的结果为0.12cm/a。长期信号显示两者虽在空间分布上存在较大差别,但在区域内具有相近极大值,且正信号均向研究区域的东南方向外延,体现出了较好的一致性。GRACE结果的周年振幅是水文模式的23%,这说明在研究区域内呈周期变化的土壤水信号并非是GRACE的优势信号,即水文模式无法给该研究区域质量长期变化以合理解释。此外,青藏高原北部地区的水文模式结果受降水影响较大。

新西兰M_W 7.8地震同震和震后效应模拟

根据地球分层模型CRUST1.0和USGS发布的断层模型,考虑自重的影响,本文利用PSGRN/PSCMP模型计算了黏弹性分层介质中新西兰M_W7.8地震同震及震后位移和重力变化,结合GPS同震位移和模拟值,得到研究区域58个点位3个位移分量的均方根.结果表明:同震位移和重力变化在近场比较明显,远离断层的区域基本为零值;同震位移显示,新西兰M_W7.8地震震源机制在南部以逆冲为主,北部以右旋走滑为主;震后50年水平位移、垂直位移和重力的变化趋势与同震变化基本一致,水平位移在断层投影区以内减小,而在远场增加,垂直位移整体上呈现抬升趋势,重力变化幅度下降,反映了震后壳幔物质黏滞性调整;模拟值和GPS观测值在运动趋势和量级上具有较好的一致性,研究区域南北向位移、东西向位移和垂直位移的均方根分别为0.21 m、0.12 m和0.11 m,整体上模拟效果较好.