GRACE/GRACE-FO空窗期的陆地水储量变化数据间断补偿:以全球典型流域为例

陆地水储量异常(TWSA)的长期可持续监测对研究水循环过程、合理配置水资源等具有重要的科学意义,针对GRACE与GRACE-FO数据之间存在空窗期问题,本文引入了奇异谱分析(SSA)与ARMA模型的组合方法对TWSA的间断进行补偿.为比较SSA+ARMA方法在典型流域的适用性,将GRACE球谐系数(SH)反演的2003年1月至2012年12月的TWSA作为训练样本,2013年1月至2016年8月的TWSA作为真值,分别利用ARMA、小波神经网络(WNN)、SSA和SSA+ARMA方法,在亚马逊流域(AZRB)、多瑙河流域(DNRB)、恒河流域(GNRB)、密西西比河流域(MSRB)、尼日尔河流域(NGRB)、伏尔加河流域(VGRB)、叶尼塞河流域(YNSRB)、长江流域(YZRB)八个典型流域进行预测试验,并采用均方根误差(RMSE)、纳什效率系数(NSE)、相关系数(R)技术指标评定不同方法的预测精度.预测试验结果表明,四种方法均在NGRB的预测效果最好,该流域TWSA序列周期特征最为明显;四种方法中,SSA+ARMA方法预测精度较高且相对稳定,多数流域的RMSE在4 cm以内,NSE值在0.75以上,R值在0.85以上.后续以2003年1月至2016年8月TWSA作为样本,利用SSA+ARMA方法补偿2016年9月至2020年2月的TWSA间断结果,并结合GRACE-FO SH反演的TWSA结果、Mascons结果、GLDAS数据评定补偿结果的精度.结果表明,TWSA间断补偿结果有较高的精度,与后续GRACE-FO SH反演TWSA结果有很强的一致性,多数流域的RMSE在4 cm以内,NSE值在0.8以上,R值在0.9以上.且与Mascons、GLDAS结果的符合精度亦能反映补偿结果的可靠性.上述研究表明,利用SSA+ARMA方法可以对GRACE/GRACE-FO空窗期的TWSA间断进行有效补偿.

矿区塌陷区开发建设用地的稳定性分析

随着我国城镇化进程加快,城市周边闲置的塌陷土地逐渐被列为城市发展用地,大量的塌陷区土地被开发利用成为建设用地。当在塌陷区土地上新建建筑物时,荷载的增加可能会破坏老采空区的应力平衡状态,导致老采空区"活化",引发地基失稳。为分析塌陷区土地转为建设用地后的稳定性,提出了定量估算塌陷区上方新建建筑物安全高度的方法。结合实例,根据弹性地基应力布辛奈斯克解在三维空间上的计算法则,计算了建筑物的荷载影响深度;根据覆岩破坏特征,认为当新建建筑物的荷载影响深度、煤岩柱保护层厚度和导水裂缝带高度之和恰好等于采空区最小埋藏深度时,此时的新建建筑物荷载为临界荷载。当新建建筑物的载荷不超过临界载荷时,不会引起采空区"活化"。研究表明:根据矿区塌陷区地质采矿条件计算临界载荷,反演新建建筑物的安全高度,可为确定矿区塌陷区新建建筑物的安全高度提供理论依据。

CORS网基线解的三维速度场解算

为解决国际GNSS服务(IGS)基准误差与基线网平差模型相关误差造成的连续运行参考站(CORS)站坐标(大地高)时变信息失真问题,该文提出了基于CORS网基线解数据利用拟稳平差法解算三维速度场的方法。以台州地区为试验区,基于台州地区2017年1月1日—2019年7月31日的15个CORS站的基线解观测数据,利用附加平均值约束拟稳平差方法得到了台州地区的三维速度场。将成果与传统CORS站坐标时序分析求解三维速度场的方法进行对比分析,结果显示,台州北部地区呈下降趋势,最大下降速率约为-2.3 mm/a;台州东南部地区呈上升趋势,最大上升速率约为2 mm/a;台州西部地区处于比较平稳的状态。基于基线解求解三维速度场的方法能最大限度地保证基线网不扭曲,充分保留所有CORS全组合基线大地高差变化信息,可以准确、独立、有效地解算三维速度场。

台州地区地下水储量变化的CORS网反演

为了突出连续运行基准站(CORS)网对地下水储量监测能力,该文基于CORS网的高精度大地高时间序列,联合大气、土壤水和海平面变化等地表质量负荷数据,根据地球负荷形变理论,采用移去恢复技术,反演了台州地区2017年1月—2019年6月的地下水储量变化,并与GRACE-FO监测结果进行对比。结果表明:(1)CORS网反演的地下水储量具有明显的季节性与年际特征,秋冬季节地下水储量较少,春夏季节地下水储量增多,年变化幅度达到1000 mm。(2)在空间分布上,台州中东部地区及沿海地区变化量,比西北部的内陆地区变化量大。(3)与GRACE结果相比,除局部区域存在差异,整体上时空变化趋势具有较高一致性。在小区域的地下水储量反演中,CORS网具有可行性。