日本M_W9.0地震前GRACE卫星重力变化

利用GRACE重力卫星月重力场数据,通过去相关与高斯滤波等方法获取日本大地震震前震源区周缘年度、季度和年度差分重力变化,以及若干点位时间序列重力变化。分析结果表明:日本大地震前5年内在震源区周边出现了比较明显的卫星重力异常正负交替和迁移现象,至震前1～2年,震区周边形成了明显正负异常区,正重力异常区重力增加现象明显。点位重力时间序列分布指出日本MW9.0级地震前存在与1976年唐山地震类似的重力变化现象。反映出日本大地震震前震源区周边地下物质运动、质量迁移和能量积累等问题。

中国大陆及邻区GRACE卫星重力变化研究

探讨如何运用GRACE数据进行重力变化的计算和分析。对GRACE重力场位系数的最大阶次选取进行了分析,并利用月卫星重力场模型计算了中国大陆及邻区的重力变化,通过平均半径为800km的高斯平滑,得出了合理的重力变化结果。

尼泊尔M8.1地震震前卫星重力场时变特征

利用多年GRACE卫星重力变化资料,给出尼泊尔及周缘地区的重力场时空变化,以探索2015-04-25尼泊尔M8.1地震震前重力变化特征;并基于球形位错理论,利用断层模型数据模拟同震重力场变化。研究表明,区域重力场变化以2008年为界存在明显的分时段特征,2003--2008年以重力增加为主,而2009--2014年以重力减少为主;且存在明显的分区性,区域重力场在尼泊尔地震震中四周呈正负相间分布;震前局部重力场变化在压缩区重力增加,拉张区重力减少,与理论同震重力变化结果一致。总结研究区域近年来M7.0以上地震震前重力变化特征发现,地震基本发生在重力变化高梯度带的过渡带及重力变化零值线附近。

GRACE探测强地震重力变化

利用GRACE卫星重力资料,计算中国及周缘地区重力场年变化,探讨重力场年变化特点。对几次大地震前后重力场变化特征的分析显示,大地震前震源区附近会出现大范围正变化,震后逐渐转变为负异常,汶川Ms8.0地震前后的局部重力场变化也具有相同特征。研究结果表明,大地震对局部重力场影响明显,卫星重力具有探测强地震重力变化的能力。

汶川地震与卫星重力变化

利用GRACE重力卫星的重力场模型,计算了中国大陆及周缘地区在汶川地震前后两年的重力变化,在剔除陆地水质量变化的影响后,研究了卫星重力变化与由位错模型模拟的同震重力变化之间的关系,结果表明:卫星重力变化揭示了汶川地震对中国大陆的影响。

日本M_W9.0地震震区及其周缘2002—2015年卫星重力变化时空特征

本文在考虑全球陆面数据同化系统陆地水储量变化影响后,利用2002年4月—2015年4月GRACE卫星RL05月重力场模型获取了2011年日本MW9.0地震震中及其周边区域的重力场信息;然后给出了日本及其周边2003—2015年的年度累积重力变化和差分重力变化,并且利用经验正态函数方法深入分析了该地震过程中同震重力变化对区域重力场的贡献.结果显示:日本MW9.0地震前研究区域出现了幅值高达2×10-8 m/s2的异常重力变化,其同震效应的时间和空间特征均出现在第一模态,且同震重力变化和震后区域重力场变化特征显著,这充分表明该地震对区域重力场的影响显著.

利用重力卫星研究青海玛多及云南漾濞地震周边2002—2021年重力变化

文中基于2002—2021年卫星重力观测数据及全球水文模型,计算了青海玛多及云南漾濞地震震中区及周边(18°~45°~N,83°~115°~E)范围的重力变化趋势、累积重力变化、差分重力变化及重力时变序列,并模拟青海玛多地震同震重力变化,以探索涵盖此次地震震中的大尺度重力变化背景及可能存在的孕震信息。研究结果表明:1)研究区域长期重力变化趋势的范围为-1~1μGal·a^(-1),重力变化长期呈现出负—正—负—正的大四象限空间布局;2)云南漾濞地震及青海玛多地震均位于重力变化四象限分布的低值区及高梯度带的拐角处,这与地表重力地点预测的基本特征一致;3)2002年以来的M S≥7.0地震,如汶川地震、玉树地震、芦山地震、九寨沟地震、玛多地震、尼泊尔地震等都发生在该四象限分布的中心区域或与构造相关的高梯度带的拐角处,这与地面重力地震预测的震例经验吻合;4)基于位错理论模拟的青海玛多地震的同震重力变化可达-40~151μGal,重力卫星精度需要提高1~2个量级方能探测到这一变化。重力卫星星座的搭建将为提高卫星重力地震监测能力提供可能。

卫星重力梯度恢复地球重力场的时域法研究

由于卫星重力梯度技术能够有效补偿重力场信号随卫星高度增加快速衰减的影响,因此GOCE卫星的发射使得利用重力梯度测量数据恢复高精度重力场模型成为可能。以轨道摄动理论为基础,利用时域最小二乘法,分析重力梯度卫星的轨道高度、轨道倾角、卫星寿命(数据长度)、重力梯度测量精度以及数据采样频率等对其恢复地球重力场误差的影响。结果表明:时域最小二乘法适合于卫星重力梯度测量的误差分析和方案设计。

利用重力卫星探测近16年中国大陆地区陆地水储量长期变化趋势

为了更全面地分析区域陆地水储量长期变化趋势,利用2002年4月—2017年6月近16年的重力恢复与气候实验(gravity recovey and climate explorer,GRACE)时变重力场数据反演中国大陆地区陆地水储量变化,并与全球陆地资料同化系统(global land data assimilation system,GLDAS)水文模型结果进行比较分析。同时,通过扣除季节性信号研究近16年来中国大陆地区陆地水储量的异常变化。研究结果表明:在2002—2017年间,中国大陆地区北方以减少为主,而南方以增加为主,其中青藏高原南部、新疆北部和华北地区减少趋势最为显著,并呈现出加速趋势。GRACE时变重力场和GLDAS模型得到的关于加速度项时空分布基本相符,加速度项与长期趋势项的结合更好地反演区域陆地水储量变化。

重力卫星时变重力场条带误差加权平均滤波算法

重力反演与气候实验(gravity recovery and climate experiment,GRACE)时变重力场条带误差直接影响着陆地水储量反演精度。采用加权平均滤波算法用于削弱此类误差,该算法简单有效,易于通过编程实现。采用德州大学奥斯丁分校太空研究中心(Center for Space Research of Texas University in Austin,CSR)提供的Level-2 RL05版本时变重力场模型反演2009年5月全球陆地水储量变化情况和2010年中国西南地区干旱事件,在处理条带误差时利用加权平均滤波算法,并将结果与其他方法进行比较。比较结果表明:加权平均滤波算法与传统算法处理效果基本一致,验证了该算法的有效性和可靠性。

日本M_W9.0地震大尺度重力变化结果分析

利用GRACE卫星RL05时变重力场模型,计算2011年3月11日日本9.0级大地震震源区及周边地区前后1个月、6个月和1年的重力变化情况,发现在震前数年已出现的正负交替现象在震前1年内变得更加明显。计算了基于地震位错理论的同震重力变化并向上延拓至卫星高度,结果表明重力卫星可以清晰地探测到该震的同震重力变化。分析震源区周边4个特征点时间序列变化,结合GMT最佳双力偶震源机制,发现两者揭示的震源区周边物质动力变化状态具有一致性。

中国西部及周缘卫星重力场长期时变特征研究

地震的孕育与发生总是伴随地球内部物质结构与密度的重新分布，引起地球内部局部重力场的时间变化，因此，重力观测对研究巨大地震震源区内部物质变化具有重要意义。自20世纪60年代邢台地震之后，我国就开始定点地面重力观测和流动重力测量，并在多次大地震测报中发挥了重要作用，然而，地面重力测量受观测条件限制存在空间分布不均匀和时间分辨率低等不足，尤其在我国西部地区及中国境外，而卫星重力观测将成为地面重力观测的有力补充，为研究震前重力场变化提供了宝贵的科学数据。

基于Forward-Modeling方法的黑河流域水储量变化特征研究

黑河流域陆地水储量变化对流域下游等周边区域水资源的合理利用以及经济和社会发展等有着重要的意义.本文利用2003年1月至2013年12月的GRACE RL05数据反演了黑河流域陆地水储量长时间序列的变化,并针对重力场模型和数据处理中产生的信号泄漏问题,采用Forward-Modeling方法进行了改正并恢复泄漏信号;将GRACE获得的泄漏信号恢复前后的黑河流域水储量变化结果与全球水文模型GLDAS和CPC进行比较分析,结果表明泄漏信号改正后的结果与水文模型结果的时间序列相关性均有明显提高,从其空间分布结果可以看出Forward-Modeling方法有效地恢复初始信号、增强被湮没的信号,泄漏信号误差减小;通过分析黑河流域水储量变化的长时间序列结果,发现其具有明显的阶段性变化特征,即2003—2006年呈明显下降趋势,约为-0.86cm·a-1,在2007—2010年趋于平衡状态,而2011—2013年则呈现缓慢上升趋势约为0.14cm·a-1;联合GRACE数据和GLDAS数据反演了黑河流域地下水储量变化,并与全球降雨数据GPCC进行了比较分析,两者相关性可达到0.88以上.

基于CORS站网监测三峡地区陆地水负荷对地壳形变和重力变化的影响

三峡地区水资源丰富,加上三峡水库蓄放水的影响,水动力环境复杂,对该区域陆地水负荷变化影响的研究还比较薄弱.本文基于CORS站网,辅以少量重力台站数据,采用负荷形变和重力场球谐分析方法,研究了三峡地区陆地水负荷对地壳形变和重力变化的影响.本文研究发现:①基于CORS站网能够监测陆地水负荷引起的地壳形变和地面重力时空变化.②陆地水负荷对垂直形变的影响达厘米级,对水平形变的影响较小,对地面重力的影响可达数百微伽.③2011年1月至2015年6月陆地水负荷对垂直形变影响的年变化趋于平衡,对地面重力变化影响主要集中在三峡水库和重庆市附近.④基于CORS站网确定的三峡地区陆地水地壳垂直形变,与GRACE卫星重力成果在分布规律和趋势上具有较高的一致性,但在部分区域存在差异.本文研究成果可用于水动力环境监测与水资源保护利用,为高程基准和重力基准的动态维护提供支持.

青藏高原均衡重力异常的地震构造动力学研究

根据Airy-Hesikannen均衡假说,以CRUST2.0模型提供的密度和Moho面深度作为计算参数,计算得到青藏高原的均衡重力异常,并结合地震资料从均衡的角度对青藏高原的地震构造动力学进行了解释。研究表明,强震往往发生在均衡重力异常梯度带等值线的斜坡带、陡变带以及拐弯区上,说明地壳构造与地震的发生有一定的关系。

郯庐断裂带重力网分形特征研究

利用容量维和信息维二种分维数计算方法,研究了郯庐断裂带4°×4°区域重力网的空间分形特征,分别给出了二者的分维数和最佳网格化间距,同时对最佳网格间距和经验网格化间距两种不同的网格化重力等值线图进行了比较分析,结果显示:通过分形确定的最佳网格化间距效果较好。

GRACE卫星重力观测在强震监测中的应用及分析

利用GRACE卫星重力月重力场模型、位错理论,结合向上延拓技术,模拟、计算了苏门答腊和汶川大地震区域卫星轨道高度处的理论同震重力变化和同震形变结果,根据卫星重力异常图进一步了解了龙门山断裂区域的深部构造特征,揭示了大地震发生的地球物理条件。

GRACE时变重力场的高斯平滑研究

利用各向同性和非各向同性两种GRACE时变重力场平滑方法试算了2006年1月至2月的全球大地水准面变化。研究表明,非各向同性的高斯滤波器的频谱不仅依赖于阶也依赖于次,但能够提高纬度方向的分辨率,在经度方向的分辨率和各向同性滤波器的相当;计算得到了与各向同性高斯平滑同精度的时变重力场反演结果。

尼泊尔Ms8.1地震前我国西藏及周边区域的重力长期变化

根据1998~2013中国地壳运动观测网络、中国数字地震观测网络工程和中国大陆构造环境监测网络流动重力观测成果,给出了中国西藏及周边地区的重力年变率分布。结合青藏高原冰川消融和高原湖泊水位变化,估算了由陆地水储量变化引起的区域重力效应。基于50km平滑半径的高斯滤波,给出了测区内15a时间尺度的重力变化空间分布,并初步探讨了尼泊尔Ms8.1地震孕育的重力场长期背景趋势变化。结果表明：1）流动重力典型测点的时间序列表现出明显的线性变化特征,表明测点附近区域的长期重力变化以线性上升趋势为主,反映了区域重力逐年累积增加的背景效应;2）中国西藏及周边区域的重力长期变化在空间分布上具有显著的不均匀性和分区现象,这与青藏高原复杂的变形构造和动力学系统密切相关。喜马拉雅活动构造带在15a时间尺度上明显呈正重力变化趋势,可能与印度板块与欧亚板块存在的持续挤压变形引起的地下物质重新分布与调整有关,反映了大震孕育过程中地壳变形和介质变化引起的震区周围应力与能量的累积。

重力卫星精密星间测距系统滤波器技术指标论证

本文基于重力卫星精密星间测距测量模式,从星间测距观测值与地球重力场频谱关系的角度,建立了距离观测值关于重力位系数的敏感矩阵,分析了各阶次重力场位系数对应的敏感矩阵的频谱特性,讨论了星间测距信息中能反应地球重力场信息的有效信号频带,给出了能最大限度保留地球重力场信息的低通滤波器的通带截止频率、通带增益波纹和频率采样率技术指标设计方案,可为我国首期卫星跟踪卫星重力测量计划的主要技术指标的初步设计提供参考.