青藏高原地壳隆升的GNSS与GRACE联合研究进展

作为世界屋脊,青藏高原现今的地壳隆升状态是地球科学的一个重要关注点,对其地壳运动的观测与动力机制分析是深入认识该问题的关键.随着卫星大地测量的快速发展,以全球导航卫星系统(GNSS)和重力恢复与气候实验卫星(GRACE)为主的观测技术在青藏高原地球动力学研究中表现出巨大优势和潜力.GNSS给出了精细的三维地壳变形结果,GRACE提供了丰富的时变重力数据,前人已有效结合这两种资料对青藏高原地壳运动与固体物质迁移问题进行了充分研究,较系统地评估了高原地壳隆升现状.因此,本文将综述当前联合GNSS与GRACE数据进行高原地壳隆升研究的科学进展,涉及到高原地壳位移场与时变重力场观测、负荷变形估算与构造变形提取、地壳厚度与Moho面深度变化反演等研究成果,本文还简单讨论分析青藏高原当前地壳隆升的环境背景与动力机制.

利用GRACE时变重力研究青藏高原的质量迁移

青藏高原复杂的质量迁移伴随着重力场的变化,利用时变重力研究青藏高原质量迁移成为一个重要的科学问题。重力卫星GRACE的应用,为人们了解青藏高原质量迁移规律和特征提供了重要的观测手段,也为青藏高原地球动力学问题提供了新的研究方法。相较于传统的陆地重力观测技术,GRACE实现了对全球连续的重力观测,其数据能够用于大尺度质量迁移问题的研究,而在青藏高原区域的应用更能显示卫星重力的独特优势。综述十多年来利用时变重力数据研究青藏高原上的质量迁移问题的最新进展,特别是总结了造成质量变化的各种因素(冰雪融化、湖泊水位变化、地下水变化、构造运动等)的研究现状、科学成果、存在问题和发展方向。

南水北调工程对华北平原水储量变化的影响

南水北调工程自2014年底正式通水后对华北平原水储量亏损趋势的影响程度是一个尚未评估的科学问题。基于GRACE及GRACE Follow-on重力卫星观测数据计算华北平原水储量变化,并与南水北调输水量(3.08 Gt/a)进行对比,发现2004—2015年华北平原陆地水储量变化速率为(-5.92±0.53)Gt/a,2015—2019年变化速率有所抬升,变为(-2.96±2.79)Gt/a,表明华北平原陆地水储量亏损速率降低50%,长期亏损趋势得以明显缓解。同时,北京市和天津市的水量亏损趋势也明显改观。因此,南水北调工程显著改善了华北地区水资源紧张的局面,发挥了积极有效的重要作用。

利用大地测量手段推算印度板块与欧亚板块初始碰撞时间

印度板块与欧亚板块碰撞初始时间或者青藏高原的隆升时间是一个重要且一直存在较大争议的科学问题。到目前为止,主要通过地质学或地理学方法手段对该问题进行研究,基于此,试图通过现代大地测量学手段对该问题开展探索性研究。主要利用全球导航卫星系统观测位移场、地表质量迁移负荷改正以及CRUST1.0地壳模型等数据和资料,估算了青藏高原块体的隆升速率和地壳厚度增厚率,进而获得整个青藏高原块体的隆升起始点与隆升过程。在假设青藏高原块体是弹性块体和线性隆升的情况下,推算出印度板块与欧亚板块碰撞初始时间大约为83 Ma。通过探索性研究,为青藏高原块体隆升起始时间点问题提供了值得尝试的新的大地测量途径。

GRACE时变重力信号反演方法研究的进展和展望

为了解决GRACE时变重力研究全球或区域质量迁移中信号失真问题,学者们多采用信号反演方法,以恢复地表真实质量迁移信息.时变重力信号反演是卫星时变重力研究中最核心的关键技术之一.然而,目前反演方法众多,如单一尺度因子法、变尺度因子法、Forward Modeling、频率域反演方法、空间域最小二乘反演法等,它们之间的共性、差异性及适用性尚不十分清晰,是有待解决的重要科学与技术问题.为此总结了常用的GRACE重力信号反演方法研究的进展与现状,讨论了目前存在的问题,对比了不同反演方法的优缺点、应用领域差异,提供了反演方法选择的思路,并展望了未来重力卫星发展趋势,为卫星时变重力应用研究提供科学参考和依据.

卫星时变重力在多源质量迁移问题研究中的理论方法与应用

全球温暖化导致气候变化、冰川消融、海平面上升、极端气象灾害等自然环境恶化问题,严重影响到人类社会和经济的发展,同时也是需要面对的重大科学问题.我国幅员辽阔,气候条件复杂,所面临的各种气象灾害问题更加突出,利用现代大地测量技术开展相关研究具有重要的科学价值和社会意义.重力卫星GRACE提供了全球时变重力观测数据,为研究和解决上述科学问题提供了可能.