地表质量负荷数据与GRACE/GRACE-FO联合的大地水准面变化建模与分析

随着重力数据稀少、空白区的填充和老旧数据的替换与更新,国家级重力大地水准面模型总体精度有望在未来5~10年内达到1~2 cm。在以1~2 cm精度重力大地水准面模型定义、实现区域高程基准的背景下,不能忽略大地水准面变化信号的影响,因此有必要研究大地水准面变化在不同时间尺度上对高程基准的影响量级及特征规律,构建其随时间变化的动态模型。论文提出了基于地球负荷形变理论和移去恢复法的大地水准面变化构建方法,对大地水准面变化的各个贡献分量进行溯源分析和计算。研究了联合GRACE/GRACE-FO和地表质量负荷构建动态大地水准面变化模型的方法,为将来大地水准面静态模型与大地水准面变化动态模型相结合,实现现代化高程基准及其动态维持提供了理论框架与技术方案,有重要的参考价值和实际意义。论文的主要内容和研究成果如下。

大气质量负荷对GPS基准站的影响

分析大气质量负荷对中国地壳运动观测网络GPS基准站的影响,对所有历史数据进行了重新分析,比较了全球框架、区域框架以及经过ATML改正的区域框架下3种解中白噪声和闪烁噪声的大小、周期项和速率估计等的差别,并分析了ATML与公共噪声的关系。结果表明对于区域框架来说,加入ATML改正能够带来一定的改进,如:水平分量白噪声和垂向分量闪烁噪声减小,垂向周年运动振幅降低等,但对台站运动速率的估计影响较小。

基于模糊规划的质量负荷不确定水网络的综合

针对单组分质量负荷不确定的工业用水网络综合,提出了修正的对称模糊规划(SFLP)模型,同时提出了用水网络设计的多目标混合整数对称模糊规划模型,以及求解这一问题的主目标设定法策略.对多个算例问题进行求解,结果表明,本文提出的模型以及求解策略对负荷不确定的工业用水网络的综合问题有良好的适用性,能有效避免退化解,从而获得优化流程设计.

广州市内与近郊林区暴雨及硬质地表径流PAHs质量负荷的差异特征

为了计量揭示城郊尺度上暴雨与硬质地表径流PAHs负荷差异,连续3年开展了广州市内与市郊帽峰山林区暴雨、硬质地表径流PAHs质量浓度的对比定位观测。结果表明:广州市59年暴雨日数的周期性波动参数对于预判暴雨的丰缺年是极其有益的;城郊帽峰山林区的地形显著地影响了暴雨的降雨强度。市内实验测区暴雨中Σ16PAHs总质量浓度平均值为(134.4±48.7)ng·L^(−1)、较市郊实验林区高出6.9 ng·L^(−1);其中,暴雨中2—3环PAHs组分及FLA、BbF的平均质量浓度均大于市郊实验林区相应浓度,而暴雨中高环的IcdP、BghiP、BkF及4环BaA、CHR的平均质量浓度则小于相应市郊实验林区,表明其在暴雨中来源表现在质量浓度上的影响差异。市内实验区沥青交通路面暴雨径流Σ16PAHs总质量浓度的平均达(317.4±34.4)ng·L^(−1)、是市郊实验林区相应的2.1倍;其中,相对市郊实验林区净增成倍的组分有:CHR(3.41倍)、PYR(2.67倍)、ANT(1.52倍)和BaP(1.29倍)、BghiP(1.19倍)、FLA(1.11倍),而相对净增大于80%的组分还有PHE(93%)、BaA(95%)、ACE(84%);说明城市沥青交通路面暴雨径流中PAHs质量容量受高密度交通尾气排放、尘埃等影响极显著地大于相应的市郊实验林区。依据径流与暴雨中PAHs组分的浓度差占暴雨中相应浓度的比计量,两实验区的沥青路面暴雨径流中相对高倍净增的组分有全部4环PAHs和3种高环PAHs组分,而相对净减的组分则有4—5种2—3环PAHs组分;如屈(CHR)等7种PAHs组分质量浓度的相对净增11.02倍至1.12倍,分别是市郊实验林区相应的2.1—24.4倍。这说明交通尾气排放、煤制品及木料燃烧物是沥青交通路面暴雨径流中PAHs浓度增加的主要贡献源,而沥青路面则能够减小暴雨径流中源于石油挥发物的低环PAHs的浓度。两实验区暴雨水泥地表径流中Σ16PAHs总的浓度平均值间无显著差异、市内是市郊的1.14倍;而且,两实验测区水泥地表均能够小量吸储暴雨PAHs的浓度。

利用GPS和GRACE监测地表质量负荷引起的周期性形变

GPS可以监测地表质量负荷变化引起的地表形变。GRACE数据反映地表重力场变化,也可以进一步计算地表形变。本文简要介绍了两种监测手段的原理和特点,并以BJFS、BJSH、JIXN三个陆态网基准站为例,利用GPS和GRACE联合监测垂直方向地表形变特征,主要针对周期性变化进行对比分析。结果表明,GPS和GRACE所计算的地表形变在垂直方向总体上具有较好的一致性,但在幅值上存在一定的差异性。

垂向GPS坐标序列中质量负荷形变改正

垂向GPS坐标时间序列中有明显的周期性变化特征,这种周期变化主要是由地表质量负荷变化引起的。以陆态网中15个GPS基准站站点为例,分析了大气负荷、土壤水负荷引起的形变位移的影响。经过大气和土壤水负荷形变改正后,各站点坐标序列年周期项振幅平均减少50.5%,序列平均RMS值改善率为18%,这表明对垂向GPS坐标序列进行质量负荷改正在一定程度上能够改善垂向GPS坐标数据质量。

应用大气浑浊度估算呼市地区上空的沙尘质量负荷

本文应用A．Louch浑浊系数与J．H．Josep沙尘质量计算相结合的方法，估算了呼市地区的沙尘质量通量，结果表明，呼市地区的沙尘质量通量在春季估算为1．1－1．48×10^6吨，全年为2．0－2．64×10^8吨。

川藏地区质量负荷地表形变特性分析

针对大气、水文等地表负荷的重新分配会引起地壳发生弹性形变,分析其形变规律并在GNSS坐标时间序列中予以精确剔除的问题,该文基于德国地球科学研究中心(GFZ)发布的地表质量负荷形变格网模型,获取我国川藏地区60个测站10年内的非潮汐大气负荷位移和水文负荷位移,对地表负荷形变的量级和周期性规律进行分析。结果表明:研究区域非潮汐大气负荷和水文负荷的形变量级总体相当,水文负荷形变略大于非潮汐大气负荷;两类负荷垂向形变均显著大于水平方向,最大垂向位移均可达到厘米级;对于各类质量负荷形变的地理分布,非潮汐大气负荷形变受海拔影响显著,呈“东大西小”分布,水文负荷形变则随着纬度的降低有逐渐增大的趋势。两类负荷形变均具有显著的年周期和半年周期特性,年周期信号强度大于半年周期信号;西藏和四川两地区在水平南北向和垂向年内形变极值对应的时间分布总体一致,而在水平东西向不一致甚至相反,形变季节性规律与各地气温、降水等自然因素相关。质量负荷形变对川藏地区影响显著,在GNSS坐标时间序列数据处理中应重点关注。

质量负荷引起地表形变的格林函数和球谐函数方法对比研究

固体地球对地表质量负荷响应,一般采用格林函数或球谐函数方法来计算。两者在数学上是等价的,在实际计算中存在差异。应用地表流体质量负荷变化数据,定量分析了二者在计算地表位移时的精度。结果表明,同一负荷作用下对单点地表位移的计算,两者的精度在误差水平上是一致的,其计算效率也是一致的;但在计算全球1°规则网格站点时,球谐函数方法要比格林函数方法在计算效率上快近100倍。对地表流体质量变化而言,2°空间网格的分辨率一般可满足改正GPS位移数据的精度,且地表流体引起的站点垂直位移变化可解释超过50%的GPS观测方差。

GPS坐标时间序列中大气质量负荷最优改正方法分析

大气负荷会造成显著的测站坐标时间序列垂向季节性变化,其量级可以达到10~20 mm.本文通过对全球58个IGS基准站2007—2011年期间观测数据的解算,比较分析了不同大气负荷改正策略下的修正效果,确定了最优大气负荷改正方法.结果表明,在观测值层面对潮汐、非潮汐大气负荷进行统一改正是最优的改正方法,可以使80%以上测站的RMS值减小,日均值改正效果较差,只能改正约20%的测站.

基于超级电容储能的统一负荷质量调节器的研究

以电能质量问题责任分离为出发点,将电能质量划分为供电质量和负荷质量。针对解决负荷质量问题,提出了一种基于超级电容储能的统一负荷质量调节器。调节器以并联型APF拓扑为基础,在其直流母线上配置了新颖的由双管升降压斩波电路控制的超级电容储能系统,利用超级电容的储能,调节器能够实现快速补偿负荷的波动功率或突变功率,使系统侧只需向负荷提供单位功率因数、电流波形正弦、没有冲击的有功功率。仿真研究验证了统一负荷质量调节器拓扑及其控制策略的正确性和有效性,能够有效改善负荷品质,提高电能质量。

基于GNSS观测的陆地水储量研究进展

介绍了基于质量负荷理论利用GNSS观测反演陆地水储量的方法,阐述了利用GNSS研究陆地水储量的进展、应用和发展趋势,以及GNSS与GRACE、水文模型等的联合研究。随着GNSS观测精度的不断提升和观测网络的迅猛发展,利用GNSS观测研究陆地水储量取得了重要进展。GNSS已成为陆地水储量监测的重要手段,在中国大陆地区利用GNSS研究陆地水储量具有巨大的潜力和前景,但仍需要在时间序列信号精细识别、反演算法优化和多源数据融合等方面深入研究。

负荷勒夫数渐近表达式的直接证明

负荷勒夫数ｈ＇_ｎ、ｌ＇_ｎ、和ｋ＇_ｎ用以表征地球在表面点负荷作用下的变形．当ｎ→∞时，ｈ＇_ｎ、ｎｌ＇_ｎ和ｎｋ＇_ｎ的渐近值均为常数，这是Ｆａｒｒｅｌｌ通过比较Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ问题的解与地球在表面负荷作用下变形的球函数级数展开式得出的．本文直接由负荷勒夫数满足的微分方程推导出了它们的渐近表达式，方法更为直观和简明，而且更易于理解。

高精度GPS观测中的负荷效应

讨论了高精度GPS观测中的负荷效应问题。根据地表质量负荷理论的Green函数方法,计算了地球表面质量负荷(包括大气、非潮汐海洋和陆地水)对中国部分IGS台站垂直位移的影响。其中,大气负荷对各台站的影响比较一致,变化幅度约为20 mm,非潮汐海洋对沿海台站的负荷影响显著,其变化幅度达到10 mm,水负荷对各台站的影响差异较大,最大的变化幅度约20 mm;总的负荷效应达到厘米量级,与GPS观测结果的比较说明在高精度的GPS观测的时间序列中,存在明显的季节性变化,而该变化与表面负荷有着直接的关系。特别是对于房山和乌鲁木齐2个台站,GPS观测的垂直变化中的季节项基本上就是来自于地球表面的质量负荷;而昆明和拉萨这2个台站尽管位于板块运动活跃区域,垂直季节性变化也主要源于地表负荷。因此扣除这些负荷影响的GPS观测资料将更有利于研究地壳的运动特征。

负荷勒夫数渐近值解析表达式

地表质量负荷引起的地球变形问题是大地测量学和地球物理学中的一个重要的研究内容.负荷勒夫数的计算和收敛的负荷格林函数的构建是模拟地球负荷形变的基础,其中当球谐阶数趋于无穷大时负荷勒夫数的渐近值,在格林函数计算中发挥重要的作用.本文首先介绍了地表质量负荷的边值问题,然后简要回顾了目前已有的计算负荷勒夫数渐近值三种方法的推导过程,最后给出推导渐近值解析表达式的一种新方法.新方法运用求解地球变形边值问题的解析解方法,以及一种高效传播矩阵方法,建立地表边界条件与高阶负荷勒夫数之间的直接联系,解出了负荷勒夫数渐近值解析表达式.本文的解析表达式更准确地描述了负荷勒夫数的渐近特征.新方法仅涉及常系数常微分方程组的基解矩阵及基础的矩阵运算,原理简单易懂.

影响塑料编织袋拉伸负荷指标的几个因素

撰写该文的目的是分析影响塑料编织袋拉伸负荷的原因:原料配比不当对塑料编织袋拉伸负荷的影响;生产塑料编织袋所用的扁丝质量对塑料编织袋拉伸负荷的影响;单位面积质量选择不当会降低塑料编织袋拉伸负荷;织造工艺控制不好对塑料编织袋拉伸负荷的影响。以便于企业在生产过程中加以注意。

非构造形变对GPS连续站位置时间序列的影响和修正

GPS观测得到的地壳形变场通常包含有构造形变与非构造形变二类信息,去除其中的非构造形变信息对于有效运用GPS数据研究构造形变场至关重要.本文运用国际卫星对地观测资料及各类地球物理模型,定量计算海潮、大气、积雪和土壤水、海洋非潮汐4项负荷效应造成的地壳非构造形变,并以此研究和修正这些非构造形变对中国地壳运动观测网络GPS基准站位置时间序列的影响.研究发现此4项负荷效应,特别是大气、积雪和土壤水,对于测站垂向位置的影响显著.通过模型改正可以使测站垂向位置的RMS降低～1mm,占其总量的～11%.对于垂向时间序列的周年项部分,这一改正可降低其振幅的37%.研究还表明经过地球物理模型改正和周年、半周年谐波拟合改正的时间序列比起仅经过周年、半周年谐波拟合改正的时间序列更为平滑,表明地球物理模型改正对于消除非构造形变场的作用不是周年、半周年谐波拟合改正所能替代的.

昆明市合流制排水区域污水处理厂进水水质特征分析

系统分析了合流制排水区域污水处理厂进水水质特征,以及有机物、氮、磷和悬浮物之间的相互关系。结果表明,降雨对合流制排水区域污水处理厂进水水量和污染物浓度的影响较大。90%累积概率时,雨季进水COD、BOD5、SS、TN和TP质量负荷分别为108t/d、55t/d、138t/d、2.9t/d和2.8t/d,分别是旱季的2.3、1.9、2.4、1.4和3.5倍。雨季进水BOD5、COD、TN、TP和SS质量负荷之间都有较好的相关性,而旱季的相关性较差。在达到90%累积概率时,旱季污水处理厂进水BOD5/COD和BOD5/TP分别为0.78和48,雨季分别为0.7和40,均可满足微生物生长对营养物质的理论需求量;雨季和旱季的BOD5/TN分别为10和8,满足理论反硝化碳源需求量。

我国GPS基准站地壳垂直位移周年变化的气象激发

利用全球大气、海洋、积雪和土壤水的地表质量负荷资料 ,计算了中国GPS基准网 2 4个台站垂向位移周年变化的气象激发 ,得到振幅 5mm10mm的高程变化。通过与GPS观测资料解算的垂向位移结果比较 ,大部分台站的结果与GPS结果在振幅上符合比较好 。

GPS坐标时间序列中非构造噪声的剔除方法研究进展

GPS台站坐标解算中包含多种地球物理参量造成的不确定性、系统误差和随机噪声.回顾了GPS台站坐标噪声分析的研究进展,包括功率谱分析、最大似然估计、区域叠加滤波、主成分变换以及质量负荷下的地壳弹性形变模拟等,并讨论了各种方法在分析噪声的类型和强度、共模误差(common-mode errors)的物理起源等方面的作用及局限性,展望了下一阶段的研究思路.