利用GRACE重力卫星数据反演黑河流域地下水变化

干旱区地表水资源有限,地下水资源被超采利用,黑河流域是西北干旱区典型内陆河流域,有同样的地下水资源利用问题.然而由于监测地下水变化的测井数目有限且分布不均,难以从流域尺度上把握地下水资源的时空变化.利用GRACE重力测量卫星数据反演黑河流域2003—2008年间的地下水时空变化,为合理分配利用水资源提供科学依据,为掌握无资料区域地下水水资源及其变化趋势提供了计算方法.为验证GRACE反演结果的可靠性,首先将计算出的黑河中上游地下水的变化,与该区域实测地下水变化数据进行对比分析,结果显示二者之间相关性较好,在一定程度上表明GRACE数据具备反演整个黑河流域水储量变化及其各个组分的能力.此后,利用GRACE数据反演了全黑河流域的地下水变化,对其时空变化进行了分析和讨论.结果表明:黑河流域2003—2004年间地下水减少的幅度越来越少,2005年夏季期间地下水资源量增加量最多,自此地下水增加幅度逐渐减少,至2008年趋于平衡.空间上流域局部变化波动较大,2003—2004年间黑河上游地下水资源量处于减少状态,2005年相对于6a地下水平均含量有轻微增加趋势,2006年处于6a平均值状态,2007—2008年有稍微上升趋势;中游在2005年有略微的上升,之后3a下降;下游地下水含量在6a中整体呈上升趋势.

联合GRACE、GRACE-FO重力卫星数据监测华北地区水储量变化

本文在三维加速度点质量模型法的基础上,融合不等式约束处理条带噪声,模拟计算结果表明该方法相比零阶Tikhonov约束,信噪比提高4.23%.利用不等式约束的三维加速度点质量模型法,采用GRACE与GRACE-FO重力卫星数据对2002年4月至2021年4月华北地区水储量进行了估算.研究结果表明,2002年4月至2021年4月,附有不等式约束的三维加速度点质量模型法计算的华北地区水储量以-1.36 cm/a的速率下降,Mascon与球谐系数法所获得的亏损速率分别为-1.52 cm/a、-0.80 cm/a,表明华北地区水储量处于明显的亏损趋势,并由亏损速率空间分布可知,水储量在河北省与山西省交界处亏损最为明显,亏损中心区域超过-3.0 cm/a.将研究时间段分为两部分分别进行拟合后发现,2011年至2021年华北地区水储量亏损趋势大于2002年至2010年.研究时间段内,2003年水储量存在明显的上升趋势,结合TRMM降雨数据对该时间段降雨时空分布进行研究,结果表明重力卫星数据计算结果相比降雨数据较为滞后,2003年春季时期的水储量的上升主要由于2002年下半年降雨的影响.

华南地区地壳厚度变化及对成矿类型的制约：来自卫星重力数据的约束

华南地区是中国金属矿产资源的"大粮仓",分布有多个多金属成矿带。多金属成矿带的形成常伴随着地下特殊的深部背景和过程,通过莫霍面深度的计算,对华南地区的地壳厚薄变化所反映的壳幔耦合关系进行研究,可为探索华南地区地下巨量金属资源的形成与演变过程提供参考。本文首先基于球坐标的重力解算方法对高阶卫星重力场模型EIGEN-6C4的数据进行校正,得到华南地区的卫星布格重力异常。然后采用改进的Parker-Oldenburg方法进行变密度界面反演,获得华南地区莫霍面起伏特征。最后结合区内不同成矿带的范围和前人发表的地质、地球化学等资料,探讨华南地区不同成矿带的成矿物质来源与莫霍面起伏的关系。认为长江中下游和钦杭东段处于莫霍面隆起区域的成矿带,幔源物质对其成矿作用起主导地位,形成以铜、铁为主的多金属矿床;南岭、武夷、钦杭西段及鄂西-湘西位于莫霍面隆-陷交替区域的成矿带,成矿与壳、幔源物质的相互作用密切相关,最终形成钨、锡、金、银、铅锌等多金属矿床。

西太平洋海域卫星测高重力数据精度分析

近年来,海域卫星测高重力数据在大地测量、海域区域构造、海域资源调查、国防安全等方面得到了广泛应用。为评估最新版本卫星测高重力数据在深海区的数据精度,选择西太平洋海域不同来源、不同版本的卫星测高重力数据(SS V24.1、SS V29.1、DTU10、DTU15、GETECH),利用1∶200000船载重力数据对卫星测高重力数据开展精度评估分析。分析结果表明,5种卫星测高重力数据与船载重力数据高度线性相关,两者之间均存在系统差,船载重力与卫星测高重力数据之间系统差在-8.0×10^(-5)~-7.5×10^(-5)m/s^(2)之间,其中SS V29.1卫星测高重力数据精度优于其他卫星测高重力数据,标准差为1.51×10^(-5)m/s^(2)。此外,利用船载重力数据与卫星测高重力数据之间线性相关的特点,引入消除两者之间系统差的一元线性回归分析方法;同时分析了不同来源卫星测高重力数据的噪声分布特征,采用最小曲率方法对卫星测高重力数据进行噪声压制处理,提高了卫星测高重力数据精度。研究结果表明,一元线性回归分析方法能够消除系统差,且最小曲率噪声压制方法能有效地压制船载重力数据和卫星测高重力数据的动态噪声,提高数据精度。两种方法简单实用,计算精度高,可推广应用至全海域使用,并可用于类似的数据精度分析中,具有广阔的推广应用前景。

复杂地区局部重力场带限SRBF二次逼近法

本文利用基于带限球面径向基函数(SRBF)的重力场二次累积逼近法,对地形复杂地区重力场模型的构建进行了较为详细的数值分析和验证工作。首先,利用带限SRBF将卫星重力场模型(GGM)数据与航空重力数据进行融合,构建了研究地区的初始重力场模型(基于SRBF的重力场第一次逼近)。与仅依赖于航空数据得到的重力场模型相比,初始重力场模型与GPS/水准数据之间的大地水准面差异标准差(STD)在研究区域降低了约0.022 m,表明了融合GGM和航空重力数据进行初始重力场建模的有效性。然后,在移去参考重力场模型、初始重力场模型和残余地形模型效应的基础上,利用残余地面和航空重力数据进行了基于带限SRBF的重力场第二次逼近。与传统的基于SRBF的一次逼近方法相比,二次SRBF逼近方法所得模型在研究区域的大地水准面差异STD和RMS值分别降低了0.036 m和0.024 m,显示了带限SRBF二次累积逼近方法的优越性。此外,研究区域地形属于复杂的山区,可以为复杂地区重力场模型的构建提供一定参考。

一种用于计算卫星速度及加速度的实用数值微分公式

卫星重力数据处理中，通常由卫星星历观测值或星历扰动量计算卫星的加速度或加速度的扰动量，本文根据牛顿插值公式，导出了由n个点的卫星星历计算卫星速度及加速度的实用数值微分公式，文章还给出了N阶数值微分通用公式，通过模拟计算，对本文给出的公式进行了验证，并得出了一些有益的结论。

一种基于联合变分自编码器的卫星重力数据粗差探测方法研究

在传统卫星观测数据处理运行模式下,卫星重力梯度数据粗差探测常伴随着准确率不足、海量数据计算效率低等问题。以变分自编码器在多模态数据整合分析的显著特性,构建了一种结合变分自编码器与门控循环单元网络的智能化粗差探测方法。首先,基于EGM96模型生成模拟数据集,依据变分自编码器捕获训练集数据序列的有效特征,结合门控循环单元结构对数据集进行预测,然后,采用自适应距估计优化算法作为网络模型优化器,自动寻找损失函数的最佳收敛,最后,将通过测试的训练模型应用于中国民用重力卫星的实测重力梯度数据处理。结果表明,经训练后的网络快速精确构建了训练集样本特征,实现了快速高效的粗差探测能力,各分量探测准确率达到98%以上,所提模型可有效应用于中国自主卫星重力任务的数据预处理工作。

利用卫星重力数据研究印尼Bone盆地构造区划

印尼Bone盆地,位于印度尼西亚东部地区,油气潜力不容忽视.而油气资源储量与该区的构造演化有关,并受构造体系、岩浆活动等地质因素控制.因此,利用卫星重力资料研究印尼Bone盆地的构造区划,为进一步划分油气远景区提供地球物理依据.研究中利用布格重力异常归一化总水平导数垂向导数(NVDR_THDR)推断出Bone盆地控盆断裂4条,控坳断裂5条;利用最小曲率位场分离技术划分Bone盆地边界以及二级构造单元3个和三级构造单元10个;利用双界面模型重力场快速正反演算法,计算得到Bone盆地沉积层厚度分布图.研究表明,Bone盆地为NNW走向,呈现"东西分带、南北分块"的格局;NNW向断裂分布控制了盆地展布和内部构造单元分布,控制盆地东、西边界,并使得盆地呈现"东西分带"格局;NE向断裂分布控制盆地南、北边界,并使得盆地分布呈现"南北分块"的格局.通过进一步研究认为,东森康盆地为Bone盆地的一个坳陷(凹陷).

基于卫星重力场模型约束的航空重力数据建模方法研究

针对地形复杂地区航空重力数据的有效利用及大地水准面模型的精化问题,该文利用径向基函数(SRBF),提出了采用纯卫星重力场模型(GGM)数据对航空重力数据进行约束,进而构建研究地区高精度的中短波重力场模型的方法。模型构建过程中综合考虑了SRBF建模的多种影响因素,包括径向基函数展开阶次、径向基函数格网、边缘效应、参考重力场模型移去阶次及剩余地形模型移去阶次等。实验结果显示,参考重力场模型的移去阶次与径向基函数展开阶次对建模结果有显著影响,在建模前确定出最佳的参考场移去阶次及重力数据的展开阶次显得非常重要。通过与单独由航空重力数据建立的重力场模型相比,融合重力场模型的大地水准面精度提高了约0.7~2.2 cm。另外与同等频谱范围的EGM08模型相比,所构建融合重力场模型的大地水准面分布与前者高度相关,表明了约束建模方法的可靠性,适用于地形较为复杂的山区和沿海地带。

基于GRACE与降水的干旱研究分析

针对干旱问题,采用GRACE重力卫星数据进行反演监测,并对该技术在监测应用中的问题进行了研究。以陕西省与四川省为例,分析了陆地总水储量及降水对干旱的影响,采用基于两者相结合进行计算的干旱指数来检测干旱的发生,并与实际干旱情况及其他干旱指数进行对比,结果表明:该指数能够较好地检测出实际干旱事件且与其他干旱指数有较强的相关性。

Bathymetric Inversion of South China Sea from Satellite Altimetry Data

This paper focuses on the study of ocean bathymetric inversion from satellite altimeter data by using FFT technique.In this study,the freeair gravity anomalies over the South China Sea are determined by the satellite altimeter data of GEOSAT,ERS1,ERS2 and T/P.And the 2.5′×2.5′ bathymetry model in South China Sea is calculated from the gravity anomalies with the inversion model given.After the analysis of the inversion and the comparison between the results,some conclusions can be drawn.

应用全张量重力梯度组合识别并提取中国南海断裂

断裂构造研究是重力解释的一项重要工作,与构造单元划分密切相关。全张量重力梯度数据以其信息量大、含有更高频的信号成分,能更好地描述小的异常特征等优点在地球物理领域中得到广泛应用。基于全张量重力梯度组合研究中国南海断裂识别及提取方法。首先,比较多种重力梯度边界识别方法,包括直接利用重力梯度三分量法和全张量梯度组合法,分析它们的优缺点。通过对比分析,传统重力梯度三分量方法不能有效地均衡深浅异常的振幅,当异常中同时出现正负异常可能产生假的边界结果。全张量重力梯度组合法不仅可以有效地避免传统方法的缺陷,而且获得的边界还具有良好的连续性和收敛性。其次,利用改进的边缘检测计算理论边界提取法确定断裂的精确平面位置,得到了与全张量梯度组合法一致的结果。由此推断,南海断裂以北东走向和北西走向为主,北东东、北西、东西和近南北走向为辅。