应用GPS数据和Slepian基函数反演川云渝地区陆地水储量变化

作     者：成帅 袁林果 姜中山 刘中冠 张迪 徐小凤 CHENG Shuai;YUAN LinGuo;JIANG ZhongShan;LIU ZhongGuan;ZHANG Di;XU XiaoFeng

作者机构：西南交通大学地球科学与环境工程学院成都611756 

出 版 物：《地球物理学报》 (Chinese Journal of Geophysics)

年 卷 期：2021年第64卷第4期

页      面：1167-1180页

核心收录：

学科分类：0709[理学-地质学] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0707[理学-海洋科学] 0708[理学-地球物理学] 081601[工学-大地测量学与测量工程] 0816[工学-测绘科学与技术] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0704[理学-天文学] 

基　　金：国家自然科学基金(42074021) 四川省科技计划项目(2015JQ0046)资助. 

主　　题：Slepian基函数 GPS垂向位移 陆地水储量变化 负荷形变 

摘      要：局部Slepian函数是将局部区域内的地球物理信号转化为空间谱的一种方法,其可以保证在球面上局部范围内获得最优谱平滑解,非常适用于局部范围地球物理信号的研究.本文利用中国陆态网西南地区72个测站的连续GPS观测资料分析川云渝地区陆地水负荷形变特征,并基于Slepian函数方法解算60阶的空间谱基函数,结合弹性质量负荷理论研究了川云渝地区2011年至2015年陆地水储量变化的时空分布模式.针对Slepian函数的边界效应问题,本文使用GLDAS格网数据计算得到站点处垂直负荷位移时间序列,然后利用该位移数据来进行水储量变化恢复实验,结果表明当边界扩充为3°时能较好地恢复GLDAS模型输出的陆地水储量变化.通过对比区域内GPS、GRACE、GLDAS得到的等效水高以及降雨数据,发现季节性降水是陆地水变化的一个重要驱动因子,GPS反演结果与GRACE和GLDAS数据具有较强的空间一致性.云南地区周年变化要强于川渝地区,其中云南西部的山区陆地水变化最大,约为30 cm,最小为川北以及重庆地区仅为7 cm.相较于GPS反演结果,GRACE与GLDAS明显低估了陆地水储量的季节性变化,分别达到24%和47%.比较分析地区内平均等效水高时间序列的相位发现,GPS得到的陆地水变化与降雨数据一致性较好,而GRACE与GLDAS存在一到两个月左右的时延.同时GPS能较好的探测出2015年1月左右南方地区大范围的强降水,而GRACE与GLDAS并没有体现出该现象,说明GPS能更为灵敏地探测到局部地区陆地水的变化.在站点等效水高时间序列上,GPS与GRACE的相关性总体上要优于GPS与GLDAS,陆地水周年变化较大的云南和四川西部地区站点三种数据间相关性较好,而其他季节性信号不明显的地区则相关性较差.本文的研究表明运用GPS-Slepian方法能够独立地监测高时空分辨率的陆地水储量变化,是作为当前补充GRACE观测资料空缺期的有益尝试.