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联合GNSS与GRACE/GRACE-FO数据反演中国西南地区陆地水储量变化

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测绘学报 2024年第5期53卷 813-822页

作者：杨兴海袁林果姜中山汤苗西南交通大学地球科学与工程学院四川成都611756 中山大学测绘科学与技术学院广东珠海519082

GNSS和重力恢复与气候试验(GRACE)及其后续任务(GRACE-FO)给陆地水储量变化(TWSC)研究带来了技术革新,但这两种技术估计的区域TWSC具有不同的时空尺度和精度特性。因此,有必要融合两种观测数据,以获得同一尺度且高精度的TWSC。本文基于G... 详细信息

GNSS和重力恢复与气候试验(GRACE)及其后续任务(GRACE-FO)给陆地水储量变化(TWSC)研究带来了技术革新,但这两种技术估计的区域TWSC具有不同的时空尺度和精度特性。因此,有必要融合两种观测数据,以获得同一尺度且高精度的TWSC。本文基于GNSS独立反演模型,使用求和算子对喷气推进实验室(JPL)的GRACE/GRACE-FO Mascon数据进行求和运算来构建约束,通过赤池贝叶斯准则选择最优模型参数,构建了一种联合GNSS与GRACE/GRACE-FO数据的区域TWSC反演模型。随后,本文设计数值模拟试验,以验证利用该模型反演中国西南地区TWSC的可行性。结果显示,1000次试验中联合反演估算的均方根误差均值为10 mm,比GNSS独立反演结果低47%。基于此方法,本文联合GNSS与JPL Mascon数据反演了中国西南地区2011年1月—2022年6月的时变TWSC。对比联合反演、GNSS独立反演、GRACE/GRACE-FO和高分辨率全球陆地数据同化系统(GLDAS)的结果,发现联合反演与GLDAS的TWSC周年振幅空间分布特征最吻合,表明联合反演估计的TWSC空间分辨率优于GNSS独立反演和GRACE的结果。最后,结合水平衡方程估算的区域水文收支情况,并通过广义三角帽方法评估陆地水储量等效水柱高的变化率(d(EWH)/d t)的不确定性。结果显示,联合反演估计的d(EWH)/d t不确定性为8 mm/月,较GRACE/GRACE-FO、GNSS独立反演和水平衡方程结果分别低33%、68%和62%。研究结果表明,与GNSS和GRACE/GRACE-FO独立反演方法相比,联合反演能够改善TWSC估值的精度,可为水资源管理决策及水文气候学研究提供更可靠的数据支撑。

关键词： GNSS GRACE/GRACE-FO 联合反演陆地水储量变化赤池贝叶斯准则

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澳大利亚区域大气加权平均温度建模

武汉大学学报（信息科学版） 2022年第7期47卷 1146-1153页

作者：张迪袁林果黄良珂李秦政西南交通大学地球科学与环境工程学院四川成都611756 桂林理工大学测绘地理信息学院广西桂林541006 广西空间信息与测绘重点实验室广西桂林541006 武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079 广州市市政工程设计研究总院有限公司广东广州510060

大气加权平均温度T_(m)是计算水汽转换因子和大气可降水量的重要参数。利用2007—2017年全球大地观测系统(global geodetic observing system,GGOS)Atmosphere T_(m)格网数据和欧洲中尺度天气预报中心(European centre for medium⁃range weather forecasts,ECMWF)2 m温度数据,建立一种适合澳大利亚区域、顾及T_(m)残差季节性和日周期变化的T_(m)模型——qTm。此外,采用2018年的GGOS Atmosphere T_(m)格网数据和探空资料对该模型进行评估。结果表明,qTm模型在澳大利亚区域具有较高的精度和适用性,与GGOS At⁃mosphere T_(m)相比,qTm模型的年均偏差(Bias)和均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为-0.31 K和1.97 K,相对于GPT2w⁃1和GPT2w⁃5模型,RMSE分别提高21.8%和25.9%;qTm模型值与探空积分值更符合,模型的年均Bias和RMSE分别为-0.44 K和2.45 K,相比GPT2w⁃1和GPT2w⁃5模型分别提高10.2%和11.8%。qTm模型可为澳大利亚区域提供精确的T_(m)值,为该区域大气水汽分析和厄尔尼诺现象研究提供基础。

关键词：加权平均温度 qTm模型 GNSS气象学无线电探空

应用GPS垂向位移定量分析2011—2020年云南省极端干旱时空特征

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地球物理学报 2022年第8期65卷 2828-2843页

作者：杨兴海袁林果姜中山冯显杰汤苗李长海西南交通大学地球科学与环境工程学院成都611756 云南大学国际河流与生态安全研究院昆明650091

干旱指数是评估干旱严重程度的重要指标.本文基于FastICA(Fast Independent Component Analysis)反演模式,利用GPS垂向位移反演了云南省2011—2020年的等效水高GPS-EWH(GPS Equivalent Water Height),并根据GPS-EWH、GRACE Mascon产品与自校正帕默尔干旱指数SCPDSI(Self-Calibrating Palmer Drought Severity Index)产品,分别计算了GPS干旱指数GPS-DSI(GPS Drought Severity Index)、GRACE干旱指数GRACE-DSI(GRACE Drought Severity Index)及归一化SCPDSI,用于定量分析云南省干旱时空分布特征.研究结果表明,在滇中、滇西北与滇西南地区GPS-DSI、GRACE-DSI及归一化SCPDSI具有较高相关性,因此在该地区GPS-DSI可作为分析干旱事件的补充数据.但在滇东南与滇东北地区,GPS-DSI与GRACE-DSI、归一化SCPDSI的相关性极差,通过分析GPS站点分布特征,其原因可能是滇东南与滇东北地区GPS站点空间分布稀疏,因此分析该区域干旱事件时主要参考GRACE-DSI与归一化SCPDSI.GPS-DSI、GRACE-DSI与归一化SCPDSI的结果表明,2011—2020年间发生了三次显著的干旱事件,其中2019—2020年特大干旱事件持续的时间最长,共持续约20个月.具体分析此次干旱事件的时空特征,2019年全区以中度干旱为主,2020年大部分地区以极端干旱为主,其中滇西南地区2020年为异常干旱.

关键词： GPS垂向位移格林函数陆地水储量水文干旱干旱指标

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GPS监测慢滑移信号的双曲正切函数建模

大地测量与地球动力学 2023年第9期43卷 909-913页

作者：李萌邹小平袁林果吕开云鲁铁定卢永刚东华理工大学江西省数字国土重点实验室南昌市330013 东华理工大学自然资源部环鄱阳湖区域矿山环境监测与治理重点实验室南昌市330013 西南交通大学地球科学与环境工程学院成都市611756 中铁武汉勘察设计院有限公司武汉市430074

以日本房总半岛2011年、2013~2014年、2018年3次慢滑移事件(slow slip event, SSE)为例,利用自主研发的GPS坐标时序分析(GPS coordinate time series analysis, GTSA)软件批量处理该半岛多个GPS站点2009~2019年共10 a的坐标时序数据,构建包含周期性SSE的坐标时序模型。结果表明:1)双曲正切函数的数学特性与SSE的运动规律十分吻合,表现为缓慢加速-快速滑动-缓慢减速,最后恢复至稳态;2)函数对SSE的精准建模可有效确定SSE发生时间的中心、持续时长和地表位移;3)2011年SSE持续时间最长可达50 d, 2013~2014年和2018年的SSE持续时间最长为25 d;4)3次SSE的水平位移均朝东南方向,高程位移量均表现为下沉,2018年SSE最大水平位移达5.2 cm, 2013~2014年最大高程位移达3.8 cm。

关键词： GPS 慢滑移双曲正切函数建模坐标时序

应用GPS数据和Slepian基函数反演川云渝地区陆地水储量变化

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地球物理学报 2021年第4期64卷 1167-1180页

作者：成帅袁林果姜中山刘中冠张迪徐小凤西南交通大学地球科学与环境工程学院成都611756

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... 详细信息

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.

关键词： Slepian基函数 GPS垂向位移陆地水储量变化负荷形变

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GPS多路径重复性试验研究

测绘科学 2010年第2期35卷 43-45,26页

作者：钟萍袁林果丁晓利西南交通大学土木工程学院测量工程系成都610031 香港理工大学土地测量与地理咨询学系

信号衍射和多路径效应是限制GPS定位精度进一步提高的瓶颈,观测中两者往往同时存在。衍射效应具有不完全重复的特性,为了研究多路径重复性并使其不受信号衍射的影响,本文提出先应用SIGMA-Δ信噪比加权模型削弱信号衍射的影响,再运用改... 详细信息

信号衍射和多路径效应是限制GPS定位精度进一步提高的瓶颈,观测中两者往往同时存在。衍射效应具有不完全重复的特性,为了研究多路径重复性并使其不受信号衍射的影响,本文提出先应用SIGMA-Δ信噪比加权模型削弱信号衍射的影响,再运用改进恒星时滤波法分析多路径重复性。实验观测资料分析表明,SIGMA-Δ模型能有效削弱衍射信号对定位结果影响,并且保留主要的多路径信号;而改进恒星时滤波法能适应测站周围多路径环境的变化,从而最大限度地削减多路径误差。两者组合比传统的恒星时滤波更能有效提高GPS的动态定位精度。

关键词： GPS 多路径效应衍射重复性改进恒星时滤波

汶川地震前后四川盆地CORS站运动特性分析

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测绘学报 2014年第6期43卷 582-589页

作者：李萌黄丁发严丽廖华冯威袁林果西南交通大学地球科学与环境工程学院四川成都610031 四川省地震局减灾救助研究所四川成都610041

为探讨四川盆地在汶川地震前后地壳运动的规律,对2006年3月至2012年9月四川12个连续运行参考站(continuously operating reference stations,CORS)6年多的观测资料进行了详细的处理和分析。通过比较震前震后CORS站运动的相似性和差异性... 详细信息

为探讨四川盆地在汶川地震前后地壳运动的规律,对2006年3月至2012年9月四川12个连续运行参考站(continuously operating reference stations,CORS)6年多的观测资料进行了详细的处理和分析。通过比较震前震后CORS站运动的相似性和差异性发现:由于震后形变的影响,震后第一主成分(principle component first,PC1)的贡献率下降20%~40%;震后多站的速度场发生了明显的变化,突出表现在PIXI、CHDU、MYAN等站,YAAN、QLAI站处于闭锁状态;盆地垂直分量的周年振幅在震前一年偏大,震后逐年减小。以上发现表明汶川地震可能改变了四川盆地原有的运动特性。

关键词：汶川地震 CORS 震后形变闭锁

连续运行GPS观测网络的对流层天顶延迟估计

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中国铁道科学 2005年第3期26卷 128-133页

作者：钟萍黄丁发袁林果廖华陈维锋西南交通大学空间信息工程中心四川成都610031 四川省地震局减灾救助研究所四川成都610041

对基于连续运行GPS观测网络的对流层天顶延迟估算模型和参数的选择,及其对估计结果的影响进行研究。在选用相同的对流层改正模型、卫星截止高度角和相同的对流层天顶延迟参数个数的条件下,分段线性方法比分段常数法和单参数方法更能客... 详细信息

对基于连续运行GPS观测网络的对流层天顶延迟估算模型和参数的选择,及其对估计结果的影响进行研究。在选用相同的对流层改正模型、卫星截止高度角和相同的对流层天顶延迟参数个数的条件下,分段线性方法比分段常数法和单参数方法更能客观反映对流层随时间的变化趋势。在选择相同的天顶延迟模型的条件下,观测时间越长,用于对流层天顶延迟估算的数据越多,对天顶方向的对流层折射估计越有利。天顶延迟参数个数的选择对对流层折射有较大影响。参数过少,则不能充分反映对流层随时间的变化;参数过多,则降低了解的强度。一般对中长基线而言,选择每2～4h一个天顶延迟参数,能较真实地反映对流层的变化,提高基线解的精度。

关键词： GPS 对流层天顶延迟

网络RTK参考站间模糊度动态解算的卡尔曼滤波算法研究

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测绘学报 2007年第1期36卷 37-42页

作者：周乐韬黄丁发袁林果李成钢西南交通大学测量工程系四川成都610031

提出一种适用于参考站网络的站间模糊度解算方法,该方法使用CA码与相位的电离层无关组合解算宽巷模糊度,利用多路径效应的周期性削弱CA码多路径效应。在宽巷模糊度得到固定后,利用卡尔曼滤波对L1模糊度进行估计,并使用模糊度失相关搜索... 详细信息

提出一种适用于参考站网络的站间模糊度解算方法,该方法使用CA码与相位的电离层无关组合解算宽巷模糊度,利用多路径效应的周期性削弱CA码多路径效应。在宽巷模糊度得到固定后,利用卡尔曼滤波对L1模糊度进行估计,并使用模糊度失相关搜索算法,动态地确定模糊度。这种方法已经应用在自主开发的网络RTK软件上,并以四川GPS综合服务网络SIGN(Sichuan Integrated GPS Network)作为试验网络,进行了试验和分析。

关键词： GPS 参考站网络整周模糊度动态解算