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1996～2021年南极冰盖物质平衡及其对海平面变化贡献的综合估算

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中国科学:地球科学 2024年

作者：李荣兴李国君海港谢欢程远陈威崔祥斌丁明虎高春春郝彤柯长青李传金李进刘岩冉将军任贾文沈强沈云中史红岭王松筠王泽民詹金刚张保军钟敏周春霞北京师范大学地理科学学部遥感科学国家重点实验室南方科技大学地球与空间科学系中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室 Center for Space Research University of Texas at Austin 武汉大学中国南极测绘研究中心中山大学测绘科学与技术学院同济大学空间信息科学与可持续发展应用中心同济大学测绘与地理信息学院上海大学文化遗产与信息管理学院文化遗产保护基础科学研究院湖北文理学院资源环境与旅游学院中国极地研究中心中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室山东科技大学测绘与空间信息学院南京大学地理与海洋科学学院中国科学院上海天文台

南极冰盖（Antarctic Ice Sheet, AIS）处于持续物质损失状态,导致全球海平面上升（Global Sea Level Rise,GSLR）. AIS全部融化将导致全球海平面上升约58m,因而准确估算AIS物质平衡趋势对于监测其物质损失和预测海平面上升至关重要.本... 详细信息

南极冰盖（Antarctic Ice Sheet, AIS）处于持续物质损失状态,导致全球海平面上升（Global Sea Level Rise,GSLR）. AIS全部融化将导致全球海平面上升约58m,因而准确估算AIS物质平衡趋势对于监测其物质损失和预测海平面上升至关重要.本文提出了一种改进的物质平衡综合估算方法,基于输入-输出、测高和重力法的多种输入物质平衡结果来综合评估AIS及其各区域的物质平衡.相较于之前的方法（如IMBIE 2018）,本文采用了一种自适应窗口来处理不同输入物质平衡结果的异质性,充分考虑输入数据的数量、时间分布、不确定性以及估算方法等因素.本文还对回归方法进行了改进,采用两步法:首先,构建每种方法（输入-输出法、测高法或重力法）的单方法综合估计;然后,基于三种方法的单方法综合估计结果获得总体综合估计.利用来自8家中国机构提供的16个物质平衡结果,估算了1996～2021年南极冰盖及其各区域的综合物质平衡.结果显示, AIS在此期间共失去了约（3213±253）Gt的冰物质,相当于约（8.9±0.7）mm的GSLR.自2006年以来, AIS的物质损失加速,从1996～2005年的（88.1±3.6）Gt a-1增加到2006～2013年的（130.7±8.4）Gt a-1,再到2014～2021年的（157.0±9.0）Gt a-1.其中,西南极和南极半岛的物质损失信号在综合估算和所有输入数据中均较为显著,该趋势不受物质评估方法及表面物质平衡的波动影响.结果同时还表明,东南极的物质平衡估算仍存在较大的不确定性和挑战.本文提出的综合评估方法还可推广应用于格陵兰冰盖和山地冰川区域的物质平衡估算.

关键词：南极冰盖冰物质损失加速海平面上升综合估算

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中国近海海平面季节尺度变化的时频分析

地球物理学报 2003年第1期46卷 36-41页

作者：詹金刚王勇柳林涛中国科学院测量与地球物理研究所武汉430077

用连续小波变换方法 ,对中国近海验潮站资料 ( 2 0～ 30a)和Topex/Poseidon卫星测高海平面变化资料 ( 1992年 10月～ 1998年 9月 )进行分析 ,给出了南海、黄海和东海海平面变化在季节尺度上的时频特征 .结果表明 ,黄海和东海的海平面变... 详细信息

用连续小波变换方法 ,对中国近海验潮站资料 ( 2 0～ 30a)和Topex/Poseidon卫星测高海平面变化资料 ( 1992年 10月～ 1998年 9月 )进行分析 ,给出了南海、黄海和东海海平面变化在季节尺度上的时频特征 .结果表明 ,黄海和东海的海平面变化较相似 ,存在显著的周年和准双月的振荡信号 ;南海具有较明显的周年信号和较弱的半年周期信号 ;浅海区和深海区的海平面季节尺度变化在周期性与强度上存在明显差异 .

关键词：小波变换海平面变化中国近海卫星测高验潮站

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卫星重力捕捉龙滩水库储水量变化

地球物理学报 2011年第5期54卷 1187-1192页

作者：詹金刚王勇中国科学院测量与地球物理研究所动力大地测量学重点实验室武汉430077 中国科学院研究生院北京100049

利用近7年的Gravity Recovery and Climate Experiment(GRACE)重力卫星资料,采用改进的滑动窗去相关滤波和扇形滤波技术计算了红水河上游区域的重力变化,结果显示红水河上游区域重力场有明显的上升趋势.利用Global Land Data Assimilati... 详细信息

利用近7年的Gravity Recovery and Climate Experiment(GRACE)重力卫星资料,采用改进的滑动窗去相关滤波和扇形滤波技术计算了红水河上游区域的重力变化,结果显示红水河上游区域重力场有明显的上升趋势.利用Global Land Data Assimilation Systems(GLDAS)土壤湿度模型计算了地表水对重力场的影响,结果表明土壤湿度变化对重力场的影响主要表现为季节变化特征,对该地区重力上升趋势的变化并没有明显的贡献.扣除土壤湿度影响之后的剩余重力变化曲线显示,在2006年9月前后该地区剩余重力有一约2.17μGal的重力抬升.报道资料和水库储水量模拟结果表明,这一重力抬升与我国在建第三大水电站——龙滩水电站水库蓄水有关.这一结果说明GRACE卫星不仅能够反映大尺度的季节变化信息,而且能够为监测大型水库水储量变化提供近实时的空间对地测量资料.

关键词：卫星重力重力场变化红水河上游地区龙滩水库

GRACE时变重力位系数误差的改进去相关算法

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测绘学报 2011年第4期40卷 442-446,453页

作者：詹金刚王勇郝晓光中国科学院测量与地球物理研究所湖北武汉430077 中国科学院研究生院北京100049

GRACE卫星时变重力场模型的高阶位系数存在较大误差,用它反演的重力场结果中表现为严重的条带噪声。Swenson提出的滑动窗多项式拟合去相关误差方法在赤道两侧区域取得了显著效果,但其在文献中并没有说明实现的具体步骤,因而许多学者在... 详细信息

GRACE卫星时变重力场模型的高阶位系数存在较大误差,用它反演的重力场结果中表现为严重的条带噪声。Swenson提出的滑动窗多项式拟合去相关误差方法在赤道两侧区域取得了显著效果,但其在文献中并没有说明实现的具体步骤,因而许多学者在利用其思想进行滤波时并没有达到其文献中的滤波效果。针对滑动窗的特点,使用反向边界延拓技术,对滑动窗去相关误差数据处理方法作了改进。改进的滑动窗去相关误差方法应用于GRACE时变重力场模型时,在赤道两侧区域取得了显著的去条带误差效果,并利用全球地面资料同化系统GLDAS土壤湿度资料验证该方法的正确性。

关键词： GRACE 滑动窗去相关误差

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中国近海海平面变化特征分析

地球物理学报 2009年第7期52卷 1725-1733页

作者：詹金刚王勇程永寿中国科学院测量与地球物理研究所动力大地测量学重点实验室武汉430077 中国科学院研究生院北京100049 中国海洋大学海洋地球科学学院青岛266100 国家海洋信息中心天津300171

用经验正交函数分析方法,对中国近海14年多的测高海平面同化格网资料进行分析,给出了黄海、东海和南海各海平面变化主要主成分的空间变化和时间变化特征.用标准Morlet小波变换方法分析了各海区主成分时间变化序列的时频特征.分析结果表... 详细信息

用经验正交函数分析方法,对中国近海14年多的测高海平面同化格网资料进行分析,给出了黄海、东海和南海各海平面变化主要主成分的空间变化和时间变化特征.用标准Morlet小波变换方法分析了各海区主成分时间变化序列的时频特征.分析结果表明,各主成分的空间分布特征与当地的海洋环流或洋流特征相对应.时频分析结果显示,中国近海海平面变化的显著周期主要为年周期信号.其次,黄海和东海还显示准2个月的非稳态信号,东海和南海具有较显著的半年周期信号,东海半年周期信号的能量不稳定.此外,在南海及台湾东部海域,首次发现存在较为显著的准540天周期信号,其动力学机制目前尚不明确.坎门和西沙验潮站资料的时频特征分析也验证了该信号的存在.最后本文给出了中国近海海平面在1993～2007年间的平均上升速率和其区域分布特征.

关键词：时空特征小波分析准540天周期信号卫星测高同化数据

中国近海TOPEX/Poseidon卫星测高海平面变化的CPCA分析

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测绘学报 2001年第2期30卷 173-178页

作者：王勇许厚泽詹金刚中国科学院测量与地球物理研究所湖北武汉430077

用复主成分分析方法 ,对中国近海 TOPEX/ Poseidon卫星 6年的测高海平面变化资料进行了分析 ,给出了中国南海、黄海和东海的海平面变化的空间和时间分布特征。利用小波方法分析了主要主成分时间变化序列的时——频特征。分析结果表明 ,... 详细信息

用复主成分分析方法 ,对中国近海 TOPEX/ Poseidon卫星 6年的测高海平面变化资料进行了分析 ,给出了中国南海、黄海和东海的海平面变化的空间和时间分布特征。利用小波方法分析了主要主成分时间变化序列的时——频特征。分析结果表明 ,主要主成分的空间分布特征与海洋环流相对应 ;南海、黄海和东海的海平面变化存在显著的年际和 2个月的非稳态振荡信号 ;南海具有较明显的半年周期信号 ,而黄海和东海的半年周期信号不明显。

关键词：海平面变化中国 TOPEX/Poseidon卫星测高复主成分分析小波变换黄海东海

应用平滑先验信息方法移除GRACE数据中相关误差

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地球物理学报 2015年第4期58卷 1135-1144页

作者：詹金刚王勇史红岭柴华朱传东中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049

由于GRACE卫星数据解算的时变重力场模型中高阶位系数存在误差,这些误差在重力异常图中表现为南北向的条带噪声,在应用GRACE时变重力场数据时必须进行滤波.本文在空间域引入了一种有效消除GRACE时变重力场条带噪声的平滑先验信息方法,... 详细信息

由于GRACE卫星数据解算的时变重力场模型中高阶位系数存在误差,这些误差在重力异常图中表现为南北向的条带噪声,在应用GRACE时变重力场数据时必须进行滤波.本文在空间域引入了一种有效消除GRACE时变重力场条带噪声的平滑先验信息方法,并将其与目前常用的高斯滤波和去相关误差等滤波方法分别应用于合成的质量变化趋势数字模型,检测不同滤波方法消除条带噪声的能力及其对真实信号的影响.滤波结果显示,与目前常用的高斯滤波和去相关误差滤波器相比,本文滤波方法在有效移除条带噪声的同时,具有有效信号幅度衰减小、有效信号形变小以及保存了更多的短波长细节信息等优势;此外,统计结果显示,本文滤波结果在信号最大值、最小值以及残差均方根等方面均与模拟真实信号最为接近.相比300km高斯平滑和组合滤波结果,有效信号振幅的极小值和极大值分别提高了约18%和6%,残差均方根分别降低了25%和33%.说明本文滤波方法移除GRACE相关误差的同时,在保留有效信号方面具有明显的优势.

关键词： GRACE时变重力场平滑先验信息方法相关误差

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中国海及其邻近海域高分辨率海底地形

科学通报 2001年第11期46卷 956-960页

作者：王勇许厚泽詹金刚中国科学院测量与地球物理研究所武汉430077

基于海洋岩石圈挠曲补偿模型和ＥＴＯＰＯ５全球海洋海底地形模型，利用卫星测高数据所得到的中国海及邻近海域高分辨率的海洋重力异常资料，反演了中国海及邻近海域高分辨率的海底地形．计算的海底地形比目前广泛使用的ＥＴＯＰＯ５模... 详细信息

基于海洋岩石圈挠曲补偿模型和ＥＴＯＰＯ５全球海洋海底地形模型，利用卫星测高数据所得到的中国海及邻近海域高分辨率的海洋重力异常资料，反演了中国海及邻近海域高分辨率的海底地形．计算的海底地形比目前广泛使用的ＥＴＯＰＯ５模型数据具有更高的分辨率和精度，同时更清晰地展示了中国海及其邻近海域海底地貌、构造特征及动力学事件．

关键词：中国海卫星测高重力异常海底地形海底数字地形模型 ETOPO5模型

重复绝对重力测量观测的滇西地区和拉萨点的重力变化及其意义

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地球物理学报 2004年第1期47卷 95-100页

作者：王勇张为民詹金刚郝兴华王虎彪许厚泽中国科学院测量与地球物理研究所武汉430077

根据近年来在滇西地区和西藏拉萨绝对重力点上的一些新的绝对重力重复观测结果 ,对 1990年以来在这些点上绝对重力重复观测结果进行了分析 .滇西地区的 5个绝对重力观测点的近 10年的重复观测结果表明 ,大部分观测时段没有出现与地球动... 详细信息

根据近年来在滇西地区和西藏拉萨绝对重力点上的一些新的绝对重力重复观测结果 ,对 1990年以来在这些点上绝对重力重复观测结果进行了分析 .滇西地区的 5个绝对重力观测点的近 10年的重复观测结果表明 ,大部分观测时段没有出现与地球动力学事件有关的重力变化 ,只有丽江和洱源 2个绝对重力观测点的观测结果显示丽江地震前后有变化 .为了研究该重力变化的原因 ,本文正演模拟了出现重力变化期间丽江地震同震位错引起的重力变化 ,模拟结果与实际观测结果有较好的一致性 .西藏拉萨近 10年以来的重复观测结果给出了拉萨点的绝对重力值以 - 1.82± 0 .9× 10 - 8m·s- 2 ·a- 1 速率下降 ,这从重力学的角度反映出青藏高原的隆升 .对拉萨点的重力变化机制进行了探讨 ,根据印度板块与欧亚大陆俯冲模型计算的拉萨点重力变化速率与观测到的重力变化速率较一致 ,表明现今拉萨地区重力变化是由于印度板块与欧亚大陆俯冲所引起 .根据印度板块向欧亚大陆俯冲的位错模型计算的拉萨点的重力变化与地表垂直位移的关系 ,将重力变化转换为拉萨点的隆升速率为 8.7mm a .

关键词：绝对重力测量地球动力学重力变化丽江地震板块碰撞