GRACE重力计划在揭示地球系统质量重新分布中的应用

摘要

2002年3月成功发射的美德合作卫星重力计划GRACE(Gravity Recovery And ClimateExperiment),即将提供空间分辨率约为200 km而时间分辨率为1个月的时变地球重力场模型序列.GRACE计划的星座由两颗相距约220 km,高度保持为300～500 km、倾角保持约90°的近极轨卫星组成.由于采用星载GPS和非保守力加速度计等高精度定轨技术,以及高精度的星-星跟踪数据反演地球重力场,在几百公里和更大空间尺度上,GRACE重力场的精度大大超过此前的卫星重力计划.根据GRACE时变重力场反演的地球系统质量重新分布,将对固体地球物理、海洋物理、气候学以及大地测量等应用有重要的意义.虽然其设计寿命只有5 yr,但研究表明GRACE的结果可用于研究北极冰长期时间尺度的变化,并进而研究极冰融化对全球气候变化,特别是对海平面长期变化的影响.在季节性时间尺度上,利用GRACE重力场反演的质量重新分布足以揭示平均小于1 cm的地表水变化,或小于1 mbar的海底压强变化.除了巨大的社会效益和经济效益外,这些变化对了解地球系统的物质循环(主要是水循环)和能量循环有非常重要的意义.介绍GRACE重力场揭示的地球系统质量重新分布,为理解其地球物理应用提供必需的准备;同时针对我国大陆和沿海地区的地球物理应用提出初步的设想.