GRACE

摘要： 2002年重力卫星GRACE的成功发射极大地促进了地球科学多个领域,包括全球海平面变化、极地冰盖与高山冰川消融、水文以及固体地球等多个领域的发展.然而,GRACE观测数据主要是以球谐系数的形式给出,需要应用者进行一系列预处理才可以得到对应的物理量.为了克服此困难,也为了提高GRACE恢复重力场地空间分辨率,相关机构在近些年推出了新一代GRACE观测数据产品,即Mascon产品.该产品的初衷是便于非大地测量和地球物理专业的人使用,比如水文学家、海洋学家,它无需进行任何后处理过程,使用上更加方便.然而,尽管Mascon产品以较高的空间分辨率(如1°)给出,但是,该产品的应用范围以及其实际的分辨率等都是科学家们非常关注的问题.目前科学家们已经对该产品在不同流域尺度以及不同应用领域上的适用性问题进行了系统性地评估.本文综合介绍了Mascon产品的基本原理和方法、三家Mascon产品的差异,并梳理了该产品和球谐系数产品之间在一些具体物理问题的应用中的适用性以及应该注意的问题,为广大科研工作者提供科学依据和使用参考.

摘要： 利用GRACE卫星数据反演华北平原2003~2015年地下水储量变化,并用监测井数据进行验证。基于EOF方法分解GRACE年际地下水储量变化,结合冬小麦年均WF_(blue)和TRMM降雨数据分析影响华北平原地下水储量年际变化的因素。结果表明,前2个特征向量方差贡献率为93.09%。其中,第1模态方差贡献率为80.04%,与华北平原2003~2009年冬小麦年均WF_(blue)空间变化的相关系数为-0.69,且空间分布一致;第2模态方差贡献率为13.05%,与同时段降水数据的空间分布的相关系数为0.93。说明农业灌溉,尤其是冬小麦的灌溉对华北平原地下水的消耗起着至关重要的作用。

摘要： 利用时变重力场模型、GLDAS水文模型和湖泊水量变化数据反演三江源区域2003~2020年地下水储量变化,使用奇异谱分析方法对地下水变化时间序列进行分析。结果表明,2003~2012年三江源区域地下水储量整体呈现增长趋势,年增长率为0.7 cm/a;2013~2020年三江源区域地下水储量整体呈现减少趋势,年增长率为-0.3 cm/a;三江源区域地下水年度变化主要受降雨补给规律的影响,降雨对地下水的补给滞后期为2个月。

摘要： 综合利用COST-G GRACE时变重力场模型、降水、气温、GLDAS模型中地表水、实测浅层地下水和NDVI等多源数据,分析2002-04~2016-12黄土高原陆地水储量的时空变化特征,并利用偏最小二乘回归方法定性分析黄土高原陆地水储量变化的驱动因素。结果表明:(1)研究时段内黄土高原陆地水储量具有上升-下降-平缓下降的变化特征,山西省陆地水储量亏损趋势明显;(2)2004~2009年采煤用水、人类生活用水和植被作用是黄土高原陆地水储量下降的重要因素,2010~2016年工业用水、人类生活用水和气温上升是黄土高原陆地水储量下降的重要因素。

摘要： Water budget closure is a method used to study the balance of basin water storage and the dynamics of relevant hydrological components(e.g.,precipitation,evapotranspiration,and runoff).When water budget closure is connected with terrestrial water storage change(TWSC)estimated from Gravity Recovery and Climate Experiment(GRACE)data,variations in basin runoff can be understood comprehensively.In this study,total runoff variations in the Yangtze River Basin(YRB)and its sub-basins are examined in detail based on the water budget closure equation.We compare and combine mainstream precipitation and evapotranspiration models to determine the best estimate of precipitation minus evapotranspiration.In addition,we consider human water consumption,which has been neglected in earlier studies,and discuss its impact.To evaluate the effectiveness and accuracy of the combined hydrological models in estimating subsurface runoff,we collect discharge variations derived from in situ observations in the YRB and its sub-basins and compare these data with the models’final estimated runoff variations.The estimated runoff variations suggest that runoff over the YRB has been increasing,especially in the lower sub-basins and in the post-monsoon season,and is accompanied by apparent terrestrial water loss.

摘要： 本文利用CSR-RL06和Tongji-Grace2018时变重力场模型反演了2003年1月—2016年12月红柳江区域陆地水储量变化,并联合降水、蒸散、径流和人类活动耗水等多源数据建立了区域水量平衡方程,定量评估了该区域陆地水储量变化的主要驱动因素。结果表明:①考虑人类活动耗水为区域陆地水储量输出项时,由水量平衡方程闭合差计算的均方根误差降低了39%。②气象水文因素贡献率仅于2009、2011和2016年为负,其均值为-22.5%,其余年份正贡献率均值为47.7%;人类活动耗水贡献率始终为负,其均值为-34.8%。③龙滩水库蓄水变化与该区域陆地水储量变化相关系数为0.66,均存在一年和两年主周期信号。

摘要： 为研究2005—2015年黄河流域陆地水储量变化,基于GRACE RL05重力数据及全球陆面同化系统模型GLDAS进行陆地水储量反演,通过排除煤炭开采引起的区域质量变化提高反演精度,并分析降水、地下水变化对陆地水储量变化的影响。初步结果表明:在时间上,由GRACE卫星数据反演的黄河流域在2005—2015年陆地水储量变化趋势为-5.20 mm/a,2005—2006年的变化趋势达到-0.91 mm/月,各年内仅7—9月份呈现盈余状态;在空间上,流域西部呈现为盈余状态,流域东部呈现为亏损状态;煤炭开采量转换的等效水高变化趋势为-1.95 mm/a,扣除该水高趋势得到更精确的陆地水储量变化趋势为-3.25 mm/a,其对传统陆地水储量反演结果精度的影响不可忽略;此外,降水与地下水变化分别是导致上、下游区域陆地水储量变化的重要因素。本研究综合考虑煤炭开采量影响,有助于提高传统陆地水储量反演方法精度。

摘要： 利用GRACE和GLDAS数据计算美国2003年1月—2013年12月陆地等效水高的时间序列,两者结果呈强相关,相关系数为0.91。GRACE数据计算陆地水储量最低在2012年7月,这与欧洲干旱研究中心发布的帕尔默干旱指数(scPDSI)结果一致,证明了GRACE时变地球重力场模型具备探测干旱的能力。利用NOAA(National Oceanic&Atmospheric Administration)发布的数据计算干旱时的降雨量、蒸发量,并和近30年来历史同期平均降雨量、蒸发量比较分析,最后得出2012年夏季美国地区干旱产生的原因为中部地区部分州降雨量偏少,少于平均值40—50 mm;中、西部地区气温高于平均值,导致部分州蒸发量高于历史同期平均蒸发量10—20 mm。

摘要： The purpose of this study is to explore nonhydrological mass transfer in mainland China.For this purpose,gravity recovery and climate experiment(GRACE)data were obtained to study the spatial distribution of time variant gravity signals in mainland China.Then,from auxiliary hydrological data processed according to the current hydrological model,a new more comprehensive hydrological model of mainland China was constructed.Finally,the time variant signals of this new hydrological model were removed from the time variant gravity field computed from GRACE data,thus obtaining a description of the nonhydrological mass transfer of mainland China.The physical sources and mechanisms of the resulting mass transfer are then discussed.The improved,more realistic,hydrological model used here was created by selecting the hydrological components with the best correlations in existing hydrological models,by use of correlation calculation,analysis,and comparison.This improved model includes water in soils and deeper strata,in the vegetation canopy,in lakes,snow,and glaciers,and in other water components(mainly reservoir storage,swamps,and rivers).The spatial distribution of the transfer signals due to nonhydrological mass in mainland China was obtained by subtracting the combined hydrological model from the GRACE time-variable gravity field.The results show that the nonhydrological signals in mainland China collected in GRACE data were mainly positive signals,and were distributed in the Bohai Rim and the northern and eastern parts of the Tibetan Plateau.The above nonhydrological mass transfer signals have been studied further and are discussed.The results show that the nonhydrological mass migration signals in the Bohai Rim region originate primarily from sea level change and marine sediment accumulation.The mass accumulation from Indian plate collision in the Tibetan Plateau appears to be the main reason for the increase in the residual gravity field in that region.

摘要： GRACE重力卫星的时变重力场数据在陆地水储量变化监测和分析中广泛应用,其应用效果与时变重力场滤波方法的特性息息相关,因此时变重力场滤波方法研究成为一个热点.引入经验模态分解滤波法,对时变重力场数据进行滤波处理,并与成熟的P3M6、Duan滤波法比较分析该方法的有效性.结果表明:经验模态分解滤波法结果的信噪比为3.14,而P3M6、Duan滤波法的结果信噪比分别为2.90和3.01,相比而言,经验模态分解滤波法有较好的保留真实信号能力.进一步将三种滤波方法用于研究亚马逊流域、密西西比河流域和长江流域的水储量变化,并与GLDAS反演的水储量变化结果比较,结果表明经验模态分解滤波法反演结果与GLDAS结果相关性最高,相关系数大于0.86,充分验证该方法的可靠性和有效性.

摘要： GPS广泛应用于导航、定位、大地测量和地球科学。然而由于受对流层和电离层折射、轨道误差、钟差、天线相位中心变化、多路径效应和模型算法等影响以及对流层天顶延迟误差与台站高程强相关性,GPS高精度应用仍然受其精度制约,特别是高程方向,包括GLONASS和将来Galileo与中国北斗。尽管国际地球参考架(例如ITRF2005)声称GPS台站坐标精度达到毫米级,但GPS台站坐标时间序列存在厘米级振幅的周年变化,因此GPS高程方向精度仍为厘米级。本文通过卫星重力GRACE得到的地表流体质量和地球物理模型负荷引起的地表位移分析GPS高程坐标时间序列,发现全球大部分GPS台站与GRACE或地球物理模型负荷所得的周年垂直位移信号在振幅与相位较吻合,暗示着GPS高程方向强周年信号主要由地球物理流体质量引起。扣除GRACE估计得到的垂直位移时间序列,GPS周年信号的振幅有了较为明显的减小,GPS垂直坐标时间序列的均方差大大降低,即台站坐标精度大大提高。然而仍然有部分GPS周年信号与GRACE或模型估计存在较大的差别,特别是少数部分地区GPS台站,如南极洲和一些岛屿。进一步分析以及与VLBI,SLR和不同战略GPS处理结果比较,发现GPS剩余周年信号主要由GPS处理战略和模型等引起,如天线相位中心模型、映射函数等。将来通过采用同一处理战略和最新的误差模型再处理,可能会进一步提高GPS高程方向精度。

摘要： GPS广泛应用于导航、定位、大地测量和地球科学。然而由于受对流层和电离层折射、轨道误差、钟差、天线相位中心变化、多路径效应和模型算法等影响以及对流层天顶延迟误差与台站高程强相关性,GPS高精度应用仍然受其精度制约,特别是高程方向,包括GLONASS和将来Galileo与中国北斗。尽管国际地球参考架(例如ITRF2005)声称GPS台站坐标精度达到毫米级,但GPS台站坐标时间序列存在厘米级振幅的周年变化,因此GPS高程方向精度仍为厘米级。本文通过卫星重力GRACE得到的地表流体质量和地球物理模型负荷引起的地表位移分析GPS高程坐标时间序列,发现全球大部分GPS台站与GRACE或地球物理模型负荷所得的周年垂直位移信号在振幅与相位较吻合,暗示着GPS高程方向强周年信号主要由地球物理流体质量引起。扣除GRACE估计得到的垂直位移时间序列,GPS周年信号的振幅有了较为明显的减小,GPS垂直坐标时间序列的均方差大大降低,即台站坐标精度大大提高。然而仍然有部分GPS周年信号与GRACE或模型估计存在较大的差别,特别是少数部分地区GPS台站,如南极洲和一些岛屿。进一步分析以及与VLBI,SLR和不同战略GPS处理结果比较,发现GPS剩余周年信号主要由GPS处理战略和模型等引起,如天线相位中心模型、映射函数等。将来通过采用同一处理战略和最新的误差模型再处理,可能会进一步提高GPS高程方向精度。

摘要： GPS广泛应用于导航、定位、大地测量和地球科学。然而由于受对流层和电离层折射、轨道误差、钟差、天线相位中心变化、多路径效应和模型算法等影响以及对流层天顶延迟误差与台站高程强相关性,GPS高精度应用仍然受其精度制约,特别是高程方向,包括GLONASS和将来Galileo与中国北斗。尽管国际地球参考架(例如ITRF2005)声称GPS台站坐标精度达到毫米级,但GPS台站坐标时间序列存在厘米级振幅的周年变化,因此GPS高程方向精度仍为厘米级。本文通过卫星重力GRACE得到的地表流体质量和地球物理模型负荷引起的地表位移分析GPS高程坐标时间序列,发现全球大部分GPS台站与GRACE或地球物理模型负荷所得的周年垂直位移信号在振幅与相位较吻合,暗示着GPS高程方向强周年信号主要由地球物理流体质量引起。扣除GRACE估计得到的垂直位移时间序列,GPS周年信号的振幅有了较为明显的减小,GPS垂直坐标时间序列的均方差大大降低,即台站坐标精度大大提高。然而仍然有部分GPS周年信号与GRACE或模型估计存在较大的差别,特别是少数部分地区GPS台站,如南极洲和一些岛屿。进一步分析以及与VLBI,SLR和不同战略GPS处理结果比较,发现GPS剩余周年信号主要由GPS处理战略和模型等引起,如天线相位中心模型、映射函数等。将来通过采用同一处理战略和最新的误差模型再处理,可能会进一步提高GPS高程方向精度。

摘要： GPS广泛应用于导航、定位、大地测量和地球科学。然而由于受对流层和电离层折射、轨道误差、钟差、天线相位中心变化、多路径效应和模型算法等影响以及对流层天顶延迟误差与台站高程强相关性,GPS高精度应用仍然受其精度制约,特别是高程方向,包括GLONASS和将来Galileo与中国北斗。尽管国际地球参考架(例如ITRF2005)声称GPS台站坐标精度达到毫米级,但GPS台站坐标时间序列存在厘米级振幅的周年变化,因此GPS高程方向精度仍为厘米级。本文通过卫星重力GRACE得到的地表流体质量和地球物理模型负荷引起的地表位移分析GPS高程坐标时间序列,发现全球大部分GPS台站与GRACE或地球物理模型负荷所得的周年垂直位移信号在振幅与相位较吻合,暗示着GPS高程方向强周年信号主要由地球物理流体质量引起。扣除GRACE估计得到的垂直位移时间序列,GPS周年信号的振幅有了较为明显的减小,GPS垂直坐标时间序列的均方差大大降低,即台站坐标精度大大提高。然而仍然有部分GPS周年信号与GRACE或模型估计存在较大的差别,特别是少数部分地区GPS台站,如南极洲和一些岛屿。进一步分析以及与VLBI,SLR和不同战略GPS处理结果比较,发现GPS剩余周年信号主要由GPS处理战略和模型等引起,如天线相位中心模型、映射函数等。将来通过采用同一处理战略和最新的误差模型再处理,可能会进一步提高GPS高程方向精度。

摘要： GRACE时变重力场的高阶系数系要是噪声，直接影响着其反演的南极冰盖质量变化。为了降低高阶系数误差的影响，选择高斯滤波进行平滑。由于在经度方向上出现条纹状信号，因此需要对GRACE球谐系数进行处理，采用去相关误差滤波技术能够有效消除位系数中的相关误差。利用43个月GRACE时变重力场反演南极冰盖质量变化，结果显示曲南极地区冰盖质量具有较强的减少趋势，面对于尔部地区冰盖质量增长幅度则比较平缓。

摘要： GRACE时变重力场的高阶系数系要是噪声，直接影响着其反演的南极冰盖质量变化。为了降低高阶系数误差的影响，选择高斯滤波进行平滑。由于在经度方向上出现条纹状信号，因此需要对GRACE球谐系数进行处理，采用去相关误差滤波技术能够有效消除位系数中的相关误差。利用43个月GRACE时变重力场反演南极冰盖质量变化，结果显示曲南极地区冰盖质量具有较强的减少趋势，面对于尔部地区冰盖质量增长幅度则比较平缓。

摘要： GRACE时变重力场的高阶系数系要是噪声，直接影响着其反演的南极冰盖质量变化。为了降低高阶系数误差的影响，选择高斯滤波进行平滑。由于在经度方向上出现条纹状信号，因此需要对GRACE球谐系数进行处理，采用去相关误差滤波技术能够有效消除位系数中的相关误差。利用43个月GRACE时变重力场反演南极冰盖质量变化，结果显示曲南极地区冰盖质量具有较强的减少趋势，面对于尔部地区冰盖质量增长幅度则比较平缓。

摘要： GRACE时变重力场的高阶系数系要是噪声，直接影响着其反演的南极冰盖质量变化。为了降低高阶系数误差的影响，选择高斯滤波进行平滑。由于在经度方向上出现条纹状信号，因此需要对GRACE球谐系数进行处理，采用去相关误差滤波技术能够有效消除位系数中的相关误差。利用43个月GRACE时变重力场反演南极冰盖质量变化，结果显示曲南极地区冰盖质量具有较强的减少趋势，面对于尔部地区冰盖质量增长幅度则比较平缓。

摘要： 首先用卫星测高资料计算了1993～2009.6年的全球平均海平面变化。用GRACE(Gravity Recovery andCiimate Experiment)时变重力场系数反演了2003～2009.6年伞球平均海水质量变化。联合GRACE和卫星测高资料计算了2003～2009.6年的热容海平面变化，该变化呈上升趋势。用日本气象局 Ishii等提供的海温数据计算了1993～2006年的海水引起的平均热膨胀海平面变化，1993～2003年间，全球海洋热膨胀引起的热容海平面呈上升趋势，约占同期平均海平面变化的一半。ARG0温盐数据计算了2004～2009.6年平均热容海平面变化，也呈上升态势，只是变化速率有所减慢。

摘要： 首先用卫星测高资料计算了1993～2009.6年的全球平均海平面变化。用GRACE(Gravity Recovery andCiimate Experiment)时变重力场系数反演了2003～2009.6年伞球平均海水质量变化。联合GRACE和卫星测高资料计算了2003～2009.6年的热容海平面变化，该变化呈上升趋势。用日本气象局 Ishii等提供的海温数据计算了1993～2006年的海水引起的平均热膨胀海平面变化，1993～2003年间，全球海洋热膨胀引起的热容海平面呈上升趋势，约占同期平均海平面变化的一半。ARG0温盐数据计算了2004～2009.6年平均热容海平面变化，也呈上升态势，只是变化速率有所减慢。

摘要： 本发明提供一种联合GRACE和GNSS的局部地表质量变化反演方法及系统，包括获取由局部地表质量变化引起的GRACE星间重力位差和GNSS垂直位移观测值；根据牛顿万有引力定律建立局部地表质量变化与GRACE星间重力位差之间的观测方程，得到相应法方程；根据质量负荷的格林函数理论建立局部地表质量变化与GNSS垂直位移之间的观测方程，得到相应法方程；根据最小二乘联合平差反演局部地表质量变化，包括根据法方程结合先验信息方程形成GRACE和GNSS联合反演模型，然后给定两类观测值噪声方差以及正则化参数初始值，利用方差分量估计通过迭代计算确定最优权比，得到联合反演的局部地表质量变化。本发明提高了局部地表质量变化反演的精细度和可靠性。

摘要： 本发明公开了一种基于GRACE日降尺度和新型DWSDI指数的区域洪涝灾害风险评估方法。主要步骤如下：首先获取研究流域的日尺度水文气象实测数据和月尺度水储量实测数据；然后采用不同预测模型将原始的月尺度水储量序列进行时间降尺度处理，并得到该区域日尺度水储量序列；最后依据本发明提出的日尺度水储量亏损指数DWSDI，对研究区域内的洪涝灾害风险进行系统性评估。本发明方法不仅能够通过重力卫星遥感数据和水文气象数据对研究区域内的水储量数据进行时间降尺度处理，还可以基于新提出的DWSDI指数对区域洪涝灾害风险进行深入分析和系统性评估，为不同气候环境下的极端洪涝灾害事件评估提供了新的研究思路和技术支持。

摘要： 本发明实施例涉及测量数据处理技术领域，公开了一种GRACE卫星重力场球谐系数去相关的方法及电子设备。该GRACE卫星重力场球谐系数去相关的方法，包括：选取重力场球谐系数数据；对所述重力场球谐系数数据进行预处理，得到预处理结果；对所述预处理结果进行高斯滤波处理，其中，对不同阶次的重力场球谐系数采用不同的高斯平滑半径进行高斯滤波平滑；获取高斯滤波处理后的球谐系数，进行去相关处理，其中，对不同阶次的重力场球谐系数采用不同的去相关算法，得到去相关数据；对所述去相关数据进行重构，得到去相关重力场球谐系数数据。本发明中避免了对所有阶次的重力场球谐系数用同一高斯平滑半径处理时产生虚假信号，且能够保证得到准确的结果。

摘要： 本发明提供了一种基于GRACE重力卫星的区域改进水源涵养功能评估方法，包括如下步骤：基于GRACE重力卫星数据，反演获得区域陆地水储量变化数据；基于遥感影像数据，解译得到相应区域生态系统分类数据，对生态系统分类数据进行统计分析，计算得到各类生态系统的面积变化数据；结合陆地水储量变化与各类生态系统面积变化，利用水储量平衡方法获得区域水源涵养量变化数据。本发明能够有效解决目前基于水量平衡方程评估水源涵养功能的方法实测的降雨量、径流量数据较难获取，实测站点空间分布不均匀，站点数据较少，进而导致降雨量、径流量空间插值结果不准确，精度低的技术问题。

摘要： 本发明公开了一种提高GRACE陆地水储量变化准确性的方法，包括：从水文模型中获取陆地水储量Δh(θ,λ)，并确定Δh(θ,λ)对应的球谐系数余弦项Clm和正弦项Slm；对Clm和Slm进行去条带滤波和高斯平滑滤波处理，得到滤波后的球谐系数余弦项和正弦项基于和得到滤波后的陆地水储量Δη(θ,λ)；确定Δh(θ,λ)在t时间序列对应的时间序列数据Δhi(t)，Δη(θ,λ)在t时间序列对应的时间序列数据Δηi(t)；根据Δhi(t)和Δηi(t)，解算得到决定系数加权尺度因子；根据决定系数加权尺度因子校正GRACE数据反演陆地水储量变化过程中的泄露误差，恢复真实的水文信号，以提高GRACE陆地水储量变化准确性。

摘要： 本发明公开了一种基于GRACE重力场反演分析陆地水储量的方法，属于卫星重力学以及水文学等交叉技术领域。该方法包括：获取GRACE、GRACE‑FO和Swarm卫星重力场数据；使用所述Swarm卫星重力场数据补全所述GRACE和GRACE‑FO之间卫星重力场数据的空白期，得到用于反演分析陆地水储量的重力场数据；对其进行预处理及滤波，获得基于重力场数据反演的陆地水储量变化。本发明采用Swarm卫星重力场数据补全GRACE和GRACE‑FO之间的空白期，实现了数据的连贯性；通过建立更精准的重力卫星数据后处理方法，提升了空间分辨率及数据精度，为陆地水储量变化提供更为明确的分析思路。

摘要： 本发明提供一种联合GRACE和GNSS的局部地表质量变化反演方法及系统，包括获取由局部地表质量变化引起的GRACE星间重力位差和GNSS垂直位移观测值；根据牛顿万有引力定律建立局部地表质量变化与GRACE星间重力位差之间的观测方程，得到相应法方程；根据质量负荷的格林函数理论建立局部地表质量变化与GNSS垂直位移之间的观测方程，得到相应法方程；根据最小二乘联合平差反演局部地表质量变化，包括根据法方程结合先验信息方程形成GRACE和GNSS联合反演模型，然后给定两类观测值噪声方差以及正则化参数初始值，利用方差分量估计通过迭代计算确定最优权比，得到联合反演的局部地表质量变化。本发明提高了局部地表质量变化反演的精细度和可靠性。

摘要： 本发明公开了一种基于GRACE日降尺度和新型DWSDI指数的区域洪涝灾害风险评估方法。主要步骤如下：首先获取研究流域的日尺度水文气象实测数据和月尺度水储量实测数据；然后采用不同预测模型将原始的月尺度水储量序列进行时间降尺度处理，并得到该区域日尺度水储量序列；最后依据本发明提出的日尺度水储量亏损指数DWSDI，对研究区域内的洪涝灾害风险进行系统性评估。本发明方法不仅能够通过重力卫星遥感数据和水文气象数据对研究区域内的水储量数据进行时间降尺度处理，还可以基于新提出的DWSDI指数对区域洪涝灾害风险进行深入分析和系统性评估，为不同气候环境下的极端洪涝灾害事件评估提供了新的研究思路和技术支持。