融合多源数据的质量负载形变特性研究及其对地壳形变影响分析

To precisely quantify surface mass variation, to construct mass model of high precision and high resolution is very important in investigating the characteristics of mass loading displacement and interpreting the non-tectonic deformation of GNSS base stations. This project establishes the theory and methodology of the fusion of time variable GRACE gravity and geophysical models, obtains the mass loading displacement of high accuracy and high spatial resolution and analyzes its impact on the crustal deformation. The studies are as follows: 1) Establishing the optimal fusion of time-variable gravity with high accuracy but low spatial resolution and geophysical model with high spatial resolution, constructing the mass loading product of high accuracy, high spatial resolution. 2) With regards to the non-conserved mass of the constructed product, the sea level equation is employed to correct, in order to realize the product constructed under the constraint of mass conservation. 3) Generating the daily mass loading product of high accuracy, high spatial resolution using the ITSG-Grace2018 time variable gravity field in 40 degrees and WGHM(WaterGAP Global Hydrology Model) data in 0.5 degree spanning from January 2003 to August 2016, using this product to calculate mass loading displacement of China mainland and analyze the temporal and spatial feature, applying the mass loading displacement to the coordinate time series of GNSS stations in Crustal Movement Observation Network of China and assessing the impact on velocities and their uncertainties.

精密定量地表质量负载，构建高精度高分辨率质量负载模型，对于研究质量负载形变的变化特性，解译GNSS基准站非线性运动有重要意义。本项目研究融合GRACE时变重力场模型与地球物理模型数据的理论和方法，获取高精度、高时空分辨率的质量负载形变并分析其对地壳形变影响。主要内容有：1）研究高精度低空间分辨率时变重力场模型与高空间分辨率地球物理模型数据的最优融合方案，以及高精度高空间分辨率的质量负载模型构建方案；2）针对构建方案中不守恒质量，基于海平面方程提出修正策略，实现质量守恒约束下质量负载模型的完善；3）利用2003年1月至2016年8月的40阶ITSG-Grace2018时变重力场模型和0.5°WGHM水文模型构建天分辨率质量负载模型产品；基于此产品研究中国大陆区域的质量负载形变及其时空分布特点，并用于分析“中国大陆构造环境监测网络”基准站的非线性形变，及其对基准站形变速度与精度估值的影响。

精密定量地表质量负载，构建高精度高分辨率质量负载模型，对于研究质量负载形变的变化特性，解译GNSS基准站非线性运动有重要意义。主要研究进展有：虽然传统月时变重力场反映的是陆地水储量的综合反映，但其受时空分辨率限制。本项目引入高频时变重力场模型ITSG-Grace2018获取天分辨率陆地水储量变化序列，结合WGHM水文模型与降雨数据验证其正确性，并可有效识别跟踪短时水文事件但存在时间延迟；定量估计了我国大陆地区质量负载形变并给出其时空特点，且选用独立点利用数据自适应谐波分析方法估计其变幅周期信号，结果表明尤其在我国东南和西部地区若不考虑变幅问题，将造成信号分离不恰当，不能准确解译质量负载非线性运动；我国九大流域的天解序列最优噪声模型均为WN+AR组合，其中有4个流域表现为WN+AR(5)，占比为44%。同时也给出了月解序列的最优噪声模型均为WN+AR(1)。在最优噪声模型下，变化趋势不确定度为白噪声下的4~14倍，结果表明采用WN+AR组合更为合理地估计陆地水储量变化序列的不确定性。此外，基于PPP解算GNSS基准站序列策略讨论表明静态模式单系统双频可保证精度。本项目研究成果有效验证了高频时变重力场在短时水文事件中的应用，对时变重力场的降尺度问题进行了基础研究，可为地壳形变研究提供数据。