全球海陆水质量交换对海平面变化的自吸引效应研究

The self-attraction and loading (SAL) effects caused by global water exchange is an essential content in understanding the physical mechanism of sea level change, which denotes the complex interplay between land and ocean.But due to the lack of accurate hydrological exchange data, it is still not able to quantify and detect the temporal and spatial feature of these effects.In recent years, this case has been changed indeed. By using GRACE temporal gravity data, it is now able to get more reliable land water storage and ocean bottom pressure data, through using some effective post-processing methods,which let us have a chance to better evaluate and check these SAL effects. In this research, we will get a more reliable SAL signal through constructing a new coupled SAL effects and mascon forward model. Then we can analysis the temporal-spatial features of its influence on sea level change. Through a kind of EOF reconstruction method, we can obtain an ocean bottom pressure (OBP) data more accurately then before, and then combine it with the tide gauge observations, we can extend the SAL-testing from offshore to the whole ocean. The project carried out here will be beneficial for us to further understand the physical mechanism of sea level change, and will also provide important information for glaciology and hydrological research.

全球海陆水质量交换对海平面变化的自吸引效应是反映海洋和陆地间相互复杂作用的一个重要表征，是研究海平面变化物理机制不可或缺的重要内容。目前仍未能准确的量化和检核该效应的时空变化特征，其主因是，缺乏准确的海洋和陆地水质量交换数据。近年来，这一情况得到很大改观，应用GRACE卫星时变重力场数据，经过较好的数据后处理，已经可以获得比较可靠的陆地水质量和质量海平面（洋底压力）变化数据，使得更好的量化和检核该自吸引效应成为可能。本研究通过构建耦合了自吸引效应的新的点质量正演模型，获取准确的自吸引效应信号，进而从时频域和空域分析其对海平面变化的影响；通过一种EOF重构方法，获取准确的洋底压力数据，然后联合验潮站观测数据，将对该自吸引效应的检测从近海扩展至整体海洋。本项目研究的开展有利于我们深入理解海平面变化的物理机制，同时也将为冰川学和水文学提供重要的信息资源。

海陆冰水质量重分布，不仅会使固体地球表面产生形变位移，也会引起重力位势场包括引力位和离心力位的变化，两者之和称之为自吸引效应(SAL, Self-attraction Finger)。SAL 效应是研究全球海平面变化的物理机制中不可或缺的重要内容。由于缺乏准确的海陆冰水质量交换数据，在卫星大地测量技术，特别是卫星重力卫星计划成功实施之前，很难对SAL效应的时空变化进行准确的量化和检核。.本项目从研究内容和其逻辑关系可以分为三部分：1）提取更为准确的近地表流体质量(主要为陆地冰水质量和海洋海水质量)时空变化信息作为数据源。包括采用径向基函数代替球谐基函数来解算时变重力场；采用耦合了SAL效应的正演模型来削弱向内/外信号泄漏误差的影响；采用EOF重构方法，联合GRACE和海洋模式的优点，获取信噪比更优的海水质量时空变化信息。2）在地球球对称且完全弹性，海洋盆地函数为常函数假定条件下，基于Farrell负荷理论，构建考虑地球自转回馈效应的海平面方程迭代求解框架。3)SAL效应量化检核。首先基于第一部分得到的数据源，求解海平面方程，量化SAL效应周年尺度和长期尺度的时空分布特征，同时以对验潮站观测得到的质量海平面变化解释方差为评价标准，评估在海洋模式ECCO输出的OBP时变场中考虑SAL效应前后的解释方差差异。..通过该项目的研究：一方面，所得到的陆地冰水变化、海洋海水质量变化信息可以为冰川学、水文学和物理海洋学提供重要的信息资源；另一方面，通过量化SAL对全球海洋的周年和长期变化贡献，可以有利于我们深入理解海平面变化的物理机制。如在分析恒河流域近海海平面变化各影响因素贡献闭合问题时，SAL效应必须予以考虑。