青藏高原物质迁移的卫星重力探测与地球物理解释

时变重力场反映了地球内部及地表质量的分布和运动状态，青藏高原物质迁移与区域陆地水变化及地壳运动和变形、地震活动、气候变化等密切相关。以揭示青藏高原物质迁移的时空变化特征与地球物理过程为目标，本项目结合青藏高原环境变化与区域构造运动特征，发展和完善基于GRACE时变重力场反演物质迁移的位系数法和Mascon方法；利用近10年的GRACE卫星观测数据，提取青藏高原物质迁移的多尺度特征，建立典型地区地表质量变化的时空模型；融合卫星重力、水文和气象、GPS和地面重力等多源观测资料，综合研究青藏高原物质迁移与温度、降雨、土壤水、冰川融化和地壳运动等关键要素的相关性，揭示青藏高原物质迁移的水文学效应、地球动力学效应及与环境变化和气候变化的关系。预期研究成果不仅对水资源合理利用、生态环境保护及防灾减灾等具有重要的科学意义和应用价值，而且有助于认识全球气候变化。

青藏高原物质迁移与区域陆地水变化、地壳运动和变形、地震活动、气候变化等密切相关。以揭示青藏高原物质迁移的时空变化特征与地球物理过程为目标，本项目深入研究了基于GRACE卫星数据反演地表质量变化的理论与方法，并将其应用于青藏高原等区域地表物质迁移的研究。主要成果包括：（1）实现了基于GRACE时变重力场反演物质迁移的位系数法，构建了组合滤波方法以及恢复滤波引起的信号泄漏等，利用GRACE时变重力场模型给出了南极冰盖质量变化的时空分布特征及2011年3月日本地震同震重力变化；（2）提出了卫星高低跟踪和低低跟踪观测数据反演地球重力场的改进动力学方法，利用GRACE KBRR观测数据反演了截断至60阶次的时变重力场模型WHU-Grace01s；（3）基于动力学方法建立了卫星跟踪数据反演区域地表质量变化的Mascon方法，通过数值仿真模拟验证了Mascon方法的有效性，并实现了基于GRACE卫星实测数据获取区域地表质量变化的Mascon方法；（4）利用GRACE时变重力场模型揭示了青藏高原地表质量变化的时空分布特征，研究了青藏高原区域地表物质迁移的水文学效应，主要包括高山冰川质量消融、三江源区域水储量变化、中国西南地区干旱引起的水储量变化以及西南岩溶区水储量变化；（5）探讨了青藏高原区域GIA效应、西藏块体和甘青块体地表质量变化、青藏高原区域莫霍界面的起伏变化以及汶川地震激发的球型地球自由振荡的检测。