利用GPS和GRACE研究澳大利亚地壳垂向季节性变化

作者：汪浩; 岳建平^*; 向云飞

来源：武汉大学学报(信息科学版), 2022, 47(02): 197-207.

DOI：10.13203/j.whugis20190282

• GPS
• GRACE
• 垂向位移
• 季节性变化
• 奇异谱分析
• 交叉小波变换

为探究重力场恢复与气候实验(gravity recovery and climate experiment, GRACE)卫星与全球定位系统(global positioning system, GPS)两种独立技术获取的因陆地水储量变化引起的地壳垂向季节性位移的一致性,选取澳大利亚27个GPS站点5～10 a的高程时间序列并结合GRACE同期数据反演结果进行分析。由于GRACE空间分辨率低且其反演的负荷位移对近场质量变化的敏感性远大于远场,因而所选站点GRACE反演垂向负荷位移的振幅普遍远小于GPS观测值,但均存在明显的周年变化。采用奇异谱分析(singular spectrum analysis, SSA)提取GPS与GRACE垂向位移的周年信号,振幅相差较小,各自对应的奇异谱方差贡献率分别为21.60%、34.48%,表明GRACE垂向位移的周年成分居多。与此同时,GPS与GRACE垂向位移周年项的一致性程度受地理位置的气候条件影响较大,相比于澳大利亚中西部干旱地区,北部降雨季节性明显地区GPS与GRACE振幅与相位均具有良好的一致性。另外,交叉小波变换(cross wavelet transform,XWT)发现各个站点GPS与GRACE垂向位移均呈现显著的1 a共振周期,接近1 a周期的圆域平均相位角为-74.03°～67.23°,XWT平均相关系数为0.28～0.99,均值为0.79,说明GPS与GRACE垂向位移的周年变化存在较强的正相关性。GPS高程时序去除SSA拟合周年项与GRACE反演结果后均方根值均有减小趋势,特别是在水文负荷影响较大区域,GRACE反演结果在一定程度上能够较好地解释GPS垂向位移的周年变化,使其修正GPS高程时序的周年成分具有一定的可行性,但整体修正效果不及SSA拟合的周年项。

• 单位
  武汉大学; 河海大学