淺議在監(jiān)測地殼高程方向周年運動上GPS與VLBI、SLR和地球物理因素的對比

高 峻

(青島市勘察測繪研究院，山東青島266000)

一、引 言

GPS、VLBI、SLR等空間技術(shù)的發(fā)展，使監(jiān)測和研究地球的動態(tài)變化發(fā)生了深刻的變革，其中GPS基準站的觀測數(shù)據(jù)在監(jiān)測地殼高程方向周年運動中發(fā)揮著重要的作用。對地殼非線性運動(主要是指高程方向)的監(jiān)測和建模對站坐標時間序列的長度和密度有一定的要求。對VLBI、SLR來說，由于觀測條件的限制，僅有少數(shù)的VLBI、SLR基準站站坐標時間序列能滿足這個要求，而對大多數(shù)ITRF的GPS基準站來說均能滿足，而且GPS技術(shù)發(fā)展至今，各基準站已建立了相當好的站坐標時間序列。因此，地殼非線性運動特征的監(jiān)測和建模主要依靠GPS基準站。

由于GPS觀測技術(shù)存在各項不可避免的誤差，因此GPS測定的地殼運動結(jié)果中也可能包含GPS技術(shù)本身引起的“偽地殼運動”，但是可以通過其他手段對監(jiān)測到的結(jié)果加以檢核和確認，確保監(jiān)測結(jié)果的準確性。可以采用以下兩個方法：① 與VLBI、SLR技術(shù)監(jiān)測結(jié)果的檢核和比對;②與影響地殼高程方向周年運動的地球物理機制的檢核和比對。

二、GPS、VLBI、SLR 三種技術(shù)監(jiān)測結(jié)果的比對

本文選取的用來比對的各GPS、VLBI、SLR基準站及所在的國家地區(qū)如表1所示。

表1 ITRF2005部分并置臺站所在國家和地區(qū)表

續(xù)表1

選取這些臺站用來比對和檢核是因為這些臺站本身有多種技術(shù)監(jiān)測地殼運動，得到的結(jié)果會有多方面的顯示，彼此適合比對和檢核。

確定用來比對和檢核的并置臺站之后，需要處理得到的龐大的數(shù)據(jù)，大致的過程如下：首先把各GPS臺站觀測到的每日數(shù)據(jù)用GAMIT/GLOBK軟件包進行處理;后期處理主要包括平滑、內(nèi)插、譜分析、諧波分析、小波分析5項內(nèi)容。數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 GPS時間序列分析流程圖

經(jīng)過處理計算，得到的結(jié)果如表2所示。

表2 3種技術(shù)比對表(初相對應的歷元為2003．0)

從表2可以看出，上述并置臺站各種技術(shù)監(jiān)測到的地殼運動(主要是高程方向上的周年運動)相符程度還是很好的。這使得對GPS監(jiān)測地殼垂向周年運動的可靠程度有了一定的掌握，但是半年周期運動的符合程度不如周年運動，這說明目前用GPS、VLBI、SLR等空間技術(shù)監(jiān)測來獲取半年周期運動的可靠信息還有一定的困難。GPS監(jiān)測到的地殼垂向周年運動結(jié)果可以用VLBI、SLR技術(shù)加以檢核。由于GPS技術(shù)自身存在的一些問題，3種技術(shù)并置臺站的比對工作是很有必要的。

三、地殼形變垂向的地球物理因素模制與GPS實測結(jié)果的比較分析

引起地殼高程方向季節(jié)性變化的地球物理因素主要分為兩大類：①潮汐形變，包括固體潮、海洋負荷潮和極潮;②地球表面流體圈中的大氣和各態(tài)水的質(zhì)量遷移引起的地表負荷變化，主要包括大氣的質(zhì)量負載、非潮汐海洋質(zhì)量負載、積雪和土壤水的質(zhì)量負載等。這些質(zhì)量負載具有很明顯的季節(jié)性變化特征，由此會引起季節(jié)性的地殼彈性形變(主要是高程方向)。

因研究的范圍和學識有限，本文只論述大氣、積雪和土壤水對地殼高程方向周年運動的影響。利用全球有關(guān)的地球物理資料(取自美國國家環(huán)境預報中心(NCEP)、歐盟中尺度氣象預報中心(ECMWF)和SBL/GGFC等)，以我國大陸的8個IGS站為例，計算這些基準站在與GPS觀測同一時間段(1998—2006年)的大氣、積雪和土壤濕度等地球物理機制因素引起垂向周年變化的振幅和相位。其中大氣負載的計算分別取自NCEP和ECMWF所提供的采樣率為6 h的格網(wǎng)地表氣壓資料，積雪和土壤濕度資料取自NCEP/DOEAMIP-II。計算出這8個IGS站上各地球物理因素的影響后，把這些影響綜合起來做矢量和的疊加，計算出大氣、積雪和土壤水對該站高程方向形變的綜合影響。因大氣負載的計算分別取自NCEP和ECMWF，所以分兩方面計算。計算結(jié)果如表3所示。

表3 大氣、積雪和土壤水引起的地殼垂向形變的周年振幅和周年相位

利用表3的結(jié)果，在各站上作大氣、積雪和土壤水的矢量和疊加，得到這些地球物理因素對測站垂向季節(jié)性變化的綜合影響。GPS監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。

圖2 大氣、積雪和土壤水綜合影響與GPS實測結(jié)果對比圖

總體上講，GPS監(jiān)測的結(jié)果與地球物理因素模制結(jié)果的符合程度還是比較好的，這也進一步實證了GPS監(jiān)測結(jié)果基本上是可靠的。

四、結(jié)束語

地殼非線性運動(主要是高程方向)特征的監(jiān)測主要依靠GPS基準站，但GPS技術(shù)本身存在的一些問題，對GPS技術(shù)監(jiān)測地殼高程方向周年運動結(jié)果的可靠性帶來一些影響。因此，由GPS技術(shù)監(jiān)測到的測站垂向周年運動結(jié)果必須經(jīng)過嚴格的檢核，本文淺議了兩種檢核手段：①利用與GPS技術(shù)并置的其它空間技術(shù)VLBI、SLR監(jiān)測的結(jié)果進行比對和檢核;②利用地球物理因素模制的結(jié)果，進行比對和檢核。通過檢核可以看出GPS的監(jiān)測結(jié)果是可靠的。

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