地表物質分布與時變重力場非線性變化的綜合研究

《地表物質分布與時變重力場非線性變化的綜合研究》是依託華東師範大學，由董大南擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：地表物質分布與時變重力場非線性變化的綜合研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：董大南
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

目前國內外對於地表物質分布和時變重力場的研究集中於長期變化和季節變化，對十年時間尺度的變化，特別是非線性變化還沒有開展系統全面的研究。本課題將綜合多年全面的地球物理資料、空間觀測技術（SLR、GPS、GRACE和DORIS）的高精度結果以及地球定向參數（EOP）數據對於低階重力場開展綜合研究，尤其是對非線性變化開展全方位，多維度的深入研究，弄清其地球物理背景和機制，同時對於地球重力場高階項對於觀測值解出的低階項係數的影響進行定量估計。該研究對於地球重力場、天文地球動力學和地球系統圈層間相互作用的中長期變化等領域具有重要的理論意義和套用價值。

結題摘要

本課題利用最新的地球物理資料（大氣、海洋、雪、土壤濕度、冰川和海平面變化等），結合空間觀測技術（SLR、GPS、GRACE）的結果研究地表物質分布變化引起的地球時變重力場，特別是低階項（C00、C10、C11、S11、C21、S21、C22和S22）以及相應的地球定向參數（EOP）和地心運動的變化，尤其是年際時間尺度下的非線性變化。 時變重力場的一階項與地心運動，二階項與地球自轉緊密相聯。本課題研究結果表明地表物質分布變化引起的重力場一階項的年際非線性變化可以解釋約42%地球參考框架ITRF2000和ITRF2005的原點差異，有真實的物理背景，首次挑戰了國際上認為來自觀測誤差的解釋。我們還把研究工作擴展到與二階重力場有關的地球定向參數（EOP）的研究，採用最小二乘結合自回歸模型方法，較高精度地預報了不同時間跨度的地球定向參數（EOP）。 地球時變重力場高階項聯繫區域性地表形變。課題組成員從理論上討論了地表和地殼內部物質分布與地表形變和重力場變化的不同相關性，解釋了GRACE衛星重力場觀測推算的與GPS觀測到的周年垂向形變的差異，指出了現有的國際上重力場觀測推算地表形變公式不適用地殼內部物質分布變化，如地下水，必須加以區分；首次利用GNSS的地錶速度場支持了由重力、地熱、地震、地貌觀測總結出的MCC模型，提出了約束Mendocino區域的板片窗移動方向的方案。此外，本課題還研究了摻雜在地形變觀測中的非重力源機制，把熱彈性形變由半無限空間地球模型擴展到球對稱分層地球模型，首次給出了嚴格的在地心靜止約束下地表溫度場引起的熱彈性形變理論公式，並得了到該模型下周年溫度變化產生的全球地表形變和對中國陸態網GPS台站位移的影響。 在本課題研究工作進行的四年間，各項工作均按計畫順利開展，課題組成員共參加國內外會議26次，口頭報告20次，發表了 9篇研究論文（ SCI 論文 7 篇，此外課題組還有一篇SCI文章基金代碼錯寫成11371037沒有計入，但任應屬於本課題研究成果），還有若干篇正在撰寫中，預計年內發表。