联合CORS与环境负荷形变数据的香港地表垂向形变_马敏.pdf

第 卷 第期 年月大 地 测 量 与 地 球 动 力 学 ，收稿日期：项目来源：湖南科技大学煤炭资源清洁利用与矿山环境保护湖南省重点实验室开放基金（）；国家自然科学基金（）；安徽省自然科学基金（）。第一作者简介：马敏，硕士生，主要从事 数据处理与地壳形变研究，：。通讯作者：陶庭叶，博士，副教授，主要从事 和激光雷达技术研究，：。：文章编号：（）联合 与环境负荷形变数据的香港地表垂向形变马敏陶庭叶谢广阔胡尚合肥工业大学土木与水利工程学院，合肥市屯溪路 号，摘要：联合 解算得到的单日垂向位移和环境负荷形变数据分析香港连续运行参考站（）在 台风“山竹”期间的地表形变特征。种数据处理结果均表明，台风期间香港地表出现一定程度的沉降，总体变化特征为台风距离香港垂直距离越近，香港地区的地表沉降越大。种方法所得地表垂直形变趋势较为一致，但在数值上存在差异，主要原因为：）计算的短时间内地表垂向位移包含温度、纬度、解算误差等影响因素；）由于缺少地表水、地下水等相关信息，模型模拟各种因素对地表水、地下水的影响时存在较大误差。关键词：地表形变；环境负荷；地表沉降；中图分类号：文献标识码：研究台风过境地区地表垂向形变对于台风预测、灾害评估、灾后恢复等工作具有重要意义。具有高精度、全天候、实时性等优点，是探测地表形变的主要技术手段之一。由于香港地区的地质构造运动并不明显，且以往的大地测量技术观测精度较低，因此对香港地区地表形变特征的研究较少。袁林果等分析了香港 站多年坐标序列的季节性特征，但没有对该地区台风天气期间的地表形变进行研究。本文基于台风“山竹”发生前、中、后期香港地区 个 站的观 测 数 据，利 用 与 国 际 质 量 负 荷 服 务（，）的数据产品计算地表负荷形变，揭示台风期间香港地区的地表垂直形变特征。数据与方法 数据处理本文使用的数据包括 台风“山竹”过境期间香港地区 个 站（图，未使用数据严重缺失的 站）的观测文件、周边 个 站（、）数据文件、星历文件以及模型文件。从 （：）下载由 压缩的按天存储的 采样率 观测值数据，从 的分析中心或全球数据中心获取 站数据文件、星历文件及钟差文件。图香港 站分布 利用 解算 及 站的观测数据，得到单日松弛解，数据解算策略如表所示。使用 对 的基线结果进行网平差处理：）将下载的 全球文件 松弛解与 单日松弛解合并，设第 卷第期马敏等：联合 与环境负荷形变数据的香港地表垂向形变置解方案 中 估 计 和 协 方 差 矩 阵 的 相 对 权 重 为；）以 站在 框架下的坐标和速度为 基 准，解 算 出 的 坐 标 时 间 序列，如图所示。表数据处理策略 数据处理策略选项与参数采样间隔 历元数 处理开始时间对流层延迟改正 地球自转参数 、指定轨道处理策略轨道松弛（）全球大气潮格网模型 全球无潮汐大气负载参数格网模型 全球气压与温度模型 全球海潮模型 图香港 站垂向位移时间序列 台风“山竹”于 ：在广东台山登陆，同日：与香港的垂线距离最近，随后向西离去。由图可见，随着台风逐渐逼近，地表开始出现下沉和异常波动；多数 站在 日左右出现明显下沉，其中，站的垂直形变高达 ；随着台风的离开，地表逐渐抬升至正常值。位于香港西南侧距离台风近的 站如 、的最大垂直形变分别为 、；距离台风较远的香港东部、北部的 站小幅下沉，如、的垂直形变分别为 、。环境负荷数据台风导致的地表形变主要由个方面组成：）非潮汐大气负荷变化；）非潮汐海洋负荷变化；）水文负荷变化。本文使用的种负荷形变模型数据由 提供，研究时段为 ，产品信息如表所示。图为环境负荷因素的影响趋势，研究时段为 。由图可见，内非潮汐大气负荷导致的垂直形变表现为下降持续大幅上升持续大幅下降，日达到最高值，日回落，至 日都在正常范围内波动。相比于大气负荷，非潮汐海洋负荷导致的垂直形变波动不显著，总体表现为先小幅增长后回落，回落后区域垂直位移低于 日台风来临前。由于 日的地表下沉受到台风的滞后影响，水文负荷变化导致的垂直形变表现为下降大幅下降上升，日回归正常值。表数据产品信息 名称 数据类型非潮汐大气负荷形变非潮汐海洋负荷形变水文负荷形变物理模型：物理模型分辨率 层 时空分辨率 开始时间 结束时间 结果与分析 非潮汐大气负荷对地表垂直形变的影响非潮汐大气负荷主要通过个途径对地表垂直形变产生影响：）垂直大气柱对陆地的直接挤压作用；）间接作用于海洋，影响海面高度，进而影响地表变化。图为 站的非潮汐大气负荷垂直形变图。由图可见，气压变化趋势与大气负荷垂直形变趋势相反。日，台风距离香港较远，各站大气负荷形变均值为 ，日：风速达到最大（约）。随着风速逐渐增强并且与香港的垂直距离越来越近，非潮汐大气负荷使地表逐渐抬升，并在 日达到最大值，该时段内各站形变均值为 ，其中 站形变值达 ，形变值最小的站为（）。台风于 日：距香港最近，之后离去，大气负荷达到最大值后台风继续向西移动；日：强台风转为台风，风速减弱。随后地表形变开始显著下降，日略微抬升大 地 测 量 与 地 球 动 力 学 年月图 垂直形变 图垂直形变 至正常值后在一定范围内波动，日各站形变均值为 。非潮汐海洋负荷对地表垂直形变的影响图为 站的非潮汐海洋负荷垂向形变情况。由图可见，非潮汐海洋负荷垂直位移的时间序列总体上表现为先平稳缓慢上升，随后骤减，最后恢复平稳缓慢上升趋势。数据显示，各站在 日的负荷形变均值分别为 、，日达到峰值后，日开始回落，日左右达到最低值。由此可见，非潮汐大气负荷和非潮汐海洋负荷对地表位移产生相反影响，前者对地表起到抬升作 用，后 者 则 起 到 压 制 作 用。这 也 验 证 了 等提出的海面升高造成地表沉降、气压图 垂直形变 图 站 垂直形变 图 站垂直形变 降低造成地表隆起的结论。水文负荷对地表垂直形变的影响图为 站的水文负荷垂直形变情况。由图可见，日强台风距离研究区较远，尚未对该地区产生影响。强台风逐渐靠近的过程中，强降雨导致的水文负荷急剧增加，使地表迅速显著下沉，日所有测站地表垂直位移第 卷第期马敏等：联合 与环境负荷形变数据的香港地表垂向形变均达到最低点，平均形变值为 。形变值最大的站为 （），形变值最小的站为 （）。强台风带来的降雨是高强度且短暂的，随着台风向西运动，区域内降雨大规模减少，且在城市的雨水直排、渗滤、管道收集排放系统的共同作用下，地表迅速抬升。日各测站负荷形变均值已恢复至 。图 站 垂直形变 环境负荷总形变分析将种负荷形变加入到环境负荷总形变量的坐标时间序列中（图）。由图可见，日台风距香港垂直距离最近时，环境总负荷出现异常下降，其中站的垂直形变达 。距离台风 较 近 的 站 受 影 响 更 大，如 、等，垂 直 形 变 分 别 为 、；距离台风较远的与 站则各自下沉 、，受波及程度较小。图 站总垂直形变 综合 的解算结果与环境负荷数据可知，两者在地表垂直形变趋势上较为一致，但在数值上存在差异，主要原因为：）计算的短时间内地表垂向位移包含温度、纬度、解算误差等影响因素；）由于缺少地表水、地下水等相关信息，模型模拟各种因素对地表水、地下水的影响时存在较大误差。结语）环境负荷形变数据表明，香港地区地表下沉至最低点，此时台风距香港垂直距离最短；随后台风离开，地表逐渐回升至正常值。数据显示，绝大多数 站在 左右出现明显下沉。）相较于非潮汐海洋负荷，非潮汐大气负荷引起的地表垂直位移更大，且两者对地表形变的影响趋势相反。）距离台风较近的 站比距离台风较远的 站的沉降程度更大。）解算的结果与环境负荷模型解算的结果在趋势上呈现出较高的一致性，但在数值上存在差异。参考文献李绍攀，赵飞，周义棋，等基于微博数据的台风灾害舆情分析与灾害损失估计清华大学学报：自然科学版，（）：（，：，（）：），（）：袁林果，丁晓利，陈武，等香港 基准站坐标序列特征分析地球物理学报，（）：（，（）：），（）：姚朝龙，刘立龙，林旭，等利用 与环境负荷形变数据研究台风引起的垂向地表位移地球物理学报，（）：（，（）：）张飞鹏，董大南，程宗颐，等利用 监测中国地壳的垂向季节性变化科学通报，（）：（，（）：），（）：（下转第 页）第 卷第期何案华等：在地下流体数据分析中的基础应用（）（），：，：；：，；，：，：，：（上接第 页）y ，：，：），；），：；：，；，；，：，：，：