云南地壳垂直季节性形变的精确获取与机理分析

An understanding of seasonal vertical crustal deformation(SVCD) improves the study on crustal deformation, the stability of the terrestrial reference frame and so on, continuous GPS(cGPS) becomes an important measurement to estimate the SVCD precisely. With the increase of cGPS observation and its application, the accuracy of the acquisition is continuously increasing, the characteristics and mechanism of SVCD based on high-precision GPS data are becoming more and more feasible, factors with small magnitude appear to be more prominent in the effective application. Thus, this project aims to improve the accuracy and reliability of the SVCD and to analyze the mechanism of SVCD inferred by cGPS. Taking Yunnan and its neighboring areas as research area, in which a very dense cGPS monitoring network has been established with relatively long observing time, this project focus on the study of systematic errors and geophysical effects contained in SVCD obtained by cGPS. We use the latest data processing models and solving strategies to reduce systematic errors and obtain the geophysical effects precisely, then we establish an elastic load model to numerical analyze the geophysical effects. Furthermore, the mechanism of the SVCD in the research area will be analyzed to provide reference for the effective application of cGPS and the mechanism of vertical crustal deformation.

地壳垂直季节性形变的机理分析有助于地壳构造运动研究、参考框架维持等，GPS连续观测是精确获取垂直季节性形变的重要手段之一。随着GPS连续观测的大量增加和应用，对观测数据获取的精度要求不断提升，应用高精度垂向数据分析垂直季节性形变的特征和机理也日渐可行，一些以前关注不够、影响量级较小的因素，在数据的有效应用中显得愈加突出。为此，本项目以提升GPS连续观测地壳垂直季节性形变的精度和可靠性、应用高精度GPS垂向数据分析地壳垂直季节性形变的成因机理为目标，以具有较长观测时间、稳定的GPS连续观测的云南为研究区域，综合研究GPS获取的地壳垂直季节性形变所包含的系统误差和地球物理效应的特征和处理方法。采用最新的数据处理模型和解算策略消减系统误差，获取精确的地球物理效应并建立弹性负荷模型进行数值模拟分析，进而研究区域地壳垂直季节性形变的成因机理，为GPS连续观测的有效应用及垂直形变机理研究提供参考。

地壳垂直季节性形变的机理分析有助于地壳构造运动研究、参考框架维持等，GNSS连续观测是精确获取垂直季节性形变的重要手段之一。本项目针对研究目标开展了以下工作：（1）对云南GNSS连续观测数据进行了再处理，数据完整率和时间序列离散度均有所提高。（2）在云南三维地壳季节性运动中，垂向最为显著，其次是北向，东向最弱。云南地壳垂直年周期运动振幅呈现从西南向东北逐步衰减的特征，与云南降雨和水储量的空间分布一致。（3）建立了两种弹性负荷模型，基于GRACE给出的等效水柱高年变化量计算得到了地壳垂直年周期运动，其空间特征与GNSS结果相似，可以解释80%GNSS测定的地壳垂直年周期运动。（4）全球水文负荷模型计算得到的云南地壳垂直年周期运动振幅是大气负荷的3-4倍，小于GNSS结果。水文负荷与大气负荷之和能够解释88%GNSS测定的地壳垂直年周期运动，说明水文负荷和大气负荷的季节性变化是云南地区垂直季节性运动的主导因素。.近年来干旱和暴雨等极端天气增多，给社会经济发展造成了严重损失。由于本项目的研究方法同样适用于极端天气下地壳垂直运动和水储量的监测，本项目进行了适当的延伸，研究了2019年云南干旱和日本台风Hagibis期间地壳垂直运动和陆地水储量的动态变化。结果表明：（1）GNSS和GRACE计算得到的地壳垂直运动有较高的时空一致性，GNSS在陆地水储量动态变化监测方面有较大的潜力。（2）2019年日本台风期间，基于GNSS垂直位移反演的陆地水储量总量是降雨量总和的2倍多，原因是GNSS测站的地形低于周边地形，使得雨水聚集、GNSS测站额外下沉。该结论对我国川滇和台湾等山区地壳垂直运动研究具有指导意义。.综上所述，随着包括北斗测站的GNSS连续监测网络的建设，密集的GNSS连续观测将成为陆地水储量监测的有力手段，在干旱和洪涝等灾害预警、水资源管理等领域发挥重要的作用。