利用GRACE时变重力场探测长江流域水储量变化.pdf

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1、第46卷第16期人民长江Vo1．46．No．162015年8月YangtzeRiverAug．．2015文章编号：1001—4179(2015)16—0001一O4利用GRACE时变重力场探测长江流域水储量变化孙丽，何秀凤，张永磊(河海大学地球科学与工程学院，江苏南京210098)摘要：由于水储量分布不均以及拟合务件不完善，传统水储量探测方法存在局限性，而GRACE(GravityRecov—eryandClimateExperiment)重力卫星克服了这些局限，为探测陆地水储量变化提供了新思路。利用CSR(Cen—terforSpaceResearch)提供的GRACE时变

2、重力场模型，辅以P4M6去相关滤波以及高斯平滑滤波等，反演了长江流域2003～2013年陆地水储量变化，采用GLDAS(globallanddataassimilationsystem)和WGHM(Water—GAPGlobalHydrologyMode1)水文模型进行对比验证，并对计算得到的水储量时变序列进行趋势项分析。结果表明，GRACE时变重力场能较精确地反演长江流域水储量变化；长江流域水储量呈缓慢增长趋势，增长速度约为0．6cm／a，长江流域中下游区域水储量增长速度明显大于长江上游区域。关键词：GRACE；陆地水储量变化；经验正交函数；长江流域中图法分类号：TV211

3、．1文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．20l5．16．001长江流域是我国经济发展速度最快、发展潜力最用GLDAS和WGHM水文模型计算结果对反演得到的大的地区之一。目前，大规模梯级水库的修建对长江水储量变化进行对比验证，同时利用经验正交函数对流域的生态环境、水循环体系等产生了较大影响，导致反演得到的1。×1。的区域水储量时变序列进行分析，流域陆地水资源在时间和空间上的重新分配，从而对进而估计长江流域水储量变化的趋势。现有的水资源管理系统以及水资源开发利用提出了新1计算方法的挑战。近些年来以GRACE为代表的重力卫星在水储量1．1陆地水

4、储量反演方法探测方面显现出了独特的优势。1998年，J．Wahr等首GRACE数据产品在处理过程中已扣除潮汐(海次提出将重力卫星探测技术应用于反演水文及海洋信潮、固体潮和地球自转产生的极潮)和非潮汐(大气和号¨，而直至2002年，GRACE重力卫星计划的实施使海洋)的影响，因而在陆地尺度上重力场的变化，主要得高精度获取地球系统质量重新分布信息得以实现，由陆地水储量变化引起。利用大地水准面的变化来表大力推动了重力卫星探测技术在水文气象方面的应示质量的重分配，其球谐展开形式为用。现有研究表明，’GRACE重力卫星对各种深度的水∞△Ⅳ(o，A)=>’>’(△GcosmA+储量同样敏

5、感，可探测平均小于1enl的陆地水储量变i。一Om。一==O化，目前已广泛应用于大中尺度陆地水储量变化、海平ASlsinmA)Pcos0(1)面变化、冰川消融及地震等研究中。式中，、A为地心余纬和地心经度；z，m为球谐函数的本文利用2003～2013年的GRACE时变重力场模阶和次；ol为地球平均半径；CAS为完全规格化球型来反演长江流域陆地水储量变化，并分别对整个流谐系数；Pcos0为完全规格化Legendre缔合函数。域以及上游和中下游区域的水储量变化进行分析。利利用式(1)对地表质量进行面密度展开，即可求收稿日期：2015—01—19作者简介：孙丽，女，硕士研究生，主要

6、从事地球科学方面的研究。E—mail：hhusunli@163．com2人民长江得地表质量的变化公式。由于卫星轨道设计和观测精式中，PC，表示对应于所选特征向量矩阵的时间序列度的制约，直接利用重力位系数反演地表质量变化时，的主成分。存在明显的南北方向条带误差和高频误差，为此，采用2计算结果与分析P4M6去相关方法和半径为300km的高斯平滑滤波方法来削弱这些误差的影响。在上述数据处理过2．1数据来源程中，去相关方法、高斯平滑滤波以及其他处理手段都选用由美国德克萨斯大学空间研究中心CSR会对研究区的有效信号产生干扰，为了利用GRACE(CenterforSpaceResearc

7、h，UniversityofTexasatAus—数据更好地估计区域陆地水储量的变化情况，采用了tin)发布的2003年1月到2013年l2月共132个月的F．W．Landerer等提出的尺度因子方法来削弱这些影GRACElevel一2(RL05)时变重力场模型。GRACE卫响。将区域陆地水储量变化表示为流域内等效水星观测方式造成重力位系数C20项不稳定，采用卫星柱高与流域面积的乘积，则利用区域核函数方法计算激光测距(SatelliteLaserRanging，SLR)数据分析的的区域陆地水储量变化可用