浅议在监测地壳高程方向周年运动上GPS与VLBI、SLR和地球物理因素的对比

高 峻

(青岛市勘察测绘研究院，山东青岛266000)

一、引 言

GPS、VLBI、SLR等空间技术的发展，使监测和研究地球的动态变化发生了深刻的变革，其中GPS基准站的观测数据在监测地壳高程方向周年运动中发挥着重要的作用。对地壳非线性运动(主要是指高程方向)的监测和建模对站坐标时间序列的长度和密度有一定的要求。对VLBI、SLR来说，由于观测条件的限制，仅有少数的VLBI、SLR基准站站坐标时间序列能满足这个要求，而对大多数ITRF的GPS基准站来说均能满足，而且GPS技术发展至今，各基准站已建立了相当好的站坐标时间序列。因此，地壳非线性运动特征的监测和建模主要依靠GPS基准站。

由于GPS观测技术存在各项不可避免的误差，因此GPS测定的地壳运动结果中也可能包含GPS技术本身引起的“伪地壳运动”，但是可以通过其他手段对监测到的结果加以检核和确认，确保监测结果的准确性。可以采用以下两个方法：① 与VLBI、SLR技术监测结果的检核和比对;②与影响地壳高程方向周年运动的地球物理机制的检核和比对。

二、GPS、VLBI、SLR 三种技术监测结果的比对

本文选取的用来比对的各GPS、VLBI、SLR基准站及所在的国家地区如表1所示。

表1 ITRF2005部分并置台站所在国家和地区表

续表1

选取这些台站用来比对和检核是因为这些台站本身有多种技术监测地壳运动，得到的结果会有多方面的显示，彼此适合比对和检核。

确定用来比对和检核的并置台站之后，需要处理得到的庞大的数据，大致的过程如下：首先把各GPS台站观测到的每日数据用GAMIT/GLOBK软件包进行处理;后期处理主要包括平滑、内插、谱分析、谐波分析、小波分析5项内容。数据处理流程如图1所示。

图1 GPS时间序列分析流程图

经过处理计算，得到的结果如表2所示。

表2 3种技术比对表(初相对应的历元为2003．0)

从表2可以看出，上述并置台站各种技术监测到的地壳运动(主要是高程方向上的周年运动)相符程度还是很好的。这使得对GPS监测地壳垂向周年运动的可靠程度有了一定的掌握，但是半年周期运动的符合程度不如周年运动，这说明目前用GPS、VLBI、SLR等空间技术监测来获取半年周期运动的可靠信息还有一定的困难。GPS监测到的地壳垂向周年运动结果可以用VLBI、SLR技术加以检核。由于GPS技术自身存在的一些问题，3种技术并置台站的比对工作是很有必要的。

三、地壳形变垂向的地球物理因素模制与GPS实测结果的比较分析

引起地壳高程方向季节性变化的地球物理因素主要分为两大类：①潮汐形变，包括固体潮、海洋负荷潮和极潮;②地球表面流体圈中的大气和各态水的质量迁移引起的地表负荷变化，主要包括大气的质量负载、非潮汐海洋质量负载、积雪和土壤水的质量负载等。这些质量负载具有很明显的季节性变化特征，由此会引起季节性的地壳弹性形变(主要是高程方向)。

因研究的范围和学识有限，本文只论述大气、积雪和土壤水对地壳高程方向周年运动的影响。利用全球有关的地球物理资料(取自美国国家环境预报中心(NCEP)、欧盟中尺度气象预报中心(ECMWF)和SBL/GGFC等)，以我国大陆的8个IGS站为例，计算这些基准站在与GPS观测同一时间段(1998—2006年)的大气、积雪和土壤湿度等地球物理机制因素引起垂向周年变化的振幅和相位。其中大气负载的计算分别取自NCEP和ECMWF所提供的采样率为6 h的格网地表气压资料，积雪和土壤湿度资料取自NCEP/DOEAMIP-II。计算出这8个IGS站上各地球物理因素的影响后，把这些影响综合起来做矢量和的叠加，计算出大气、积雪和土壤水对该站高程方向形变的综合影响。因大气负载的计算分别取自NCEP和ECMWF，所以分两方面计算。计算结果如表3所示。

表3 大气、积雪和土壤水引起的地壳垂向形变的周年振幅和周年相位

利用表3的结果，在各站上作大气、积雪和土壤水的矢量和叠加，得到这些地球物理因素对测站垂向季节性变化的综合影响。GPS监测结果如图2所示。

图2 大气、积雪和土壤水综合影响与GPS实测结果对比图

总体上讲，GPS监测的结果与地球物理因素模制结果的符合程度还是比较好的，这也进一步实证了GPS监测结果基本上是可靠的。

四、结束语

地壳非线性运动(主要是高程方向)特征的监测主要依靠GPS基准站，但GPS技术本身存在的一些问题，对GPS技术监测地壳高程方向周年运动结果的可靠性带来一些影响。因此，由GPS技术监测到的测站垂向周年运动结果必须经过严格的检核，本文浅议了两种检核手段：①利用与GPS技术并置的其它空间技术VLBI、SLR监测的结果进行比对和检核;②利用地球物理因素模制的结果，进行比对和检核。通过检核可以看出GPS的监测结果是可靠的。

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