基于重力卫星数据反演区域水储量

论文摘要

上世纪70年代开始兴起的重力卫星技术为获取全球气候变化和水循环信息提供了一个全新的方法,不仅解决了传统水文方法获取大尺度大范围水文数据的局限性,也为监测整体水循环效应及其局部响应参数提供了新的思路。GRACE卫星作为新一代地球重力卫星计划,利用其时变地球重力场数据产品监测陆地水储量变化的已经得到了广泛的研究验证。本文在研究GRACE卫星计划采用的技术以及基于GRACE数据建立的高精度地球重力场模型的基础上,对GRACE时变重力场数据进行了系统分析。同时,对时变地球重力场数据估算水储量变化的方法进行具体分析和验证,包括高斯平滑方法的应用、低阶项参数的替换、无穷阶球谐参数的截断等。并引入GLDAS系统提供的两个全球水文模型VIC模型和CLM模型的全球水文数据作为参照,对GRACE估算水储量变化进行了验证。试验表明陆地水储量月变化在水文模型中主要反映为土壤水分的变化,与前人的研究结果吻合。与水文模型比较的验证性实验结果,也证明了GRACE数据估算的水储量变化是陆地水储量变化的总量。最后,选择鄱阳湖流域及湿地地区作为实验区域,利用GLDAS数据时变序列与GRACE时变地球重力场数据分别获取水储量变化数据,并进行拟合。实验表明,GRACE估算水储量变化总量在年际和季节性尺度与目前最完善的两个全球水储量模型符合良好,能够清晰反映出实验区域水储量变化。同时,利用实际测量数据与GRACE估算数据进行拟合,其结果表明,GRACE时变地球重力场完全能够反映出引起水储量变化的主导因素变化。同时,实验也指出目前GRACE数据在表达更小时间尺度变化的局限性。这对于研究区域水循环,利用GOCE计划等获取更高精度的时变地球重力场模型反演更精细的地球系统质量迁移提供了前瞻性的结论,显示了重力卫星数据在全球气候变化与局部环境响应方面的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 卫星地球重力场技术发展及卫星重力计划
• 1.2.2 地球重力场模型反演水文参数的发展
• 1.2.3 国内外相关研究现状及发展趋势
• 1.3 本文研究内容和文章组织结构
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 论文结构
• 第二章 GRACE 地球重力场模型
• 2.1 地球重力场与地球重力场模型
• 2.1.1 地球重力场基本理论
• 2.1.2 地球重力场球谐模型
• 2.2 GRACE 地球重力场模型及其改进
• 2.2.1 早期的GRACE 地球重力场模型
• 2.2.2 改进后的GRACE 地球重力场模型
• 2.3 GRACE 时变地球重力场数据产品
• 2.3.1 GRACE 数据系统及数据产品概述
• 2.3.2 GRACE 时变地球重力场数据产品
• 本章小结
• 第三章 时变地球重力场估算水储量变化
• 3.1 时变地球重力场估算质量重新分布
• 3.2 高斯平滑方法
• 3.3 低阶项参数的替换
• 3.4 时变地球重力场的截断
• 本章小结
• 第四章 GLDAS 水文模型验证GRACE 水储量变化
• 4.1 水文模型
• 4.1.1 CLM 模型
• 4.1.2 VIC 模型
• 4.2 水文模型数据参数选取.
• 本章小结
• 第五章 鄱阳湖湿地区域水储量变化
• 5.1 研究区域概况
• 5.2 高斯平滑半径的选择实验
• 5.3 水储量变化的季节性特征
• 5.4 GRACE 数据估算水储量变化
• 5.4.1 GRACE 数据与GLDAS 模型数据的拟合
• 5.4.2 GRACE 估算水储量数据与实际测量数据的拟合
• 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 工作总结和创新点
• 6.2 存在问题与研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果