衛(wèi)星重力觀測在水文學(xué)中的應(yīng)用與全球時變應(yīng)力場
本文關(guān)鍵詞：衛(wèi)星重力觀測在水文學(xué)中的應(yīng)用與全球時變應(yīng)力場 出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文 論文類型：學(xué)位論文
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【摘要】：衛(wèi)星重力觀測的應(yīng)用和應(yīng)力變化的研究分別是測地學(xué)和地球動力學(xué)中兩個重要的部分。在本論文中,我們圍繞衛(wèi)星重力觀測和應(yīng)力的變化來介紹以下幾個方面的研究：(1)利用GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment)衛(wèi)星重力觀測數(shù)據(jù)監(jiān)測2003年至2012年間美國本土地區(qū)陸地水儲量變化,(2)確立一個全新的干旱指數(shù)GHDI (GRACE-based Hydrological Drought Index),(3)建立全球時變應(yīng)力變化數(shù)據(jù)庫GSVD (global stress variation database)。重力恢復(fù)和氣候?qū)嶒濭RACE是一項用于監(jiān)測全球時變重力場的衛(wèi)星觀測計劃,其每月的觀測值為地球內(nèi)部質(zhì)量變化提供了全新的理解。利用GRACE的重力觀測數(shù)據(jù),我們估計了2003年至2012年間美國本土的陸地水儲量變化。2003年至2012年間基于GRACE的陸地水儲量在美國本土北方和南方展現(xiàn)出了相反的變化趨勢：北部地區(qū)等效水厚度從-4.0 cm增加到9.4 cm,南部地區(qū)等效水厚度從4.1 cm減少到-6.7 cm。此外,2006年美國中南部地區(qū)的等效水厚度減少到-5.1 cm,顯示出一個比較干旱的時期。從整體上來看,相較于2003年,2004年至2012年間美國本土基于GRACE的陸地水儲量在大部分時期呈現(xiàn)出上升趨勢(除了2006年、2007年和2012年),并且于2010年達(dá)到了最大值259.1±5.7km3(等效水厚度3.0±0.1 cm)。結(jié)合傳統(tǒng)干旱指數(shù)PHDI (Palmer Hydrological Drought Index)和基于水文學(xué)模型模擬的土壤水儲量,我們確立了一個基于GRACE的干旱指數(shù)GHDI用于監(jiān)測干旱。GHDI指數(shù)用于表現(xiàn)基于GRACE的陸地水儲量和歷史平均值相比的異常值大小,并且使用美國本土部分地區(qū)的傳統(tǒng)的干旱指數(shù)PHDI進(jìn)行校正。GHDI指數(shù)和PHDI指數(shù)在美國本土地區(qū)展現(xiàn)出了良好的相關(guān)性,表明了其用于干旱監(jiān)測的可行性。因為GHDI指數(shù)是基于GRACE計劃的全球重力觀測,并且對地表臺站的水文監(jiān)測具有最小的依賴,它可以擴(kuò)展到全球干旱監(jiān)測,對缺乏足夠的地面水文監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施的國家特別具有實際意義。對于地震和火山噴發(fā)的觸發(fā)以及地幔流變學(xué)等相關(guān)研究,理解應(yīng)力場如何隨時間的變化是十分重要的研究。導(dǎo)致應(yīng)力隨時間變化的原因有很多，比如水文學(xué)循環(huán)驅(qū)動地球地面以上、地面以及地下的水體持續(xù)移動,月球、太陽的引力變化和地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致的海平面上升和下降,由月球和太陽的引力引起的固體地球的形變,以及冰后回彈PGR (post-glacier rebound)導(dǎo)致的上個冰期被冰蓋壓縮的大陸板塊的抬升等。我們利用4個主要的作用于地球上的力來計算全球時變應(yīng)力場,這些作用力包括：(1)基于GRACE的陸地水儲量變化引起的水文學(xué)加載,(2)海洋潮汐加載,(3)固體地球潮汐加載,(4)冰后回彈PGR相關(guān)的力。我們建立了一個全球時變應(yīng)力場數(shù)據(jù)庫GSVD,對GSVD數(shù)據(jù)庫的特點進(jìn)行了分析,并且對全球應(yīng)力隨時間變化的幅度、原因、地理分布和不同深度的分布進(jìn)行了探討。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P223;P332
【參考文獻(xiàn)】
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，本文編號：1310218
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