中国大陆区现今地壳运动的GPS研究

利用国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”1998－2000年间81个GPS测站的观测资料,初步获得了中国大陆及周边地区现今地壳水平运动的统一速度场。该速度场比较清楚地勾画出了中国大陆及其内部活动地块在欧亚板块框架下的现今运动和变形状况,现代大地测量第一次比较全面、直观地展示出中国大陆地壳受印度次大陆向北推挤所形成的大幅度水平运动及变形方式,为模拟大陆岩石圈动力过程提供了基础性的运动学约束条件。     

中国大陆地壳运动的背景场

中国地壳运动晨全球地壳运动背景场中发生的,为了研究中国大陆地壳构造运动的背景,利用中国大陆及其周围地区的国际ＧＰＳ地球动力学力学服务网的１２个ＩＧＳ站３年多（１９９５年５月－１９９６年６月）的ＧＰＳ观测资料测定了这些ＩＧＳ站的水平位移速率,并由此初步分析了中国大陆周围各块体对大陆地壳运动的影响。     

精密全球卫星定位系统多期复测研究青藏高原现今地壳运动与应变

利用1993,1995和1997年3期全球卫星定位系统(GPS)观测资料测定了青藏高原GPS监测站的三维位移速率,并由此计算分析了青藏高原现今地壳运动与应变.GPS 多期精密复测结果显示,青藏高原现今地壳运动仍以南北向挤压、东西向拉张、垂直方向隆升为主.喜马拉雅块体的相对汇聚速率大约为(19.5±1.7)mm/a,拉张速率大约为(5.5±6.0)mm/a 左右,隆升速率大约为(7.6±5.2)mm/a.西藏块体相对于格尔木南北向缩短率大约为(9.3±4.6)mm/a,东西向拉张速率大约为(8.7±6.4)mm/a,中部拉张速率最大约为(15.6±6.30)mm/a,反映了高原侧向挤出运动.喜马拉雅块体以压应变为主,西藏块体中部以张应变为主,最大张应变率和最大压应变率分别为0.131×106和-0.189×10-6 a-1.     

精密全球卫星定位系统多期复测研究青藏高原现今地壳运动与应变

利用1993, 1995和1997年3期全球卫星定位系统(GPS)观测资料测定了青藏高原GPS监测站的三维位移速率, 并由此计算分析了青藏高原现今地壳运动与应变. GPS 多期精密复测结果显示, 青藏高原现今地壳运动仍以南北向挤压、东西向拉张、垂直方向隆升为主. 喜马拉雅块体的相对汇聚速率大约为(19.5±1.7) mm/a, 拉张速率大约为(5.5±6.0) mm/a 左右, 隆升速率大约为(7.6±5.2) mm/a. 西藏块体相对于格尔木南北向缩短率大约为(9.3±4.6) mm/a, 东西向拉张速率大约为(8.7±6.4) mm/a, 中部拉张速率最大约为(15.6±6.30) mm/a, 反映了高原侧向挤出运动. 喜马拉雅块体以压应变为主, 西藏块体中部以张应变为主, 最大张应变率和最大压应变率分别为0.131×10-6和-0.189×10-6 a-1.     

中国地壳各构造块体运动模型的初建

利用中国地壳运动ＧＰＳ监测网站和中国邻近地区ＧＰＳ站的水平速度场以及国际地球参考架ＩＴＲＦ９６的速度场等现代空间大地测的监测结果,初步地建立了中国地壳各构造块本的运动模型,该模型与前人的地质学模型相比呈现较好的一致性。     

基于单点定位模型的GALILEO及GPS-GALILEO组合系统的定位精度和可靠性的仿真分析

提出了一种统一的度量码观测值和相位观测值的可靠性指标并将其运用于卫星系统的可靠性评价中. 在此基础上, 以中国地壳运动观测网的25个基准站为地面观测站, 对大陆范围内GPS, GALILEO以及GPS-GALILEO组合系统的卫星可见性、给定精度下的定位可信度以及观测数据的可靠性进行了仿真计算和分析. 结果表明, 在中国大陆范围内, GALILEO系统的卫星可见性优于GPS系统, 二者的平面定位精度和可信度基本一致, GALILEO系统的高程定位精度和可信度优于GPS系统; GPS-GALILEO组合系统的定位精度和可信度均优于单一卫星系统. 基于GALILEO和组合系统的码观测值和相位观测值的可靠性无论在时间域还是空间域上均整体优于GPS系统, 新指标计算简单, 很好地反映了系统间的可靠性差异.     

利用GPS监测中国地壳的垂向季节性变化

通过归算中国GPS（全球定位系统）基准网1999-2001年近3年的观测数据，监测到了振幅为3-10mm的高程季节性变化，并通过大气压，非潮汐海洋负荷，雪和地表水的质量负荷变化引起的地壳垂向季节性位移，可以解释所监测到的季节性变化的大部分，但GPS估计的季节性变化结果与质量负荷预报结果存在明显的系统性差别，合理的物理解释有待更和匠GPS站坐标时间序列的获得和更进一步的研究。     

上海GPS综合应用网的初步监测结果及其应用展望

上海GPS综合应用网 (SGCAN)是我国第一个区域性连续实时的综合性服务GPS网络 ,该网包括 :由 1 4个GPS基准站组成的 ,以上海为中心覆盖整个长江三角洲地区的GPS气象服务网 ;由 5 0个基准控制点建立的上海高精度(点位精度达厘米级 )三维大地测量控制网 ;2 0个基准监测点建立的上海高精度地壳形变和地面沉降监测网 ;另外 5个GPS基准站作为上海地理信息系统 (GIS)的GPS基准站 ,实时连续发布高精度GPS改正信息 ,满足整个上海地区GIS用户 (包括工程测量、交通航运和公安消防等 )快速实时 (或准实时 )的定位和导航需要 .该网已于 2 0 0 2年 6月投入正常运行 ,在GPS气象、地壳形变和地面沉降方面已经获得初步结果 ,也将为改善长江三角洲地区数值天气预报初始场和监测、治理地面沉降提供充足的信息 .     

GPS测定的尼泊尔M_w7.9和M_w7.3级地震同震形变场

2015年尼泊尔M w7.9和M w7.3级地震致灾范围包括尼泊尔、印度北部、巴基斯坦、孟加拉和中国藏南地区,地震应变应力调整将对震区和邻区的地震活动产生不同程度的影响.尼泊尔境内的GPS连续观测数据、"中国大陆构造环境监测网络"GPS基准站和地震应急流动站观测数据计算结果揭示了尼泊尔地震的静态和动态同震形变场.对M w7.9级地震,尼泊尔境内近场静态同震GPS水平位移最大为1.89 m,距震中100~400 km的中国藏南地区观测到几毫米到几十厘米的静态水平位移,毗邻尼泊尔的聂拉木县最大形变54.0 cm.M w7.3级地震静态同震形变最大为2 cm,局限在震中附近200 km范围内.距震中约2000 km内的GPS基准站均记录到M w7.9大震明显的动态形变信号,高频GPS动态形变幅度与地震破裂方向有关,位于破裂方向上的测站动态形变幅度明显大于其他方向的测站.用弹性半空间位错模型正演模拟了震区和青藏高原南部格网点上的同震形变,并分析了地震应变影响,认为尼泊尔地震对中国藏南地区产生一定程度的拉张型应力变化,需要持续关注.     

中国西南地区地壳运动的GPS监测

通过１９９１￣１９９７年期间对中国西南地区ＧＰＳ（全球定位系统）载波相位测量,建立了青藏高原东部及相邻地区现代地壳运动的速度场,相对于成都,川滇地块及其以西的速度大多为５￣１０ｍｍ／ａ,鲜水河－小江断裂以东的川青地块和扬子地块运动微弱,约为０￣７ｍｍ／ａ,２个地区都表现为顺时钟的涡旋运动,而没有明显的地壳物质向东挤出或逃逸,地壳变形主要型式为顺时针旋卷构造和块体边界断裂的非均一滑动。     

全球定位系统测定的尼泊尔M_w7.8级地震同震位移

据尼泊尔境内的连续GPS观测资料显示,2015年4月25日的尼泊尔M_w7.8级地震造成尼泊尔向南移动,最大位移量达到了1.88 m.利用国家重大科技基础设施项目"中国大陆构造环境监测网络"、中国气象局中日合作JICA项目及加州理工学院在尼泊尔境内所建的连续GPS观测资料,分析了此次地震对中国大陆构造形变场的震时动态响应及同震影响.结果显示,地震造成中国西藏地区毫米至厘米级的同震水平位移,最大值在震中北东方向,震中距220 km的珠峰站,约为30 mm,波及范围远至1500 km之外的高原东北部的祁连山地区.1 Hz的高频GPS数据分析表明,震中距1200 km内的站点记录了弹性震波和永久变形的叠加和破裂方向效应等丰富信息.通过分析中国境内地震活动频度并对比2011年日本宫城地震发现,本次尼泊尔地震并未造成中国境内微震活动显著增加,同震过程对中国西藏部分地区、川滇地区及南北地震带断裂带的应力扰动和构造加载有限,与其震级相对较小有关.     

全球定位系统测定的2011 年日本宫城MW 9.0 级地震远场同震位移

据覆盖日本全境的GEONET 网络GPS 观测资料显示, 2011 年3 月11 日的日本宫城M_W9.0 级地震造成日本半岛向东移动, 最大达到了5.3 m. 利用国家重大科技基础设施项目“中国大陆构造环境监测网络”的GPS 观测资料, 分析此次地震对中国大陆构造形变场的同震影响,结果显示, 地震造成我国东北和华北地区产生毫米至厘米级的同震水平位移, 最大值为35 mm.通过应变分析发现, 地震导致东北和华北地区一系列北北东走向的断裂产生了不同程度的张性应变. 虽然在东北地区张性应变相对比较明显, 最大处约为40 nano-strain, 但对断裂带的静态库仑应力加载有限, 不会对区域地震活动产生大的影响.     

GPS观测的2015年尼泊尔M_S 8.1级地震震前应变积累及同震变形特征

2015年4月25日,在印度板块与欧亚板块交界区的喜马拉雅地震带上发生了尼泊尔MS 8.1级大地震.震前GPS速度场和应变率场显示,喜马拉雅地震带整体表现为15.94±1.82 mm/a的压缩特征,同时还具有分段活动特征.此次地震发生在速度场顺时针旋转和逆时针旋转的分界带,该处最大主压应变率的量值在喜马拉雅地震带并非最大.GPS观测的同震位移场揭示了尼泊尔MS 8.1级地震引起的地壳变形特征,分别有9和6个测站观测到明显的水平向和垂向同震位移,其水平分量的运动方向整体表现为南向运动,位于震中东南侧的3个测站垂直分量表现为上升,其余测站为下降.中国境内距离震中最近的5个测站的垂向同震位移显示,此次地震造成珠穆朗玛峰的沉降量约为4mm.依据GPS观测到的同震位移场,利用非负最小二乘方法反演震源断层面上的滑动分布.反演结果表明最大滑动量为6.84 m,滑动量较大的区域分布在加德满都附近及其以北区域的下方,这可能是造成加德满都地区具有较大破坏的原因之一,该滑动分布模型能够很好地解释GPS观测到的同震位移.利用此滑动分布模型计算的地震矩为8.21×1020 N m,对应的矩震级为MW7.9.     

全球定位系统(GPS)测定的印尼苏门达腊巨震的远场同震地表位移

以中国的连续GPS观测资料为基础, 结合其他全球GPS观测资料, 计算了2004年12月和2005年3月发生在苏门达腊岛9.3和8.7级巨大地震的同震位移场. 2004年地震的同震永久位移的影响范围达6000~7000 km, 并呈现波状起伏的特征. 2005年地震的同震位移主要局限在震中区附近, 可能只是2004年地震诱发的强余震.     

2000中国大地坐标系

总结了构建2000中国大地坐标系及坐标框架的基本策略, 包括坐标系的定义, 坐标框架建设层次, 实现2000中国大地坐标框架的函数模型、随机模型以及平差方法的改进. 首先利用国际高精度IGS站与我国连续运行GPS网联合解算, 构成我国2000坐标系的基本骨架, 保证我国2000坐标系与国际高精度地心坐标系统一致; 在高精度IGS站坐标控制下, 将我国已经建成的6个全国范围GPS大地控制网进行优化集成, 建立了具有2500多点的高精度的、统一的“2000国家GPS大地控制网”(历元为2000.0), 形成了2000中国大地坐标系的基本框架; 再将全国天文大地网与2000国家GPS大地控制网进行联合平差, 进一步加密了我国大地坐标系框架, 加强了我国天文大地网的现势性, 提高了天文大地网的精度, 统一了国家大地测量基准. 通过具有针对性的数据融合方法处理后的中国大地坐标框架, 消除了各类大地网的基准差, 减弱了系统误差和异常误差的影响. 最后对启用2000中国大地坐标系的意义以及现有中国大地坐标框架存在的问题进行了描述.     

黑潮延伸体综合观测浮标的研制与应用

浮标是获取水文、气象等环境参数的重要观测技术手段,是现代海洋环境立体监测系统的重要组成部分.西太平洋黑潮延伸体海域是全球海洋动力过程最为复杂、海洋-大气相互作用最为关键的区域之一,也是全球系统性海洋观测相对缺乏的海区之一,传统的大型海气浮标很难在该海区长期存活.基于此,中国海洋大学研发了一种适用于中纬度海区高海况条件下的大型海气综合观测浮标系统(China Kuroshio Extension Observatory,CKEO).该系统面向深远海大浪、强流、狂风等复杂的工作环境,对高海况下的浮标系统、深水锚系系统、观测系统等做了针对性设计,增强了浮标在高海况下的稳定性和可靠性.截至2022年底,该系列浮标已连续在位工作3年,支撑了对黑潮延伸体海域海-气物质能量交换等科学问题的研究,为“透明海洋”立体观测网络提供了重要的深远海长期观测节点.     

利用GPS分析电离层波动现象

利用中国境内连续运行的GPS跟踪站提供的高时空分辨率的双频观测数据, 初步分析了2003年11月3日太阳耀斑期间电离层的波动特性. 当天PRN23号GPS卫星的VTEC及其变化率曲线表明, 此次电离层波动基本沿着经线向南运动, 且主要包含了两种频率的运动. 另外, 结合局域面VTEC涨落的谱分析及穿刺点与电离层波动的相对运动分析表明, 中纬度地区, 这两种频率的波动主要体现为周期分别为1小时左右和20~30分钟的运动; 周期为1小时左右的大尺度电离层波动, 其振幅会达到1~2 TECU左右, 速度会达到120~150 m/s, 且波动速度会随着纬度的降低而变快; 周期为20~30分钟的小尺度电离层波动, 其振幅约为0.4~0.7 TECU, 速度在30~40 m/s左右.     

从海底观察地球——地球系统的第三个观测平台

随着新世纪的到来,海洋科学界正着手建设海底观测系统的网络,以探测和理解大洋系统的物理、化学、生物和地质等过程。这是继地面/洋面和空间之后,观测地球系统的第三个平台。从海底进行连续的实时观测,将使得人类可以长期“呆”在海里,从而改变人类与海洋的关系。同时,这第三平台还将提供窗口,窥测地球的内部过程。     

类星体3C147的射电观测结果

类星体3C147是一个致密的陡谱射电源,在厘米波段,是天空最强的射电源之一.它的红移是0.545,星等为17等.早先的干涉仪观测和星际闪烁观测已指出该源的射电发射来自(?)1.”0的区域.在高频波段,它的大部分辐射来自一个(?)0.”2的结构复杂的区域;在低频波段((?)100MHz),主要的辐射区大小为～0.”7.这里我们所报道的是一次应用甚长基线干涉(VLBI)技术观测所得到的该源的复杂射电结构图像。     

木星大红斑变小了

正木星的标志性特征——大红斑(一个翻云覆雨的巨型反气旋风暴区域)已变到迄今为止的最小地步。哈勃空间望远镜最近的观测证实,大红斑的直径仅为16500千米。而19世纪的观测记录是:大红斑在其长轴的宽度为41040千米。美国宇航局"旅行者号"系列飞船在1979年的观测结果为:大红斑的直径是23335千米。从2012年开始,大红斑的直径每年缩水