InSAR／GPS集成技术在常州-无锡地面沉降监测中的应用研究

精确监测地表形变是地面沉降防控工作中的重要内容,也是多年来该研究领域面临的难题．GPS和InSAR是近年来迅速发展起来的两种空间大地测量监测手段,在区域地表形变监测方面都显示出了各自的优势及良好的应用前景．文中根据二者技术特点,分析了InSAR／GPS集成技术监测地面沉降的方案可行性,并以常州-无锡地区为例开展了同步观测试验,利用GPS数据来建立大气改正模型,从而削弱InSAR干涉图像中大气影响,提高了InSAR形变量监测精度．     

基于蚁群优化的GPS/DInSAR三维形变监测方法

提出一种基于蚁群优化的GPS/DInSAR形变测量方法,将高精度地表散点GPS三维观测量与DInSAR视线向观测量进行深度融合,提取地表真三维形变量.以GPS约束与DInSAR约束基于Gibbs方程构建能量函数,利用蚁群优化算法在连续空间求解能量函数最小值.实验研究结果表明,该方法在连续地表三维形变测量中具有较高精度,特别是垂直方向上具明显优势.     

基于重力卫星数据的华北平原地下水储量变化分析

采用GRACE卫星数据反演2002～2017年间华北平原地下水储量变化,并对该地区地下水储量变化进行时间序列分析,获取长期变化趋势.结果表明:华北地区地下水储量变化整体均呈现出下降的趋势,下降幅度最大的地方为黄河中下游地区,且山东中部和河南北部表现为加速下降的趋势,而京津冀地区的地下水储量的下降趋势得到了明显的减缓.     

基于GRACE卫星重力测量资料监测中国大陆及邻区陆地水储量变化

利用GRACE卫星重力测量数据反演了2003年1月至2007年12月的中国大陆及周边地区陆地水储量的月变化,并结合CPC陆地水文模型进行了比较分析。结果表明,GRACE可有效监测到陆地水储量的周年变化与季节性变化,且GRACE反演的水储量变化与CPC水文模型符合得较好,两者周年振幅和相位分别为（3.4cm,257°）和（4.5cm,267°）。     

华北平原地下水水位持续下降对大气边界层高度影响的初步研究

利用GRACE重力卫星反演所得到的华北平原2003年～2015年的月均等效水高数据以及根据NCEP/NCAR再分析资料获取的华北平原大气边界层高度数据,对近13 a来上午6时的边界层高度和等效水高的年均值、月均值以及季节均值进行相关性分析,同时也对边界层高度和地下水水位变化的一致性进行了初步分析.结果表明：近13 a来上午6时的年均边界层高度和年均等效水高均呈现波动下降的特点,二者具有显著的线性相关性,R2为0.57;边界层高度对于地下水水位的变化响应具有一定滞后性,滞相关分析表明二者之间的滞后性在时间上可能表现为3个月.华北平原地下水水位持续下降,可能导致了华北区域大气边界层高度的下降,从而减弱了大气污染物在垂直方向上的扩散,减少了大气环境容量.因此,地下水水位下降可能是加重华北平原灰霾天气的一个重要因素之一,该研究为更全面研究我国灰霾的形成机理提供一个新的视角.     

基于SBAS和IPTA技术的京津冀地区地面沉降监测

京津冀位于华北平原北部地区,地下水的长期超量开采,造成了严重的区域地面沉降,对京津冀区域进行大范围地表形变监测已经成为一个值得关注的问题.基于相邻条带的RADARSAT-2数据,结合小基线集干涉测量技术和干涉点目标分析技术,获取京津冀地区2012-2016年地面沉降场时序信息.基于监测结果对研究区地面沉降发育情况进行初步探讨,并对沉降漏斗的时空演化特征进行分析.研究发现,京津冀地区发生地面沉降的区域较多,地面沉降不均匀性特征明显,地面沉降发育最严重的地区位于北京金盏一带,最大沉降速率达到130 mm·a~(-1);在多个沉降漏斗中,北京金盏沉降漏斗、天津王庆坨沉降漏斗发育最为严重,累计沉降量分别达到661 mm,658 mm.衡水市阜城县、景县沉降漏斗扩张趋势最为剧烈,累计沉降量大于200 mm的面积达到1494 km~2.     

海河流域地下水储量时变趋势分析

海河流域水资源短缺,水资源供需矛盾突出,地下水供水量占流域总供水量的65%.长期以来,地下水资源被超采利用,然而由于监测地下水储量变化的监测井数量有限且分布不均,很难从流域尺度把握地下水储量的时空变化.本文利用GRACE重力卫星CSR05数据反演推算了海河流域2005～2009年间地下水储量的时序变化,为合理利用地下水资源提供科学依据.为验证GRACE反演推算结果的可靠性,将结果与该流域170眼监测井的数据进行对比分析,结果显示二者的变化趋势基本一致.研究结果表明:海河流域2005～2006年间地下水储量整体有所增加,且增加的幅度在逐步增大,在2006年达到峰值;自2006年起,地下水水储量上升的幅度呈缓慢减小的趋势,一直持续到2007年夏季.随后海河流域地下水储量减少,且减小的幅度变化不大.由此可以看出在该5年中地下水储量变化的整体趋势是逐年较小的.     

基于InSAR的北京市平原区地下水动态监测

北京市平原地区由于长期的地下水开采,导致该地出现地表沉降的地质问题,为实现将InSAR技术应用于地下水的动态监测,采用北京市2007～2010年16景ENVISAT-ASAR数据,利用小基线集技术(small baseline subset,SBAS),得到北京市2007～2010年地表沉降信息,并结合地下水水位埋深数据构建了地下水监测的线性回归方程.得到以下结论:(1)2007～2010年期间,北京市平原区的沉降开始于朝阳区,向四周扩散,且一直在持续;(2)地下水开采与地面沉降正相关;(3)根据地下水与沉降信息构建的三次线性方程,相关性系数最高可到达0. 797;(4)沉降量与GRACE监测的地下水变化具有极高的相关性,因此可以根据GRACE反映的地下水的变化与累积沉降量的相关关系进行空间的降尺度,以提高GRACE数据反映地下水的空间分辨率。     

基于球谐变换及负荷响应解算地表三维形变

地表水储量发生大幅度迁移时会引起周边区域的地表形变,严重时导致地质灾害的发生,因此,对地表形变的监测预测具有重要意义。针对该现象提出一种基于球谐变换及负荷响应理论解算由于水体大幅变化引起的地表三维形变的方法。模拟以水体为质量中心的载荷模型时,基于研究区域的数字高程模型(digital elevation model, DEM)数据创建平均水厚栅格矩阵,其空间分辨率可精确至1.1 km左右。基于负荷响应理论将平均水厚栅格矩阵进行球谐展开,通过保留更高阶次的谐波信息,解算出更精确的地表三维形变及其时间序列。以三峡水库为实例进行方法验证,反演过程中等效水高的误差率可降低至0.742%,且垂直形变时间序列的趋势与负荷格林方法的解算结果具有较好的一致性。     

重力卫星背景下中国陆地水储量时空变化分析

为了研究中国及其四大自然地理区陆地水储量的动态变化规律,对2003—2019年GRACE重力卫星数据产品、GLDAS模型数据、降水、蒸腾、地表雪深和植被冠层截留的月平均数据进行分析.利用最近邻插值法对陆地水储量变化量（terrestrial water storage anomaly,TWSA＿GR）进行插值,计算陆面水储量变化量（surface water storage anomaly,SWSA＿GL）后,根据水量平衡公式反演地下水储量变化量（ground water storage anomaly,GWSA）,并探究其时空变化特征.结果表明：(1)通过最近邻插值法填补后的TWSA＿GR与SWSA＿GL在月尺度上具有强相关性,证明了TWSA＿GR插值结果的准确性.(2)西北与青藏南部地区TWSA＿GR呈现下降趋势,昆仑山脉以南、秦岭-淮河一线以南以及东北平原的TWSA＿GR保持均匀正增长;三江源地区TWSA＿GR的正增长趋势反映了国家水土保持工程有效提升了区域水源涵养能力;华北平原与山东半岛存在农业用水过度现象,导致当地SWSA＿GL呈下降趋势.(3)西北和北方地区GWSA呈下降趋...