上海天文臺(tái)揭示溫度變化對(duì)GPS臺(tái)站周期性位移的影響
溫度變化，會(huì)造成物質(zhì)熱脹冷縮，地面也不例外。實(shí)際上，地面溫度變化是影響地殼形變的重要因素，其中最為顯著的是地表的周年變化。GPS臺(tái)站需實(shí)時(shí)向用戶自動(dòng)提供經(jīng)檢驗(yàn)的不同類型的GPS觀測(cè)值等，它的位置精確度至關(guān)重要。近年來(lái)，溫度變化對(duì)GPS臺(tái)站三維位移的影響越來(lái)越被關(guān)注，但已有的研究多關(guān)注對(duì)垂直方向上位移的影響。近日，中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)研究人員許雪晴等人首次應(yīng)用三維熱膨脹模型，根據(jù)地表溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算出全球三維地表周年位移形變，并與GPS臺(tái)站觀測(cè)的周年位移數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，表明溫度變化引起的地表形變是GPS臺(tái)站周年位移的影響因素之一，特別是在水平方向。目前，該工作已被國(guó)際學(xué)術(shù)期刊GPS Solution 雜志接收。
許雪晴表示，已有的研究多近似假定不論溫度如何變化，地表水平方向的位移為零，但這顯然是對(duì)實(shí)際地球過(guò)于簡(jiǎn)化的假定結(jié)果，畢竟地球是球形的，如果在球面水平方向上存在溫度變化，要想得到更精確的結(jié)果，就有必要計(jì)算來(lái)自各方面的溫度梯度造成的熱彈性形變。
“我們的工作采用了三維熱膨脹模型，結(jié)合美國(guó)國(guó)家海洋大氣局實(shí)測(cè)的地表溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算出由地表溫度變化引起的全球地表三維周年形變位移。”許雪晴介紹，“結(jié)果顯示，由溫度變化引起的全球地表三維周年形變?cè)诖瓜蛏系恼穹畲蠹s為3毫米，在水平方向上的最大周年振幅約為1.5 毫米。且垂向周年位移的分布與溫度周年變化表現(xiàn)一致，而水平方向的周年位移則與溫度周年變化表現(xiàn)完全不同。”
除此之外，該工作還將模型計(jì)算的結(jié)果與最能全面反映地表形變的觀測(cè)值——GPS臺(tái)站位移數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。許雪晴解釋道，“已有研究表明，地表質(zhì)量重新分布是GPS臺(tái)站位移周年變化的最顯著影響因素，對(duì)垂向和水平向周年位移的貢獻(xiàn)大約在50%和15%。我們的工作顯示，考慮了溫度變化帶來(lái)的熱膨脹效應(yīng)之后，對(duì)垂向和水平向周年位移的貢獻(xiàn)分別增加了約7%和8~9%”。
“這一結(jié)論說(shuō)明溫度變化引起的地表位移是GPS周年位移形變的影響因素之一，特別是在水平方向。且由溫度變化引起的地表位移已經(jīng)足夠顯著，在高精度的地球參考框架維持中必須予以考慮。”她展望說(shuō)，“未來(lái)，我們還將繼續(xù)探究更細(xì)微的影響因素，比如地表水的孔隙彈性效應(yīng)，并建立相應(yīng)的模型。”
藍(lán)色箭頭：地表質(zhì)量重新分布對(duì)GPS臺(tái)站水平南北向位移的影響；黑色箭頭：地表質(zhì)量重新分布與熱膨脹形變對(duì)GPS臺(tái)站水平南北向位移的影響；紅色箭頭：GPS臺(tái)站水平南北向位移的周年形變。不難看出，黑色箭頭與紅色箭頭的吻合程度比藍(lán)色箭頭與紅色箭頭的吻合程度更高，即考慮由溫度變化引起的熱膨脹形變之后，更能重構(gòu)觀測(cè)上GPS臺(tái)站水平向位移。
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