[发明专利]华北平原地壳垂向位移季节性和时空变化分析方法和系统

说明书

本发明公开了一种华北平原地壳垂向位移季节性和时空变化分析方法和系统，该方法包括：获取地壳形变序列、GRACE卫星同期RL06球谐系数产品和降雨数据产品；解算得到地壳负荷形变；分解得到两个模态分量；确定两个模态分量各自的季节项分量和趋势项；根据两个模态分量各自的季节项分量和趋势项进行重构，确定季节项分和趋势项的重构结果；根据重构结果，确定华北平原地区地壳形变的时空变化关系，以实现对当地水资源的有效管理。本发明分析了华北平原地壳垂向位移与降雨量的时空变化关系，对当地水资源的有效管理以及居民生活具有重要意义。

技术领域

本发明属于卫星重力学、卫星导航学、水文学等交叉技术领域，尤其涉及一种华北平原地壳垂向位移季节性和时空变化分析。

背景技术

大气、海洋、冰冻圈和陆地水储量的重新分布及其相互作用会引起地表载荷的变化，从而使地壳在水平和垂直方向上产生形变。地壳形变主要分为构造形变与非构造形变，构造形变是由地球内部构造运动所引起的，主要表现为地壳在水平(N、E)方向的线性运动，非构造形变主要由大气负载、积雪负载、土壤水及海洋非潮汐等因素引起的，周年性的水圈运动会引起岩石圈季节性变化，主要表现为地壳垂向(U)的季节性波动。华北平原地处印度板块、菲律宾板块和太平洋板块之间，且该区域岩石结构在横、纵方向存在不均匀性，导致华北平原地壳运动活跃。此外，由于农业灌溉以及工业用水等人为活动对水资源的影响，该地区近几年出现了诸如地面沉降、海水入侵和水质恶化等一系列环境地质灾害。因此，对华北平原地壳垂向位移季节性和时空变化的研究极为重要。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种华北平原地壳垂向位移季节性和时空变化分析方法和系统，分析了华北平原地壳垂向位移与降雨量的时空变化关系，对当地水资源的有效管理以及居民生活具有重要意义。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种华北平原地壳垂向位移季节性和时空变化分析方法，包括：

获取地壳形变序列y_GPS、GRACE卫星同期RL06球谐系数产品和降雨数据产品；

根据负荷弹性形变理论、滑动窗拟合多项式法、高斯滤波及GAC，对GRACE卫星同期RL06球谐系数产品进行改正，得到地壳负荷形变

采用变分模态分解VMD方法分解地壳形变序列y_GPS和地壳负荷形变得到y_GPS和各自的模态分量IMF_GPS和IMF_GRACE；

根据能量谱值和L-S谱分析法，确定IMF_GPS的季节项分量SEA_GPS和趋势项TR_GPS、以及IMF_GRACE的季节项分量SEA_GRACE和趋势项TR_GRACE；

分别对IMF_GPS的季节项分量SEA_GPS和趋势项TR_GPS、以及IMF_GRACE的季节项分量SEA_GRACE和趋势项TR_GRACE进行重构，确定季节项分和趋势项的重构结果；

根据重构结果，利用加权均方根法进行分析，确定SEA_GPS与SEA_GRACE的季节项关系，并结合TR_GPS、TR_GRACE和降雨数据产品确定华北平原地区地壳形变的时空变化关系，以实现对当地水资源的有效管理。

在上述华北平原地壳垂向位移季节性和时空变化分析方法中，获取地壳形变序列y_GPS，包括：

获取中国大陆环境监测网络CMONOC提供的CORS站坐标时间序列，将CORS站坐标时间序列作为GPS卫星观测数据U(t)；