[发明专利]地球表层质量变化监测方法及系统

说明书

本发明提供一种地球表层质量变化监测方法及系统，首先获取研究区域的待监测数据时间序列，并基于所述待监测数据时间序列确定地球表面质量变化引起的总体受力值；然后将所述总体受力值输入至Mascon质量模型，得到由所述Mascon质量模型输出的地球表层质量变化的监测结果。本发明实施例中在确定Mascon质量块的分布信息时依流域自动划分Mascon质量块，考虑了流域，避免了不同流域或者海陆边界在解算时产生信号泄露和扭曲的现象发生，从而提高了Mascon模型的空间分辨率，提高了地球表层质量变化监测结果的准确性。而且，结合最小二乘平差方法对总体受力值进行解算，可以进一步提高监测结果的准确性，降低监测误差。

技术领域

本发明涉及地理监测技术领域，尤其涉及一种地球表层质量变化监测方法及系统。

背景技术

GRACE/GRACE-FO卫星是观测地球时变重力场的卫星，陆地冰川消融、水库蓄水、地下水过度开采、海平面与环流变化和强地震等等所有引起质量的变化的事件都能被GRACE/GRACE-FO卫星所观测到。GRACE/GRACE-FO卫星开创了高精度观测全球重力场与气候变化的新纪元，也是监测全球环境变化的有力手段。

GRACE/GRACE-FO卫星的数据处理分为4个层级：Level 0、Level 1a/1b、Level 2以及Level 3。从Level 1b到Level 2的数据处理主要指利用卫星所搭载仪器的实际观测数据解算时变地球重力场模型。Level 3为对Level 2产品进行再处理后的全球质量变化格网数据。

由于Level 2产品里包含大量的南北条带误差，需要采用高斯滤波和去条带算法进行降噪。但这些方法通常会导致不同程度的信号扭曲和泄漏，尤其以海陆交界处的信号泄漏效应更为明显，从而进一步降低了GRACE/GRACE-FO卫星的空间分辨率。近年来兴起的质量瘤(mass concentration，Mascon)方法，从一定程度上克服了这些缺点，具有以下优势：

1)能够以较容易的方式引入地球物理先验信息；

2)信号扭曲和泄漏较小；

3)空间分辨率高；

4)灵活的地表质量块参数化方式等优点。

因而逐渐成为一种新的主流算法。目前Mascon方法已经用于低-低卫星追踪卫星任务的数据分析，其显著特点是在建模过程中把地表物质迁移参数化，建立起对应的引力场变化模型，并主要通过卫星的高精度星间观测数据，把质量变化对应的等效水高直接作为参数解算。与球谐系数不同，Mascon并不是定义在整个球面上，而是针对感兴趣的区域直接引入参数建模，可以灵活选择质量异常的空间分辨率，同时减弱时变信号中存在的严重的南北条带误差。简单来说，相当于直接从卫星的仪器实际观测数据(Level 1b)解算出研究区域的质量变化产品(Level 3)，跳过输出Level 2产品。

目前，经典Mascon方法解算的地表质量变化模型广泛用于科研界。但是经典的Mascon方法在划分Mascon块时，容易导致不同流域或者海陆边界在解算时产生信号泄露和扭曲的现象，从而导致降低Mascon模型的空间分辨率。

发明内容

本发明提供一种地球表层质量变化监测方法及系统，用以解决现有技术中存在的缺陷。

本发明提供一种地球表层质量变化监测方法，包括：

获取研究区域的待监测数据时间序列，并基于所述待监测数据时间序列确定地球表面质量变化引起的总体受力值；

将所述总体受力值输入至Mascon质量模型，得到由所述Mascon质量模型输出的地球表层质量变化的监测结果；