宋志揚(yáng)，姜慶峰，蔡 巍，付國(guó)鋒

（1.61175部隊(duì)，湖北 武漢 430070；2.西安測(cè)繪總站，陜西 西安 710054）

西北地區(qū)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站垂向運(yùn)動(dòng)機(jī)制探討

宋志揚(yáng)1，姜慶峰1，蔡 巍2，付國(guó)鋒1

（1.61175部隊(duì)，湖北 武漢 430070；2.西安測(cè)繪總站，陜西 西安 710054）

通過(guò)對(duì)西北地區(qū)部分長(zhǎng)期穩(wěn)定CORS站觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，發(fā)現(xiàn)這些測(cè)站垂向運(yùn)動(dòng)規(guī)律十分相似，周期性震蕩特征明顯。綜合分析各種物理機(jī)制，對(duì)其中部分震蕩特性進(jìn)行了解析與探討。

CORS站；中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)；傅里葉變換；季節(jié)性因素

2012年中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)正式建成，該網(wǎng)絡(luò)包含基準(zhǔn)網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)3大部分。其中基準(zhǔn)網(wǎng)包含有260個(gè)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站，基本均勻覆蓋我國(guó)全境[1]。西北地區(qū)有鹽池站（YANC）、西寧站（XNIN）、德令哈站（DLHA）、西安站(XIAA)、烏魯木齊站（URUM）、烏什站（WUSH）、塔什庫(kù)爾干（TASH）7個(gè)CORS站列入陸態(tài)網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)，并參與了中國(guó)2000大地坐標(biāo)系的建立與維持。眾多研究顯示，西北地區(qū)長(zhǎng)期受到印度洋板塊和歐亞板塊的碰撞作用，構(gòu)造活動(dòng)十分活躍，對(duì)CORS站的影響是不容忽視的。針對(duì)CORS站運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究越來(lái)越受到重視，張?jiān)娪竦萚1,2]通過(guò)研究中國(guó)大陸GPS基準(zhǔn)站垂直氣象“激發(fā)”發(fā)現(xiàn)地下水季節(jié)性變化以及氣壓負(fù)荷對(duì)測(cè)站垂向位移影響較大；張飛鵬等[3]利用氣壓、非潮汐負(fù)荷、積雪和地表水負(fù)荷模型解釋了大部分地殼垂向位移；董大南等[4]利用半平面解析數(shù)學(xué)模型推算溫度變化對(duì)GPS測(cè)站垂向位移影響小于0．5 mm。本文結(jié)合眾多學(xué)者的研究成果，針對(duì)西北地區(qū)幾個(gè)運(yùn)動(dòng)活躍的CORS站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，并對(duì)其中一些機(jī)制進(jìn)行了探討與驗(yàn)證。

1 測(cè)站概況

鹽池站、西寧站、德令哈站、西安站、烏什站、塔什庫(kù)爾干站整體數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，具體測(cè)站概率位置如表1所示。

表1 西北地區(qū)所選CORS站概率位置坐標(biāo)

2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

2.1 GAMIT基線(xiàn)解算

選取2010-07～2013-03共6個(gè)測(cè)站的連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，采樣歷元1 d，坐標(biāo)解算采用GAMIT（10．40版）/GLOBK（10．0版）軟件。GAMIT解算之前要進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、表文件更新和參數(shù)設(shè)置等。參數(shù)設(shè)置主要包括精密星歷或廣播星歷的選取、衛(wèi)星截止高度角設(shè)置、對(duì)流層參數(shù)估計(jì)采樣間隔設(shè)置、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)、站點(diǎn)坐標(biāo)約束。具體解算流程包括命名工程鏈表文件、預(yù)處理程序、生成星歷表文件、生成鐘差文件、生成K文件和X文件、生成批處理程序，最終運(yùn)行批處理程序生成結(jié)果文件和精度檢驗(yàn)。

2.2 GLOBK平差處理

GLOBK平差處理過(guò)程為：①將GAMIT生成的基準(zhǔn)網(wǎng)站點(diǎn)ASCII碼單天H文件使用htoglb命令生成二進(jìn)制式的單天H文件；②合并產(chǎn)生單日松弛解文件；③產(chǎn)生單日松弛解的時(shí)間序列并進(jìn)行重復(fù)性檢驗(yàn)；④ 對(duì)于基準(zhǔn)站將通過(guò)重復(fù)性檢驗(yàn)的單天H文件按年積日進(jìn)行合并，得到所有基準(zhǔn)站點(diǎn)單日的H文件，為下一步的“非基準(zhǔn)方法”平差工作打好基礎(chǔ)；⑤對(duì)單日松弛解成果采用“非基準(zhǔn)方法”進(jìn)行平差；⑥選擇ITRF97參考框架的參考站；⑦求得測(cè)站坐標(biāo)和速度。

3 測(cè)站相對(duì)坐標(biāo)時(shí)間序列分析

CORS站經(jīng)過(guò)GAMIT/GLOBK軟件解算單日解，匯總之后便形成了每個(gè)測(cè)站的相對(duì)坐標(biāo)時(shí)間序列，基準(zhǔn)統(tǒng)一歸算至2000歷元，歷元間隔1 d。本文僅對(duì)6個(gè)CORS站垂直方向相對(duì)坐標(biāo)時(shí)間序列進(jìn)行研究，具體解算后垂向相對(duì)坐標(biāo)序列如圖1所示。

圖1 CORS站垂直方向相對(duì)坐標(biāo)序列

從圖1可以看出，6個(gè)CORS站的垂直方向相對(duì)坐標(biāo)時(shí)間序列基本平穩(wěn)，沒(méi)有明顯的線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，主要表現(xiàn)為縱向反復(fù)震蕩。解算的時(shí)間序列存在較多粗差及間斷點(diǎn)，說(shuō)明這些測(cè)站自2010年連續(xù)觀測(cè)以來(lái)仍然處于不穩(wěn)定期。

將上述解算的6個(gè)測(cè)站垂向相對(duì)坐標(biāo)序列進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要包括剔除粗差和擬合間斷點(diǎn)，其中粗差探測(cè)主要根據(jù)GAMIT/GLOBK軟件處理后的結(jié)果精度進(jìn)行判定，間斷點(diǎn)擬合方法主要采用差值方法。

快速傅里葉變換[5]（FFT）是提取非線(xiàn)性時(shí)間序列中頻譜信號(hào)的常用辦法。它通過(guò)將時(shí)間序列正交分解到一族三角函數(shù)或者復(fù)數(shù)函數(shù)上，揭示信號(hào)內(nèi)在頻率特性和信號(hào)時(shí)間特性與頻率特性之間的關(guān)系，從而導(dǎo)出信號(hào)頻譜、濾波等。

將上述6個(gè)CORS站垂向相對(duì)坐標(biāo)序列進(jìn)行快速傅里葉變換，提取其中的主要周期頻譜特征，見(jiàn)表2。

表2 CORS站垂向相對(duì)坐標(biāo)序列包含的主要頻譜特性及振幅

從表2可以看出，6個(gè)CORS站垂直方向的主要周期頻譜都比較相似，以1 a周期頻譜和0．5 a頻譜最為明顯，影響最具普遍性。這與孫付平[6]利用全國(guó)GPS測(cè)站檢測(cè)分析的結(jié)果是吻合的。

水平方向由于長(zhǎng)期受到板塊碰撞擠壓，線(xiàn)性漂移明顯，通過(guò)速度場(chǎng)歸算基本能夠消除，垂直方向非線(xiàn)性位移則較為復(fù)雜。通過(guò)閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)結(jié)合這些測(cè)站所處環(huán)境的溫度、濕度、氣壓等氣象因素進(jìn)行分析，測(cè)站位于季節(jié)分明地區(qū)受季節(jié)性因素的影響最大[4,6,7]，測(cè)站所處的基巖受熱脹冷縮效應(yīng)影響可以達(dá)到mm量級(jí)，對(duì)于測(cè)站位移的影響不容忽視。另外地下水季節(jié)性分布變化在西北地區(qū)也是非常明顯的，對(duì)該地區(qū)CORS站的位移的影響也較大。中國(guó)區(qū)域GPS基準(zhǔn)站中地處西北地區(qū)的測(cè)站非線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)規(guī)律明顯，是具體量化這些地球物理因素的重要數(shù)據(jù)參考。

[1] 張?jiān)娪?鐘敏．我國(guó)GPS基準(zhǔn)站地殼垂直位移周年變化的氣象激發(fā)[J]．測(cè)繪科學(xué), 2004,29(2):33-35

[2] 張?jiān)娪瘢覈?guó)GPS基準(zhǔn)站垂直位移季節(jié)性變化研究[D]．武漢:中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所,2004

[3] 張飛鵬,董大南,程宗頤,等．利用GPS監(jiān)測(cè)中國(guó)地殼的垂向季節(jié)性變化[J]．科學(xué)通報(bào),2002,47(18):1 370-1 372

[4] Dong D N,Fang P,Bock Y,et al．Anatomy of Apparent Seasonal Variations from GPS Derived Site Position Time Series[J]．Journal of Geophysical Research,2002, 107(B4): 1-16

[5] 曲國(guó)慶．非線(xiàn)性大地測(cè)量信號(hào)小波分析理論與方法[M]．北京:測(cè)繪出版社,2010

[6] 孫付平,田亮,門(mén)葆紅,等．GPS測(cè)站周年運(yùn)動(dòng)與溫度變化的相關(guān)性研究[J]．測(cè)繪學(xué)報(bào),2012,41(5):723-728

[7] 閆昊明,陳武,朱耀仲,等．溫度變化對(duì)我國(guó)GPS臺(tái)站垂直位移的影響[J]．地球物理學(xué)報(bào),2010,53(4):825-832

[8] 成英燕．ITRF2008框架簡(jiǎn)介[J]．大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué),2012,32(1):47-50

P228.41

B

1672-4623（2015）02-0140-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.02.049

宋志揚(yáng)，工程師，主要從事大地測(cè)量工作。

2014-07-04。

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（D040102）；大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目（SKLGED2013-4-5-E）。