鄧連生

湖北理工學院光谷北斗國際學院，湖北 黃石 435003

GPS坐標時間序列廣泛應用于參考框架建立與維持、地殼形變監(jiān)測、冰后回彈等高精度大地測量和地球動力學研究領域。幾乎所有的GPS坐標時間序列都呈現顯著的非線性變化特征(尤其是高程方向)，主要表現為冪律噪聲背景下顯著的周年、半周年周期特征。造成GPS坐標時間序列非線性變化的主要因素有：內部與GPS技術相關的未模型化誤差及外部造成地表質量遷移的環(huán)境負載效應(主要是大氣，水文，非潮汐海洋負載)。深入理解二者導致的GPS坐標時間序列變化，對于提高GPS坐標時間序列的信噪比，以及更合理地解釋測站所反映的實際運動、提升GPS觀測成果應用價值有著重要的實際意義，相關研究成果可以為建立毫米級地球參考框架這一大地測量學的新任務提供基礎，有助于更好地將大地測量成果推廣應用于冰蓋融化、海平面上升等全球性、大尺度范圍內的地球動力學現象的研究，具有重要的理論意義和實用價值。本文圍繞GPS坐標時間序列非線性變化的成因，深入研究了GPS數據處理未模型化誤差、環(huán)境負載效應等對GPS坐標時間序列非線性變化的影響。本文的主要研究內容如下：

(1) 定量計算了高階項電離層延遲(HOI)改正對全球IGS基準站坐標時間序列周期特征和噪聲特征的影響。經HOI改正后，基準站的噪聲類型未有顯著變化，但噪聲振幅有所降低，尤其是白噪聲振幅降低最為明顯。82%的基準站U方向上白噪聲振幅降低，68%的基準站N方向閃爍噪聲振幅降低。HOI延遲能夠解釋基準站部分周期變化特征，改正后分別有超過57%和66%的基準站周年和半周年振幅降低。

(2) 系統分析了HOI改正對中國地殼運動觀測網絡(CMONOC)基準站的影響，發(fā)現高階項電離層延遲是造成CMONOC基準站半周年變化(尤其是北向和垂直方向的半周年振幅)的主要因素；并且通過研究環(huán)境負載造成的地表質量遷移改正，探討了GPS未模型化誤差和地球物理效應的耦合關系，明確了兩者之間的相互作用對于合理解釋區(qū)域GPS坐標時間序列變化的重要性。

(3) 提出了參考框架定義方式對研究區(qū)域基準站坐標時間序列非線性變化的準則。通過分析全球參考框架和區(qū)域參考框架對區(qū)域基準站坐標時間序列非線性變化的影響，發(fā)現了由于基準定義所引入的誤差會造成坐標時間序列中未模型化誤差信號的淹沒；因此，建議分析GPS未模型化誤差對區(qū)域網的影響時，使用區(qū)域參考框架定義基準。

(4) 深入分析了全球IGS基準站的非線性變化特征，聯合GRACE時變重力場模型和GGFC環(huán)境負載模型，分析了環(huán)境負載位移序列對GPS高程坐標時間序列的修正效果。結果表明，利用GRACE和GGFC反演的地表質量遷移序列修正GPS序列后，分別能使得80.1%和73.7%的全球IGS基準站高程坐標時間序列的WRMS降低，修正后的時間序列的WRMS分別減小11.8%、5.6%。整體而言，GRACE反演的位移序列對GPS高程坐標時間序列的修正效果優(yōu)于GGFC的結果。

(5) 利用一階形變法基于最新的IGS解反演了地心運動，估計了截斷階數和平移參數對地心估計的影響。截斷階數為1～10階時，地心X、Y、Z3個方向與SLR序列的相關系數平均值為0.49、0.48、0.58。截斷階數為5階時，地心運動的振幅和相位與SLR結果最為接近。同時，平移參數的估計會導致相關系數有著不同程度的降低。且隨著截斷階數的增加，3個方向上與SLR結果的相關性減弱，尤其是X、Z方向的相關性降低最為明顯。