譚偉杰，許雪晴，董大南,2，陳俊平，吳 斌

1. 中國科學(xué)院上海天文臺，上海 200030； 2. 華東師范大學(xué)空間信息與定位導(dǎo)航上海高校工程研究中心，上海 200241； 3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100039

譚偉杰，許雪晴，董大南,等.溫度變化對中國大陸三維周年位移的影響[J].測繪學(xué)報，2017,46(9)：1080-1087.

10.11947/j.AGCS.2017.20160628.

TAN Weijie,XU Xueqing,DONG Danan,et al.Thermoelastic Seasonal Deformation in Chinese Mainland[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(9):1080-1087. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20160628.

溫度變化對中國大陸三維周年位移的影響

譚偉杰1,3，許雪晴1，董大南1,2，陳俊平1，吳 斌1

1. 中國科學(xué)院上海天文臺，上海 200030； 2. 華東師范大學(xué)空間信息與定位導(dǎo)航上海高校工程研究中心，上海 200241； 3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100039

除了地表質(zhì)量重新分布外，地表溫度變化是影響地表周年變化的另一重要成因。本文利用全球溫度變化數(shù)據(jù)，基于三維全空間熱彈性形變模型，計算溫度變化在中國大陸引起的地表熱彈性形變，并討論它對中國大陸三維周年位移的影響。結(jié)果表明，溫度變化引起的地表周年變化振幅在毫米量級。中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)(簡稱：陸態(tài)網(wǎng)絡(luò))GPS臺站受地表溫度變化影響最大的臺站是HLAR(海拉爾)，東向、北向以及垂向的周年振幅矢量和為～2.293 mm；影響最小的臺站是HIYS(永暑礁)，東向、北向以及垂向的周年振幅矢量和為～0.177 mm。為了說明溫度變化對地表周年形變的影響，本文聯(lián)合GRACE以及物質(zhì)負(fù)荷模型(MODEL)研究中國大陸地表三維周年位移?？紤]溫度變化后的MODEL、GRACE獲取的地表周年形變在東向、北向、垂向的周年信號分別改進(jìn)了6%、6%、2%；16%、5%、15%。結(jié)果表明,溫度變化是物質(zhì)負(fù)荷以外引起大陸地表形變的重要因素。

陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)；周年形變；溫度變化；熱彈性形變

地面溫度變化導(dǎo)致物質(zhì)熱脹冷縮是影響地殼形變的重要因素。溫度變化引起的地表形變，最為顯著的是周年性變化。近年來，許多學(xué)者針對溫度變化對GPS臺站垂直位移的影響展開研究[1-6]。文獻(xiàn)[1]給出了基于半無限空間模型由地表溫度變化引起的地殼垂向位移公式，結(jié)果表明溫度變化引起的地表垂向周年性形變不足0.56 mm。文獻(xiàn)[2]在此基礎(chǔ)上，利用實測的溫度數(shù)據(jù)，計算溫度變化對地殼形變的影響，結(jié)果顯示溫度最大能引起～1.3 mm形變。文獻(xiàn)[3]考慮中國區(qū)域GPS臺站地下基巖以及地上安裝GPS天線的水泥墩受溫度變化的影響，計算溫度變化引起的臺站垂向位移最大周年振幅可達(dá)2.8 mm。但以上研究都基于半無限空間近似假定，因此水平向的位移恒為零，這顯然是對實際地球過于簡化的假定的結(jié)果。文獻(xiàn)[4]將GPS測站垂直方向位移時間序列與溫度變化進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示二者高度相關(guān)，說明溫度變化對測站的周年變化影響確實存在。文獻(xiàn)[5]分別考慮了低、中、高緯度的測站溫度變化對測站垂向位移的影響，結(jié)果顯示中緯度地區(qū)測站受溫度變化影響較大。然而，這些研究也僅限于垂直方向，沒有討論地表溫度變化和水平位移的關(guān)系。

文獻(xiàn)[6—7]研究了半無限空間模型下水平溫度梯度場產(chǎn)生的水平方向的熱彈性形變。但該模型有很大的局限性。因為實際地球是球形的，在球形地球上一個水平方向溫度梯度的存在必然在繞地球表面的反向也存在水平溫度梯度，必須計算來自各方面的溫度梯度造成的熱彈性形變才能得到正確的結(jié)果。文獻(xiàn)[8]給出了在地心靜止的約束下地表溫度場引起的球形地球模型的熱彈性形變解。該研究為筆者研究地表溫度場引起的大陸地表三維周年形變提供了理論基礎(chǔ)。隨著陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)二期工程的建成，260個GPS連續(xù)臺站廣泛分布在中國大陸地區(qū)，其高時空分辨率的特性，為研究大陸地殼運動以及相應(yīng)的地球物理機(jī)制提供了海量觀測數(shù)據(jù)。本文利用陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)連續(xù)觀測臺站近3 a的GPS觀測數(shù)據(jù)，計算了所有臺站的坐標(biāo)時間序列，分析了陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GPS臺站周年位移。為了對比溫度變化與其他因素對GPS臺站周年位移的影響，本文還聯(lián)合GRACE重力觀測數(shù)據(jù)，大氣、海洋非潮汐、積雪與土壤水等負(fù)荷模型資料計算其對中國大陸地表三維周年變化的貢獻(xiàn)。同時利用實測溫度數(shù)據(jù)，研究溫度變化對陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GPS臺站周年位移的影響。

1 方法與數(shù)據(jù)

1.1 溫度數(shù)據(jù)及熱彈性形變計算方法

假設(shè)一個地心球面坐標(biāo)系，半徑為r=a，余緯為θ，經(jīng)度為φ。在此坐標(biāo)系下可以寫出由頻率為ω的周期性地表熱能變化引起的溫度傳導(dǎo)方程，通過貝塞爾函數(shù)jn和球諧系數(shù)Ynm的形式，該方程可寫成[6-7,9-10]

(1)

為了獲取總的地表熱彈性形變，需要確定Unm、Vnm同溫度球諧系數(shù)Tnm之間的關(guān)系，在文獻(xiàn)[8]的三維熱膨脹模型中，垂向和水平向的熱彈性形變完整解分別表示為式(2)的形式

(2)

本文計算地表熱彈性形變所采用的溫度數(shù)據(jù)來自NOAA(http:∥esrl.noaa.gov)，NASA提供的全球地表溫度變化數(shù)據(jù)來源于衛(wèi)星搭載的中型成像光譜儀MODIS表面排放，其溫度數(shù)據(jù)不包括海平面溫度變化數(shù)據(jù)。本文計算選用處于地面以下0～10 cm的溫度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采樣率為天，格網(wǎng)為0.5°×0.5°，時間跨度為2000年1月—2013年12月。根據(jù)以上介紹的三維熱彈性形變模型，可以計算出由于溫度變化引起的地表形變。

1.2 GPS、GRACE以及地球物理模型數(shù)據(jù)

本研究基于陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)2011年2月—2013年12月，GPS連續(xù)觀測臺站在ITRF2008框架下的單日坐標(biāo)序列進(jìn)行。GPS臺站坐標(biāo)時間序列由上海天文臺陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理中心提供，GPS數(shù)據(jù)的詳細(xì)處理方法見文獻(xiàn)[11]。利用QOCA(Quasi-observation combination analysis)軟件(http:∥gipsy.jpl.nasa.gov/qoca)對測站坐標(biāo)序列進(jìn)行分析，通過時間序列擬合獲取237個有效的GPS臺站坐標(biāo)季節(jié)性變化，本文取其中的周年變化。

本文利用CSR(Center for Space Research)提供的RL-05版本的GRACE 2011.0—2014.0年的60階重力場球諧系數(shù)，計算地表形變。由于這里只使用GRACE前60階重力系數(shù)，存在著高階截斷誤差，筆者采用高斯平滑算子進(jìn)行濾波計算，高斯平滑半徑取500 km[12]。由于GRACE測定的二階球諧系數(shù)不夠準(zhǔn)確，采用SLR(satellite laser ranging)技術(shù)得到的C20結(jié)果取代GRACE得到的C20系數(shù)進(jìn)行運算[13]。GRACE與GPS處于不同的參考框架，需要加入地心的球諧系數(shù)，本文采用文獻(xiàn)[14]提供的地心結(jié)果。由于GPS監(jiān)測到的地形變中包含著大氣和海洋非潮汐的影響，還需要加上大氣和海洋非潮汐GAC模型數(shù)據(jù)，GAC模型取前60階重力場球諧系數(shù)進(jìn)行計算。

本文采用NCEP(National Centers for Envi-ronmental Prediction)(http:∥www.esrl.noaa.gov)提供的氣壓數(shù)據(jù)資料，GLDAS(Global Land Data Assimilation System)的Noah模型[15-16]，ECCO(Estimating the Circulation & Climate of the Ocean)(http:∥ecco.jpl.nasa.gov/)非潮汐海洋模型計算大氣，積雪和土壤水，海洋非潮汐質(zhì)量負(fù)荷在陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GPS連續(xù)臺站站點位置的產(chǎn)生的地表形變。以上模型均選用2011.0—2014.0的數(shù)據(jù)，按照地表質(zhì)量負(fù)荷引起地球彈性形變的格林函數(shù)方法計算地面形變[17]。

2 溫度變化對大陸地表周年性形變的影響

2.1 中國大陸三維熱彈性形變

本文基于溫度變化引起球形地球地表三維形變模型[8]，計算了全球溫度變化對中國大陸區(qū)域GPS連續(xù)臺站基巖三維位移的影響(如圖1所示)。計算結(jié)果顯示，大陸地區(qū)與溫度相關(guān)的熱彈性形變周年變化在東向的均值～0.239 mm，北向的均值～0.875 mm，垂向的均值～1.011 mm；溫度變化引起的周年形變振幅東向最大的～1.332 mm，北向最大～1.230 mm，垂直～1.990 mm。陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GPS臺站中受地表溫度變化影響最大的是臺站HLAR(海拉爾)，東向、北向以及垂向的周年形變振幅矢量和為～2.293 mm；影響最小的是臺站是HIYS(永暑礁)，東向、北向以及垂向的周年形變振幅矢量和為～0.177 mm。本文的計算結(jié)果與文獻(xiàn)[8]的結(jié)果類似，溫度變化引起的熱彈性形變周年振幅在高程方向最大～2 mm，水平方向最大～1 mm。文獻(xiàn)[3]計算的中國23個基準(zhǔn)站受溫度變化引起的垂向形變結(jié)果顯示，周年形變最大的是BJFS，振幅～2.8 mm，最小的KMIN和XIAG，振幅～0.4 mm。與本文的結(jié)果存在差異。這是因為文獻(xiàn)[3]不僅考慮了溫度對地表巖石的影響，還計算了溫度變化對地表以上安裝GPS天線的水泥墩和金屬桿的影響。此外，他們使用的是格網(wǎng)間距為2.5°的全球溫度場數(shù)據(jù)，且只考慮基準(zhǔn)站本地的溫度變化對臺站的影響。而本文考慮全球溫度變化在陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GPS連續(xù)臺站上引起的形變。他們的計算方法是基于半無限空間的近似假定，而本文利用球狀地球模型進(jìn)行計算。因此二者的計算結(jié)果存在差異。

圖1示意東向，北向，垂向3方向溫度變化引起的陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GPS臺站周年形變。周年振幅相位擬合模型：Asin(ω(t-t0)+φ)，其中，A是振幅，ω是角頻率，φ是相位。矢量長度表示地表形變周年性振幅(簡稱振幅)，矢量的方向表示地表形變周年變化的初相位φ(簡稱相位)。溫度變化在垂向、北向上影響較大(見圖1(a)、圖1(b))，尤其在中高緯度地區(qū)，兩個方向周年振幅～1 mm，這是因為溫度場的分布在南北向顯著。東向在中國東部沿海地區(qū)引起的地表形變較大，而在內(nèi)陸地區(qū)引起的地形變較小(見圖1(c))。這是因為本文沿襲文獻(xiàn)[3]的計算方案，假定海底和南極格陵蘭冰蓋底部陸地的溫度場變化可以忽略的緣故。這個假定當(dāng)然還有改進(jìn)的空間，作為一級近似是可以接受的。由圖1(a)可知，垂直方向上溫度變化引起的最大的形變發(fā)生在每年的7、8月份，此時正是北半球的夏季溫度最高的時候。此時由于溫度較高，地面膨脹，引起較為顯著的地表形變。北向上，溫度變化引起的最大形變在冬季，這是由于冬季南北半球溫差顯著受溫度梯度影響，北半球地表由南向北運動[18]。

溫度變化幅度是與緯度高度相關(guān)的，由溫度變化引起的地表形變亦是。隨著緯度的升高，三維地表形變由最小值0.177 mm，增加至2.293 mm。在中高緯度地區(qū)(40°N以上)，溫度變化引起的形變皆>1.5 mm，而在低緯度地區(qū)(25°N以下)，溫度變化引起的地表形變皆<1 mm。因此，溫度變化引起的熱彈性形變在中國北方影響較大。

注：周年振幅相位擬合模型：Asin(ω(t-t0)+φ)，其中A是振幅ω是角頻率，φ是相位。矢量長度表示地表形變周年性振幅(以下簡稱振幅)，矢量的方向表示地表形變周年變化的初相位φ(以下簡稱相位)(本圖為專題內(nèi)容示意圖，不涉及國家版圖信息)圖1 溫度變化引起的中國大陸地表三維周年性形變Fig.1 Annual terms of the 260 sites in Chinese mainland for the thermoelastic seasonal deformation

2.2 熱彈性形變對中國大陸三維地表周年性形變的貢獻(xiàn)

為了對比溫度變化與其他地球物理因素對地表周年位移的影響，筆者首先分析了GPS、GRACE以及物質(zhì)負(fù)荷模型(MODEL)獲取的大陸地表三維的周年性形變信號，再探討熱彈性形變對大陸三維周年形變的貢獻(xiàn)。

2.2.1 GPS、GRACE、MODEL獲取大陸地表形變周年信號

圖2為GPS、GRACE、MODEL 3種手段獲取的陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GPS臺站東向、北向、垂向周年變化分布。垂直方向上，GPS監(jiān)測到的中國區(qū)域地表周年形變平均振幅～5.452 mm(見表1)，其中振幅大于7 mm的形變主要集中在川滇區(qū)域。如圖2所示，中國大陸大部分區(qū)域垂向形變振幅最大在6月底，相位～270°。而川滇、西藏、青海等地，區(qū)域地形變最大值多在3月底，相位～0°。文獻(xiàn)[19]等計算陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)23個基準(zhǔn)站周年形變的結(jié)果顯示，GPS獲取的大陸周年振幅均值～5.98 mm。其中周年活動明顯的臺站分別是XIAG(9.43 mm)，KMIN(9.13 mm)，URUM(8.50 mm)，LHAS(7.17 mm)，這些臺站均分布在云南(XIAG、KMIN),新疆(URUM)，西藏(LHAS)。此外，KMIN、XIAG兩個臺站周年振幅較其他區(qū)域存在明顯的相位差。因此，本文的計算結(jié)果與文獻(xiàn)[19]等的計算結(jié)果相近。同樣，最新的陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GPS觀測結(jié)果[19]也與本文的計算結(jié)果相同。

將GPS獲取的地表形變周年信號(記為GPS)，與GRACE監(jiān)測的質(zhì)量重新分布反演獲得的周年性信號(記為GRACE)，以及由大氣、海洋非潮汐、積雪與土壤水4種物質(zhì)負(fù)荷引起GPS臺站周年變化的綜合效應(yīng)(記為MODEL)進(jìn)行對比(圖2)，可以考察物質(zhì)負(fù)荷部分對周年形變的貢獻(xiàn)比例及其和觀測結(jié)果的差異，便于進(jìn)一步研究觀測技術(shù)的系統(tǒng)誤差和潛在的產(chǎn)生觀測得到的周年形變的貢獻(xiàn)源。

在垂直方向上(如圖2(c))，整個大陸東部和北部地區(qū)的相位在270°～290°，西藏、青海、川滇區(qū)域的相位超前了將近90°，在0°左右。川滇區(qū)域的垂直地形變周年振幅比其他區(qū)域地形變周年振幅大。總體而言，3種手段獲取的地形變周年性變化在垂直方向上具有較好的一致性。GRACE獲取的垂向形變振幅均值～4.567 mm，MODEL獲取的垂向形變振幅均值～4.313 mm。GPS監(jiān)測的地面形變垂直方向周年變化振幅偏大，相位與GRACE和MODEL計算的結(jié)果有一定差異。分析表明，振幅差在3 mm之內(nèi)的臺站占全部臺站的80%。GPS與GRACE相位差值在40°范圍內(nèi)的臺站占全部臺站的75%，GPS與MODEL相位差值在40°范圍內(nèi)的臺站占全部臺站的90%。此外，與GPS相比，GRACE與MODEL周年信號吻合度更高。

與垂直方向相比較，水平方向上3種觀測手段獲取的周年形變信息吻合度較低(圖2(a)，(b))。統(tǒng)計顯示(表1)，東向上，MODEL給出的地表周年性形變均值～0.451 mm，只占GPS觀測的形變～40%；而GRACE在東向周年振幅約占GPS觀測的～50%。在北方向，GRACE和MODEL的結(jié)果分別是GPS觀測結(jié)果的～40%、～64%。GPS獲取的周年形變結(jié)果顯示:北方向上，形變達(dá)到峰值時在每年的1—2月份；東向周年振幅最值多發(fā)生在夏季，約每年的5—6月。GPS獲取的周年信號相位與GRACE、MODEL的周年相位差異較大。而與垂直方向相同的是，GRACE與MODEL相位和振幅吻合度較高，而二者與GPS的相位差都超過60°。

表1GPS、GRACE、MODEL，考慮溫度影響的MODEL，GRACE獲取的中國區(qū)域地表周年形變平均振幅

Tab.1 Average annual amplitude derived from GPS,MODEL,GRACE,and plus thermoelastic deformation mm

無論在垂直方向，還是水平方向，物質(zhì)負(fù)荷能夠解釋部分GPS監(jiān)測的周年信號，然而扣除負(fù)荷形變后GPS周年項仍有較大殘余。這個結(jié)果與之前的計算結(jié)果一致[1,18,21]。目前，國內(nèi)外針對GPS周年信號的殘余項開展了很多研究，如文獻(xiàn)[22]利用地下水資料，解釋了美國加州地區(qū)周年信號異常的臺站；文獻(xiàn)[23]發(fā)現(xiàn)亞馬遜河流域未能準(zhǔn)確約束的地表水位變化是GPS殘余項的重要原因。而這些解釋只是針對某些特定區(qū)域的局部周年信號。在全球范圍內(nèi)，GPS殘余項仍無法給出明確的解釋，這極有可能源于觀測手段的系統(tǒng)誤差、地表負(fù)荷模型的模型誤差，以及其他非物質(zhì)負(fù)荷的策動源。

2.2.2 熱彈性形變對大陸地表年形變的貢獻(xiàn)

溫度場熱彈性形變是很重要的非物質(zhì)負(fù)荷形變源。由2.1節(jié)可知，熱彈性形變是影響大陸地表形變一個不可忽略的因素。GPS直接觀測地面形變，包括物質(zhì)負(fù)荷和溫度場變化等的貢獻(xiàn)。然而，GRACE觀測獲取的是重力場系數(shù)，它僅與地表物質(zhì)分布有關(guān)，溫度場引起熱彈性效應(yīng)并不改變地表物質(zhì)分布，不會改變重力場。因此，GRACE解不受溫度變化熱彈性效應(yīng)的影響。物質(zhì)負(fù)荷模型也僅推算物質(zhì)負(fù)荷引起的那一部分形變，與溫度變化無關(guān)。換言之，溫度場熱彈性形變信息不包括在GRACE和MODEL反演地表周年信號中，而GPS獲取的地表周年信號中有。為了便于比較分析，筆者將溫度變化引起的地表周年變化信息疊加到MODEL以及GRACE反演的地表周年信號中(圖3)，詳細(xì)討論溫度變化對GPS臺站周年形變的貢獻(xiàn)。

如圖3所示，考慮溫度變化后，3種手段獲取的地表形變周年信號相位和振幅上差異明顯縮小。數(shù)值上(表1)，考慮地表溫度變化引起的地表周年性形變后，GPS與GRACE以及MODEL的結(jié)果吻合程度更高。此外，筆者按照以下公式

(3)

計算考慮溫度變化后的MODEL(GRACE)計算的周年結(jié)果與GPS差別的扣除率。式中，AG、Am代表從GPS觀測和MODEL(GRACE)的周年振幅；Δφ表示GPS周年信號和MODEL(GRACE)相位差。式(3)所定義的扣除率可能是負(fù)的，這意味著GPS的周年振幅經(jīng)過物質(zhì)負(fù)荷以及溫度變化引起的形變修正后變得比原來的振幅大。經(jīng)過計算得到，溫度變化加上MODEL對GPS東向、北向、垂向的周年形變差別的扣除率約占GPS觀測的36%、47%、59%；未加上溫度變化貢獻(xiàn)的MODEL對GPS差別的扣除率占GPS觀測的30%、41%、57%。因此，溫度變化對MODEL和GPS東向、北向、垂向的周年信號的吻合程度的改進(jìn)率約為6%、6%、2%。溫度變化加上GRACE對GPS北向、東向、垂向的周年形變差別的扣除率約占GPS觀測的38%、45%、62%；而單純的GRACE對GPS差別的扣除率占GPS的22%、40%、47%。因此，溫度變化對GRACE和GPS東向、北向、垂向的周年信號的吻合程度的改進(jìn)率約為16%、5%、15%。

此外，在川滇地區(qū)，考慮溫度變化后的MODEL結(jié)果與GPS的周年信號相位差反而增大了；而GRACE的結(jié)果與GPS的周年信號吻合得更好。這表明很有可能有一些大尺度物質(zhì)遷移在MODEL中缺少而實際上發(fā)生了，因而同時被GRACE和GPS觀測到了。注意到川滇區(qū)域地處青藏高原邊緣地區(qū)，每年春夏有大量的冰雪融化引起的強(qiáng)烈的地表徑流，本文采用的MODEL中不包含地表徑流信息，可能導(dǎo)致該項差異。

3 結(jié) 論

地表周年性形變研究是研究地表大規(guī)模物質(zhì)遷移規(guī)律的重要方法。GPS、GRACE以及利用物質(zhì)負(fù)荷模型模擬計算地表形變是分析地表三維周年形變的重要手段。通過提高3種手段的精度以及開展3種手段獲取地形變的差異性研究，是更好的分析觀測技術(shù)的系統(tǒng)誤差以及潛在的地形變物理機(jī)制的重要手段。溫度變化引起的熱彈性形變也能引起地表的周年運動，但之前基于半無限空間熱傳導(dǎo)模型的研究，主要研究全球高程方向或者區(qū)域水平方向溫度變化的影響，低估了溫度變化對地表形變的影響。文獻(xiàn)[8]推導(dǎo)的均勻熱彈性位移解能夠估計全球范圍內(nèi)三維地表位移。本文基于此，分析溫度變化對陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GPS臺站三維位移的影響。

本研究利用全球溫度變化數(shù)據(jù)，結(jié)合最新的三維全空間熱彈性形變模型，計算中國大陸區(qū)域260個GPS臺站由溫度變化引起的三維周年地表形變。計算結(jié)果表明，溫度變化對我國陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GPS臺站影響較明顯，尤其是在25°N以上的區(qū)域，能引起～1 mm的周年形變。因此，溫度變化引起的熱彈性形變在中國區(qū)域的影響是不可忽略的，尤其在解釋這些區(qū)域測站位移變化時，需要考慮溫度變化才能更好地解釋GPS觀測到的形變的物理機(jī)制。

扣除已知的物質(zhì)負(fù)荷和溫度變化引起的周年形變，GPS觀測的周年信號中仍有殘余項。這可能源于以下原因：

(1) GPS獲取的周年形變信號不僅包括大尺度物質(zhì)遷移規(guī)律、溫度變化的影響，還包括區(qū)域負(fù)載如局部地區(qū)河流、谷地及農(nóng)田灌溉等負(fù)荷引起的地表形變[22-24]。而GRACE和MODEL反映的是大尺度物質(zhì)負(fù)荷效應(yīng)，GRACE對區(qū)域信息不敏感，MODEL中也不包括這些影響。

(2) 3種手段各自存在系統(tǒng)誤差，如GPS周年信號包含draconitic項[25]，地表物質(zhì)負(fù)荷資料時空間分辨率不足，GRACE信號中存在條帶誤差等。本文的研究結(jié)果表明地表溫度變化是引起地表季節(jié)形變的重要因素。事實上，還有很多因素等待進(jìn)一步研究，如孔隙彈性變形，將在后面的工作中繼續(xù)深入探討。

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Thermoelastic Seasonal Deformation in Chinese Mainland

TAN Weijie1,3,XU Xueqing1,DONG Danan1,2,CHEN Junping1,WU Bin1

1. Shanghai Astronomical Observatory, the Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200030, China; 2. Shanghai Research Center for Space Information and GNSS, East China Normal University, Shanghai 200241, China; 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

In this paper, we explore the thermoelastic seasonal deformation in Chinese mainland based on the 260 GPS sites of crustal movement observation network of China (CMONOC). The results show that the change of land surface temperature can induce remarkable surface deformation in China. The most affected site is HLAR in Inner Mongolia, China. Its seasonal amplitude of surface deformation is about ～2.293 mm. and the site HIYS in Hainan is the least affected. The seasonal amplitude of surface deformation is about ～0.177 mm. Applying the thermoelastic seasonal deformation information in GRACE data analysis and the Mass loading models (MODEL), refined three-dimensional seasonal deformation map are derived. Taking GPS measurements as references, refined results show that the annual deformation derived from the MODEL and the GRACE data have been improved by about 6%，6%，2%；16%，5%，15% in the east, north and height components respectively.

CMONOC; annual deformation; temperature changes; thermoelastic deformation

Crustal Movement Observation Network of China; The National Natural Science Foundation of China (Nos. 11373017；11673049；11673050；11273046); The Science and Technology Commission of Shanghai (No. 15511101602 ); 100 Talents Programme of the Chinese Academy of Sciences; The National High Technology Research and Development Program of China (No. 2014AA123102); State Key Laboratory of Geodesy and Earth’s Dynamics Grant(No. SKLGED2016-5-1-EZ)

TAN Weijie(1990—)，female，PhD，majors in crustal deformation.

P223

A

1001-1595(2017)09-1080-08

中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；國家自然科學(xué)基金(11373017；11673049；11673050；11273046)；上海市科學(xué)技術(shù)委員會科研計劃(15511101602)；中科院百人計劃；國家高863計劃(2014AA123102)；大地測量與地球動力學(xué)國家重點實驗室開放基金(SKLGED2016-5-1-EZ)

(責(zé)任編輯：陳品馨)

2016-12-26

修回日期： 2017-05-20

譚偉杰(1990—)，女，博士，研究方向為地殼形變研究。

E-mail： wjtan@shao.ac.cn