[發明專利]一種基于GRACE重力場反演分析陸地水儲量的方法

在審

• 申請號: 202211074918.1
• 申請日: 2022-09-02
• 公開（公告）號: CN115357856A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 欒奎峰;胡健聰;李瑩春;薛家盛;馮貴平;朱衛東;邱振戈
• 申請（專利權）人: 上海海洋大學
• 主分類號: G06F17/17
• 分類號: G06F17/17;G06F17/18
• 代理公司: 上海唯智贏專利代理事務所(普通合伙) 31293
• 代理人: 劉朵朵

本發明公開了一種基于GRACE重力場反演分析陸地水儲量的方法，屬于衛星重力學以及水文學等交叉技術領域。該方法包括：獲取GRACE、GRACE?FO和Swarm衛星重力場數據；使用所述Swarm衛星重力場數據補全所述GRACE和GRACE?FO之間衛星重力場數據的空白期，得到用于反演分析陸地水儲量的重力場數據；對其進行預處理及濾波，獲得基于重力場數據反演的陸地水儲量變化。本發明采用Swarm衛星重力場數據補全GRACE和GRACE?FO之間的空白期，實現了數據的連貫性；通過建立更精準的重力衛星數據后處理方法，提升了空間分辨率及數據精度，為陸地水儲量變化提供更為明確的分析思路。

技術領域

本發明涉及衛星重力學以及水文學等交叉技術領域，特別涉及一種基于GRACE重力場反演分析陸地水儲量的方法。

背景技術

陸地水儲量(TWS)是指儲存在地球表面上方和下方的所有形式的水，是全球水文循環的重要組成部分，與地球氣候系統中的水、能量等生物地球化學通量息息相關。

目前監測陸地儲水量變化的技術手段主要為利用GRACE與Swarm衛星時變重力場模型反演陸地水儲量并分析陸地水儲量變化。與此同時，為探究影響亞馬遜流域陸地儲水量變化的因素，需要將降雨量、地表溫度、蒸發量等因素一并納入考量之中。當前的估計方法包括：Lück等采用GRACE和Swarm月變重力場數據反演了海洋和亞馬遜流域質量變化，表明Swarm時間序列與GRACE結果相似，但噪聲更明顯；Cui等人聯合GRACE/GRACE-FO、Swarm衛星數據，計算出陸地水儲量變換速率；向艦等人聯合GRACE/GRACE-FO、Swarm和GLDAS水文模型數據反演了陸地水儲量變化，發現亞馬遜流域水儲量趨勢變化在2015年后干旱趨勢可能會加劇；Li等人利用Swarm、GRACE數據和水文模型模擬結果定量估計了亞馬遜流域在2015-2016年干旱時期的陸地水儲量不足，表明了Swarm衛星具有代替GRACE衛星探測極端干旱和洪水災害的潛力。但是目前在陸地水儲量變化的重力衛星中，普遍存在空間分辨率低的問題，且GRACE、GRACE-FO與Swarm重力場數據精度較低，而對于陸地水儲量變化的影響因素分析還略顯不足。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明總結了多類GRACE反演陸地水儲量的濾波組合方法，提出一種分析陸地水儲量的最優方法，旨在建立更精準的重力衛星數據后處理新方法以及探究與陸地水儲量變化相關性最高的影響因素，為陸地水儲量變化提供更為明確的分析思路。

為了達到上述目的，本發明提供了一種基于GRACE重力場反演分析陸地水儲量的方法，包括如下步驟：

(1)獲取GRACE、GRACE-FO和Swarm衛星重力場數據；

(2)使用所述Swarm衛星重力場數據補全所述GRACE和GRACE-FO之間衛星重力場數據的空白期，得到用于反演分析陸地水儲量的重力場數據；

(3)針對所述用于反演分析陸地水儲量的重力場數據進行預處理及濾波，獲得基于重力場數據反演的陸地水儲量變化。

進一步的，所述步驟3中的針對所述用于反演分析陸地水儲量的重力場數據進行預處理包括：

(3.1)使用海洋模型和所述GRACE衛星重力場數據解算得到的一階重力場系數來代替所述GRACE、GRACE-FO與Swarm重力場系數中的一階項；

(3.2)利用衛星激光測距SLR得到的二階項來代替所述GRACE、GRACE-FO與Swarm重力場系數中的二階項；

(3.3)采用ICE-5G(VM2)模型消除冰川均衡調整GIA對估計結果的影響。

進一步的，所述濾波采用的是P4M6去相關濾波與高斯300km濾波相結合的濾波算法。

本發明還提供了一種基于GRACE重力場反演分析陸地水儲量系統，其特征在于，包括：