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自20世纪90年代以来,随着GPS技术的飞速发展,对国民经济生活和科学研究都有着巨大的影响。我国于“十一五”期间投资建设了国家重大科技基础设施“中国大陆构造环境监测网络”(简称陆态网络),该网络在中国大陆及周边地区建成了260个GPS连续观测站和2000余个GPS区域观测站,为中国大陆构建了一个高精度、高密度的监测网络。陆态网络主要用于监测中国大陆地壳运动、重力场形态及变化、大气圈对流层水汽含量变化及电离层离子浓度的变化,为研究地壳运动的时间、空间变化规律、构造形变的三维精细特征、地震短临阶段的地壳形变时间、空间变化特征、现代大地测量基准系统的建立和维持、汛期暴雨的大尺度水汽输送模型、中国上空电离层动态变化图像和空间天气等科学问题提供基础资料和产品。2012年以来,中国大陆构造环境网络中的GPS连续站积累了大量的观测资料,可获得高精度的坐标时间序列。这些观测资料可以帮助学者们对板块运动、同震形变、地球动力学等领域进行更深层次的研究。然而GPS时间序列中除了构造形变以外,受陆地水质量负荷、大气负荷、海潮负荷、热膨胀等环境负载的外界因素的干扰,使GPS观测时间序列中包含了很多非构造形变信息。虽然非构造形变的周期性成分对于大尺度构造形变的提取不会产生根本性的影响,但会对构建参考框架使参考框架产生周期性影响,通过对GPS连续站观测资料的分析,寻求非构造的地球物理源并对其进行改正是剥离非构造形变的根本途径,也是提高GPS观测成果的有效保证,同时对于板块运动以及地球动力学过程分析起到至关重要的作用。本文基于中国大陆构造环境监测网络GPS连续站的观测资料,围绕造成GPS非构造形变的因素,如陆地水负荷、大气负荷、非潮汐海洋负荷、热膨胀效应以及土层周期形变等,深入研究其对非构造形变不同时间、空间尺度下的影响。对于土层GPS连续站的非构造形变,提出了土层周期形变的研究方案,建立的静力水准测量连续观测站可对土层周期形变进行精确的测定。本文主要研究内容和成果如下:(1)概述了GPS的发展现状、近年来GPS非构造形变的主要研究成果,评述了GPS非构造季节性形变的研究意义与研究现状。论述了土层周期形变对GPS连续站非构造形变的影响。(2)论述了GPS观测的计算方法和误差来源,解算了中国大陆构造环境监测网络260个GPS连续站观测资料,获得站点三维坐标时间序列数据。分析了垂直向非构造形变中年周期信号和半年周期信号,并提取了垂直向非构造形变年周期信号。(3)计算了中国及周边地区的大气负荷形变量,并对陆态网络中30个GPS连续站进行改正。结果表明大气负荷可解释GPS非构造垂直向形变约9%的年周期振幅,WRMS平均可减小3%;非潮汐海洋负荷对沿海地区影响较大,而随着与海洋之间距离的逐渐增加,对内陆地区的影响逐渐变小。计算结果表明:在渤海和黄海沿海的非潮汐海洋负荷垂直形变可解释GPS非构造形变约11%的年周期振幅,且WRMS改善效果明显,平均可减小5%。但位于东海和南海沿海的GPS非构造形变与非潮汐海洋负荷形变相关性较低,导致改正后GPS非构造的振幅增大,WRMS没有得到改善。这可能与开放海域与封闭半封闭海域受到的影响不同有关,开放海域所受风暴潮、海洋热交换等复杂因素的影响几率更大,因此单纯的利用洋底压强对非潮汐海洋负荷进行计算是不够严谨的,需要对模型进行进一步完善。(4)热膨胀效应对GPS非构造形变影响是不可忽视的,热膨胀效应包括地上观测墩与地下基岩两部分受温度影响导致的形变。地上观测墩部分经过线性热膨胀公式进行计算,其结果可解释GPS非构造形变约5%的年周期振幅。但是由于陆态网络的GPS观测站全部都建设在房屋内,且部分房屋冬季会进行供暖,这使得大部分观测墩的热膨胀效应都被过高的估计。对比分析了两种基岩热传导模型,即半无限空间热传导模型与有限空间球体热传导模型。后者由于其模型顾及了有限空间的热衰减以及固定了地球的质心,其计算得到的结果相对于半无限空间热传导模型更大,物理意义也更明确。(5)基于GRACE时变重力场反演了陆地水负荷形变,结果表明:陆地水负荷形变与GPS相关性较高,与陆态网络中30个GPS连续站年周期项相关系数平均可达0.87。同时利用非线性自回归模型(NARX)基于GRACE与GLDAS数据模拟了8个GPS连续站的陆地水负荷形变日值结果,通过NARX模拟出的陆地水负荷形变值改正后可使GPS非构造WRMS减小1%-30%,改正效果较GLDAS平均可提高5%。(6)重点介绍了利用静力水准连续观测得到的土层周期形变,把李七庄基岩标水准测量成果与GPS连续观测的垂直向观测成果相联系,论述了水准测量成果、静力水准测量与GPS观测成果的同一同源性和不同之处。阐述了水准测量与GPS两种不同高程系统的关系。通过与水准测量数据的对比,验证了静力水准观测数据的可靠性,且静力水准连续观测的精度更高。通过观测得到的土层周期形变可解释CH01站约16%的年周期振幅。且该连续站的WRMS可减小约4%。通过静力水准连续观测成果对GPS非构造形变可以进行有效的改正,并且得到较好的效果,该方法也是目前土层周期形变最为有效的改正方法。(7)以天津市CORS网为研究对象,分析了天津市基本地质构造条件,发现宝坻断裂南北两侧沉积层厚度差异巨大,小空间尺度的土层周期形变仅适用于宝坻断裂以南地区。经计算土层周期形变可以解释天津地区GPS非构造形变约14%的年周期振幅,改正后GPS非构造时间序列WRMS平均可减小2%。对于WRMS没有得到改善的GPS连续站,对比分析附近的地下水位资料,结果表明:在地下水超采的区域,导致了土层含水量采补失衡,影响了土层周期形变。