【摘 要】
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自2002年3月发射起,由德国和美国联合研制的重力恢复与气候实验卫星提供高精度和高时空分辨率的地球重力场,为定量研究地球表面质量重分布,特别是水储量变化提供新途径,在全球水文环境变化研究中被广泛应用。东北三省作为我国重要的农业、工业生产基地,开展针对该地区水储量变化的监测和分析工作对实现水资源可持续利用与社会经济发展具有重要现实意义。本文详细阐述了利用GRACE时变重力场数据反演陆地水储量变化基本
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自2002年3月发射起,由德国和美国联合研制的重力恢复与气候实验卫星提供高精度和高时空分辨率的地球重力场,为定量研究地球表面质量重分布,特别是水储量变化提供新途径,在全球水文环境变化研究中被广泛应用。东北三省作为我国重要的农业、工业生产基地,开展针对该地区水储量变化的监测和分析工作对实现水资源可持续利用与社会经济发展具有重要现实意义。本文详细阐述了利用GRACE时变重力场数据反演陆地水储量变化基本原理,基于2002年4月至2017年6月GRACE数据,采用组合滤波削弱原始数据中的南北条带误差和高频误差,再使用尺度因子法抑制泄漏误差,获得东北三省陆地水储量变化,扣除GLDAS数据模拟的土壤水和冰雪等效水之和,获得东北三省地下水储量变化,最终将水储量计算结果与地下水监测井实测值和降雨量对比分析。研究结果表明:东北三省陆地水储量变化率呈现由北向南递减的趋势,北部地区水储量增加,南部地区减少。2002-2017年长期变化率分别为辽宁省-0.26cm/a、吉林省0.21cm/a和黑龙江省0.89cm/a。长期变化率虽不同,但地理位置相近、气候条件类似使其陆地水储量在较短时间段内呈现相似的变化趋势。2002-2008年都呈现减少的趋势,变化速率分别为辽宁省-0.27cm/a、吉林省-0.46cm/a和黑龙江省-0.72cm/a。2008-2013年都呈现增加的趋势,变化速率分别为辽宁省1.85cm/a、吉林省1.47cm/a和黑龙江省2.07cm/a。2013-2017年都呈现减少的趋势,变化速率分别为辽宁省-2.78cm/a、吉林省-1.34cm/a和黑龙江省-0.73cm/a。在地下水储量变化方面,2002-2017年,GRACE卫星探测到辽宁省地下水储量长期变化速率为-0.48cm/a,吉林省长期变化速率为-0.11cm/a,黑龙江省长期变化速率为0.66cm/a,是东北三省中唯一增加的省份。2013-2017年,东北三省地下水储量都呈现减少的趋势,变化速率分别为辽宁省-2.19cm/a、吉林省-1.34cm/a和黑龙江省-0.60cm/a。GRACE与GLDAS计算的陆地水储量在东北三省年际变化较为一致,相关系数分别为辽宁省0.68、吉林省0.72和黑龙江省0.78,具有较强的相关性。GRACE反演的地下水储量变化与地下水监测井实测水位变化也较为符合,表明运用GRACE探测东北三省水储量变化具有一定的可靠性。降雨是东北三省陆地水储量的主要补给来源,东北三省陆地水储量与降雨量变化较为符合,年际变化相关系数分别为辽宁省0.52、吉林省0.60和黑龙江省0.68。在降雨较少的干旱年份,GRACE反演的陆地水储量显著减少。地下水储量与降雨量在年际变化相关性较差,但年内变化较为一致,地下水储量较降雨量存在明显的时滞性。综上所述,本文针对东北三省开展的陆地水及地下水储量变化研究,为GRACE数据处理方法和模型选取提供参考,揭示了东北三省水储量长期变化信息,以期为该地区社会经济发展和水资源可持续利用提供参考。
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