地球物理效应对基准站非线性运动的影响

地球物理效应是造成GPS坐标时间序列非线性变化的三大主要因素之一，其主要包括环境负载和热膨胀效应。

环境负载对GPS基准站非线性运动的影响方面。环境负载包括非潮汐大气压、洋底压力及大陆储水量的贡献，其造成的地表位移是基准站非线性运动的主要因素。Dong等(2002)估计地球物理流体质量负载再分布造成的地表位移仅能解释不到一半的GPS季节性变化，然而Freymueller(2009)认为测站大部分的周期性变化表现为地球物理信号而非与GPS相关的技术噪声。王敏等(2005)计算了海洋潮汐、积雪及土壤湿度、非潮汐海洋负载对中国地壳监测网基准站位置时间序列的影响，发现上述环境负载能够使得测站垂直位置的RMS降低1mm，占总RMS的11%，垂直周年振幅减小37%。Ray等(2008)证实了Dong(2002)关于地球物理流体负载与GPS季节性位移的密切联系，但是对于GPS频谱中出现的异常亚季节谐波并没有找到合理的地球物理解释。Collilieux等人(2010，2012)研究了环境负载对ITRF建立的影响，发现施加大气压、陆地储水量及非潮汐海洋负载改正能够使得GPS坐标时间序列的单位平方根方差因子减小3.1%，周年信号减小的测站占总数的73%，且高程周年信号的同相、异相振幅系数分别减少84%及83%。Rietboek等人(2011)将由负载造成的GPS测站位移、GRACE重力数据及模拟海底气压联合反演得到的地表负载周变化纳入GPS法方程，计算结果表明选择的189个测站中151个测站的高程周年季节振幅减少了至少10%。Tregoning等(2009)对比了GRACE及GPS获得的三维地表位移，发现在水文信号较大的广阔区域二者具有很好的符合程度，水平分量的相关系数高达0.9。

由此可知，不同学者得到的环境负载对GPS坐标时间序列的贡献呈现显著的差异，其原因主要是来源不同：地球物理数据源、GPS坐标时间序列不同、参考框架不同。不同地球物理数据源代表了不同精度的地表质量分布模型，对负载效应具有直接的影响。采用不同的质量负载数据计算得到的垂直位移可能大不相同，因此比较根据不同数据源获得的环境负载效应的精度及差异十分必要，其结果有利于确定最优环境负载模型用于修正坐标时间序列的非线性变化(姜卫平，2014)。(www.xing528.com)

除环境负载外，GPS标石和基岩的热膨胀效应也能够部分解释测站的垂直周年变化。闫昊明等人(2010)研究了温度变化造成的热膨胀效应对GPS台站垂直位移的影响，为我们提供了IGS基准站周期性特征的新线索。Prawirodirdjo等(2006)通过研究发现南加州GPS连续监测站水平方向坐标时间序列的大部分周年振幅可以通过大气温度变化造成的弹性地壳的热弹性应变解释。由于闫昊明等采用NCEP/NCAR全球格网化地表空气温度数据(空间分辨率为2.5°×2.5°)计算温度对基准站的位移影响，并未考虑地形影响，其空间分辨率是否足以满足高精度大地测量的需求尚须大量数据加以验证。关于热膨胀效应造成的地表水平位移，以及热弹性应变对于全球IGS基准站位移的影响目前鲜有文献涉及(姜卫平，2015)。