流动重力测量是获取区域性重力场时变信号的主要观测手段
[1]
,在地震监测预报中发
挥了重要作用
[1-5]
。地球重力场随时间变化主要包括潮汐变化和非潮汐变化。潮汐变化主要
有呈现周期运动的固体潮、海潮、大气潮、极潮和天文潮汐等,这些信号是引起地球重力
场变化的主要因素,最高可达-240 μGal,依据模型可以进行精确的计算和改正
[6]
。非潮汐
变化包括大气、水等质量迁移产生的影响以及构造活动等产生的变化。在特定的位置,大
气对重力贡献的幅值可达 15 μGal
[7]
。全球水循环也是一种重要的质量迁移现象,水质量迁
移导致的地面重力变化可以达到 10 μGal
[8]
。将上述非构造因素引起的重力场变化信号加以
分辨并从实测数据中剥离,以提取构造因素引起的重力场变化信息,有助于深化震前重力
场变化认识,对提高地震监测预报分析能力具有参考意义。
对水文气象因素引起重力场变化的分析,通常有两种方法:一是通过当地水文、气象
测量和重力时间序列之间的相关性进行研究;二是通过水文、气象模型数据资料来计算负
荷和引力效应,但是它受限于水文、大气模型的空间、时间分辨率
[9]
。在基于流动重力观
测资料的地震分析预报实践中,通常缺乏连续或与流动测点共址的实测数据,因此,较少
对水文气象因素引起的重力场变化进行量化分析。
本文尝试利用陆地水、大气模型来计算水文气象因素产生的负荷和引力效应,在流动
重力数据处理中扣除水文气象因素导致的重力场变化。以中国北疆地区为例,利用全球陆
地数据同化系统(global land data assimilation systems,GLDAS)全球水文模型和大气
模型计算并评估水文气象因素引起的重力场变化效应,并结合流动重力测量数据分析其影
响。研究结果可为地震流动重力变化资料分析、观测网设计等提供有益参考。
1. 水文气象因素理论计算
1.1 水文模型的重力场变化效应计算
陆地水对地面重力的贡献分为负荷和引力两个部分。负荷部分与水储量变化导致的地
表形变有关,引力部分与水质量产生的万有引力的垂直分量有关。计算过程根据计算点与
测量点的球面距(φφ)分成若干区域,各区域的负荷效应采用 Farrell
[10]
提供的格林函数计
算:
G(φ)=-gM∑n=0∞(n+2hn-(n+1)kn)×Pn(cosφ) ]]>
式中,hnhn 和 knkn 表示负荷勒夫数;MM 表示地球质量;gg 表示地表平均重力;
PnPn 表示勒让德函数。单位质量的负荷 gE(φ)gE(φ)的计算公式为:
gE(φ)=-gM∑n=0∞2hn-(n+1)kn)×Pn(cosφ) ]]>
本文利用 Pagiatakis 提供的格林函数计算结果进行内插得到负荷的影响
[11]
。单位质量
的引力贡献利用文献[14]提供的公式进行计算:
gN(φ)=gM∑n=0∞nPn(cosφ)=-g4Msin(φ/2) ]]>
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