﻿ 大气负荷对新疆地区地壳形变和地面重力变化的影响
 文章快速检索 高级检索
 大地测量与地球动力学  2019, Vol. 39 Issue (2): 189-194  DOI: 10.14075/j.jgg.2019.02.015

### 引用本文

WANG Haitao, WANG Bin, WANG Wei, et al. Research on the Effect of Atmospheric Pressure Load on Crust Deformation and Gravity Change in Xinjiang Region[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2019, 39(2): 189-194.

### Foundation support

National Natural Science Foundation of China, No. 41304009, 41374081; National Key Research and Development Program of China, No. 2016YFB0501702.

### 第一作者简介

WANG Haitao, postgraduate, majors in geodetic data processing, E-mail: 1280181825@qq.com.

### 文章历史

1. 国家测绘地理信息局大地测量数据处理中心，西安市友谊东路334号，710054;
2. 中国测绘科学研究院，北京市莲花池西路28号，100830

1 理论方法 1.1 基本理论和公式

 $\begin{array}{l} \mathit{\Delta }{h_{\rm{w}}}(\varphi, \lambda ) = R\sum\limits_{n = 1}^N {\sum\limits_{m = 0}^n {\left[{\mathit{\Delta }C_{nm}^q{\rm{cos}}m\lambda + } \right.} } \\ \left. {\mathit{\Delta }S_{nm}^q{\rm{sin}}m\lambda } \right]{{\bar P}_{nm}}({\rm{sin}}\varphi ) \end{array}$ (1)

 $\begin{array}{l} \;\;\mathit{\Delta }r(\varphi, \lambda ) =-3\frac{{\rho {}_{\rm{w}}}}{{\rho {}_{\rm{e}}}}\frac{{GM}}{{R2}}\sum\limits_{n = 1}^N {\frac{{{{h'}_n}}}{{2n + 1}} \cdot } \\ \sum\limits_{m = 0}^n {(\mathit{\Delta }C_{nm}^q{\rm{cos}}m\lambda + \mathit{\Delta }S_{nm}^q{\rm{sin}}m\lambda )} {{\bar P}_{nm}}({\rm{sin}}\varphi ) \end{array}$ (2)

 $\begin{array}{l} {g_t}(\varphi, \lambda ) =-3\frac{{\rho {}_{\rm{w}}}}{{\rho {}_{\rm{e}}}}\frac{{GM}}{{R2}}\sum\limits_{n = 1}^N {\frac{{n + 2{{h'}_n}-(n + 1){{k'}_n}}}{{2n + 1}} \cdot } \\ \;\;\;\;\;\;\;\sum\limits_{m = 0}^n {(\mathit{\Delta }C_{nm}^{\rm{q}}{\rm{cos}}m\lambda + \mathit{\Delta }S_{nm}^q{\rm{sin}}m\lambda )} {{\bar P}_{nm}}({\rm{sin}}\varphi ) \end{array}$ (3)

 $\mathit{\Delta \Theta }\left( {\varphi, \lambda } \right) = G{\rho _{\rm{w}}}\mathop \int\!\!\!\int \limits_S^{} \frac{{{h_{\rm{w}}}\left( {\varphi ', \lambda '} \right)}}{L}G\left( \psi \right){\rm{d}}S$ (4)

 $\begin{array}{l} \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;{G^g}\left( {\varphi, \lambda } \right){\rm{ = }}\\ - \frac{\gamma }{M}\sum\limits_{n = 1}^\infty {\left[{n-(n + 1){{k'}_n} + 2{{h'}_n}} \right]{P_n}{\rm{cos}}(\psi )} \end{array}$ (5)

 ${G^r}\left( {\varphi, \lambda } \right){\rm{ = }}\frac{R}{M}\sum\limits_{n = 1}^\infty {{{h'}_n}{P_n}{\rm{cos}}(\psi )}$ (6)

 $\begin{array}{l} \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\mathit{\Delta \Theta }\left( {\varphi, \lambda } \right) = \\ G{\rho _{\rm{w}}}\mathop \int\!\!\!\int \limits_S^{} \frac{{{h_{\rm{w}}}\left( {\varphi ', \lambda '} \right)}}{L}\frac{R}{M}\sum\limits_{n = 1}^\infty {{{h'}_n}{P_n}{\rm{cos}}(\psi )} {\rm{d}}S \end{array}$ (7)
1.2 移去-恢复法理论

 $\begin{array}{l} \mathit{\Delta \Theta }(\varphi, \lambda ){|_{{S_0}}} = G{\rho _{\rm{w}}}\mathop \int\!\!\!\int \limits_S^{} \frac{{{h_{\rm{w}}}\left( {\varphi ', \lambda '} \right)}}{L}\frac{R}{M} \cdot \\ \;\;\;\sum\limits_{n = 1}^\infty {{{h'}_n}{P_n}{\rm{cos}}(\psi )} {\rm{d}}S + \mathop \int\!\!\!\int \limits_{{S_0}}^{} {\rm{d}}{h_{\rm{w}}}G({\psi _0}){\rm{d}}S \end{array}$ (8)

1) 将全球大气模型数据扣除基准值，转换为等效水高值，得到每月全球大气等效水高相对于基准值的变化量，根据球谐分析法展开为等效水高球谐系数。

2) 利用等效水高球谐系数计算气象站位置处的模型等效水高，将气象站气压值同样扣除基准值后转换为等效水高。移去球谐系数等效水高，得到气象站位置处模型与实测的差异，称之为残差等效水高。这一步称之为“移去”。

3) 将站点残差等效水高采用克里金插值法格网化[2]，基于格林函数积分法计算残差等效水高对区域地壳形变和地面重力变化的影响。

4) 将全球大气等效水高球谐系数计算的地壳形变或地面重力变化与残差等效水高计算的地壳形变或地面重力变化相加，得到大气负荷的间接影响。这一步称之“恢复”。

5) 由于大气对地面重力变化的影响还包括负荷的直接影响，即大气负荷对重力变化的影响为间接影响与直接影响之和。

2 研究区域和数据处理 2.1 研究区域

 图 1 研究区域和气象站分布 Fig. 1 Distribution of meteorological stations in the studied area
2.2 数据处理 2.2.1 全球大气模型处理

2.2.2 气象站观测气压数据处理

 图 2 气象站气压日值变化 Fig. 2 Variation of daily data of atmospheric pressure at the meteorological stations
3 形变结果分析 3.1 地壳形变

 图 3 2011年大气负荷对地壳垂直形变的影响 Fig. 3 Effect of atmospheric load on vertical deformation of the crust in 2011

 图 4 2013年大气负荷对地壳垂直形变的影响 Fig. 4 Effect of atmospheric load on vertical deformation of the crust in 2013

 图 5 2012年大气负荷对地壳水平形变的影响 Fig. 5 Effect of atmospheric loading on horizontal deformation of the crust in 2012

 图 6 2014年大气负荷对地壳水平形变的影响 Fig. 6 Effect of atmospheric load on horizontal deformation of the crust in 2014
3.2 地面重力影响

 图 7 2015年大气负荷对地面重力的影响 Fig. 7 Effect of atmospheric load on ground gravity in 2015
3.3 大气负荷形变统计

4 结语