2022, Vol. 43
表1(Table 1)
2) 中国北京 100045 中国地震台网中心
2) China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China
随着国民经济的快速发展，城市地面沉降已经对社会发展造成了显著影响，需要密切关注典型沉降区地壳垂直形变及其变化情况。2015—2019年，为期5年的国家科技基础性工作重点专项“中国大陆现代垂直形变图集的编制与资料整编”（薄万举，2021；陈欣等，2021），完成了新一代多时空垂直形变图集的编制工作，系统拯救、整编、共享了20世纪50年代以来全国垂直形变测量数据，编制了不同时空尺度的地壳垂直形变图，其中包含中国大陆典型沉降区垂直形变图 17幅，比原计划的10幅多7幅，主要是考虑到华北地区沉降量级大、覆盖面积大，同时复测资料期数多，增加了3期该区地面沉降演化图，包括3期垂直运动速率矢量图和3幅垂直运动速率等值线图。参考杨国华（1991）、张祖胜等（1996）、董鸿闻等（2002）、黄立人（2004）的研究，将本数据集典型沉降区垂直形变图根据基础数据情况可分为4类：①用InSAR数据给出的地面沉降形变图；②GNSS为主提供的沉降区形变图；③以水准为主提供的沉降区形变图；④ GNSS和水准融合获取的沉降区形变图。
1 数据采集和处理 1.1 数据基础对于典型沉降区垂直形变图，精密水准测量资料仍是数据基础主体，包括：1950—2016年3期中国大陆尺度的精密复测水准资料、京津唐沧地面沉降区多期复测资料等。但对获取和研究相关区域地面沉降的分布及特点来说，水准点的空间密度仍不足。近年来InSAR资料用于地面垂向变形的研究成果越来越多，为解决当前所面临的问题提供了思路和可能性，为此收集处理InSAR资料，以对沉降区数据进行补充。
1.2 GNSS在典型沉降区形变图中的应用在利用InSAR进行数据处理和生成部分地面沉降图像的过程中，需要采用GNSS的约束来确定水准速率基准，并将水准速率与GNSS垂向速率的基准进行统一，以解决沉降速率基准问题，弥补某些区域水准资料不足的缺陷。利用GNSS数据的沉降区形变图主要包括：水准与GNSS给出的华北地区地面垂直形变矢量图（1990—2015）、水准与GNSS给出的呼和浩特盆地地面垂直形变矢量图（1990—2015）、水准与GNSS给出的太原盆地地面垂直形变图（1990—2015）、水准与GNSS给出的临汾运城盆地地面垂直形变图（1990—2015）和水准与GNSS给出的华东沿海地区地面垂直形变图（1990—2015）（顾国华，2005；杨建图等，2006）。
1.3 典型沉降区InSAR资料收集华北地区，包括北京、天津、河北三省市区域，是我国面积最大、量值最显著的典型沉降区。该区域InSAR资料收集较为充分。其他区域由于各方面原因尚未收集到相应时空尺度的InSAR资料，地面沉降信息主要从GNSS和水准观测资料中获取（罗三明等, 2014a, 2014b）。
1.4 典型沉降区垂直形变图成果举例 1.4.1 基于InSAR资料的垂直形变图择优选择InSAR数据处理方案（Andrew Hooper，2008；Colesanti et al，2003），给出项目约定的成果信息。图 1给出北京、天津地区利用InSAR资料获取的地面沉降图。
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图 1 基于InSAR资料的北京、天津地区地面垂直形变图（2006—2010年） Fig.1 Vertical deformation maps of Beijing and Tianjin from InSAR (2006-2010) |
利用1999—2007年观测的流动GNSS资料，图 2给出华北平原地区地面垂直形变等值线图。
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图 2 基于GNSS资料的华北平原地区地面垂直形变等值线图（1999—2007年） Fig.2 The contour map of vertical ground deformation in the North China Plain from GNSS (1999-2007) |
如天津滨海新区在规划与建设前，需对地面沉降历史、现状及未来发展趋势有一定把握。利用中国地震局第一监测中心多年来在华北地区的地震水准复测资料（张风霜等，2010），给出天津滨海新区地面沉降图，结果见图 3。
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图 3 基于水准资料的天津滨海新区地面沉降等值线图（2008—2013年） Fig.3 The contour map of vertical deformation in the Tianjin Binhai Area from level survey |
以太原盆地为例，多年来太原盆地是华北地面沉降较为显著的地区之一（高旋，2012；赵强等，2017），最高可达20 mm/a。有资料显示，2003年以来太原市地面沉降有所恢复（张文华，2010）。基于现有GNSS资料，同时融合部分区域水准资料，绘制太原盆地1990—2015年地面垂直形变矢量图和等值线图，结果见图 4。
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图 4 基于水准与GNSS资料的太原盆地地面垂直形变图（1990—2015年） Fig.4 Vertical deformation map of Taiyuan basin from level survey and GNSS (1990-2015) |
基于InSAR数据的地面沉降图要素项内容说明见表 1，其中：①色标：表示InSAR视线向形变量，量值与量纲在各图的图例中给出；②比例尺：对于墨氏投影图，图中比例尺应以标注的经纬度计算结果为准。
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表 1 基于InSAR数据的地面沉降图要素项内容说明 Table 1 Content description of InSAR data-based ground subsidence map element items |
基于水准与GNSS数据的沉降区专题图要素项内容说明见表 2，其中：①构造区名：在图名中给出；②垂直形变矢量：一般每个构造区给出一幅垂直形变矢量图，量纲为mm/a，个别构造区给出不同时段的演化形变图，有2幅以上矢量图，代表的时间段不同；③垂直形变等值线：将上述矢量数据网格化后给出的等值线图；④比例尺：图组均为墨氏投影地图，图幅大小不一，均标注经纬度；⑤矢量图的矢量符号和比例尺：矢量箭头向上表示上升运动，向下表示沉降运动，比例尺在各图图例给出；⑥矢量图中的误差：矢量图中的色标表示矢量的1倍中误差，由最小二乘配置方法计算得出，量值和量纲见图例。
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表 2 基于水准与GNSS数据的垂直形变图要素项内容说明 Table 2 Description of the elements of the vertical deformation map based on level and GNSS data |
每幅图的图名中均给出图中形变信息所代表的时间范围。
2.4 空间范围每幅图均标注经纬度，用经纬度清楚地勾画构造区空间范围，读者可在图中直接判读。
3 数据输出质量及准确度 3.1 时间频度典型沉降区沉降图因在全国形变图数据基础上增加局部的区域性资料，其时间频度比全国尺度的形变图要高，但受资料限制和目标不同，其时间频度各异，不能给出统一描述，如：InSAR形变图的时间频度受资料控制；同震形变图的时间频度要求资料在震前一期、震后一期，等等。每幅图的图名中标注了所代表的时间段，可作为形变信息时间频度的一个参考。
3.2 空间基准和精度空间基准使用准则如下：能使用GNSS速率基准的，尽量使用该基准，否则采用均衡基准，若受到客观条件制约，可采用其他基准。
关于精度，除InSAR形变图，其他形变图给出了独立的精度评定结果。在矢量图中，使用色标表示垂直形变矢量精度的空间分布。
4 数据应用前景随着国民经济的快速发展，城市地面沉降已经对社会发展造成了显著影响，地面沉降控制工作以区域经济可持续发展为目标，需密切关注多时空分辨率的地壳垂直形变及其变化。新一代中国大陆典型沉降区垂直形变图将为国家各项建设，特别是经济可持续发展、灾害预测预防、资源开发、工程决策和评价、城市环境监测等，提供地表垂直形变信息。
5 结束语本数据集包含多种手段数据提供的典型沉降区垂直形变图，为系统研究中国大陆典型沉降区垂直形变情况提供了重要的数据支撑，但后续仍有进一步优化和拓展研究的空间，例如InSAR给出的形变量是视线向形变量，不是准确的垂向形变，对典型沉降区，沉降量往往远大于水平相对形变，水平形变对视线向形变的影响可以忽略，因此可以用InSAR形变近似表述典型沉降区的垂向形变，这为InSAR数据应用于垂直形变研究提供了经验。另外，将InSAR、水准、GNSS三种手段融合计算产生的垂向形变结果，尝试用于描述沉降区形变，证明理论上可行，但目前3种资料在时间和空间上的配套程度还不理想，尚不能推广应用，可作为后续相关研究的一个方向。
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