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Nature Geoscience發表測地所科研成果:首次從GRACE信號中成功分離出北美北歐近十年的水量變化趨勢
2012-12-03| 【 】|閱讀次數: |文章來源:測量與地球物理研究所

2002年歐美發射的重力恢復和氣候實驗(GRACE)衛星在探測陸地水儲量變化、冰雪消融取得極大的成功,但是探測北美、北歐和南極地區的現今質量變化趨勢卻遭遇嚴重的挑戰。在末次冰期這些地區發育了巨厚的冰蓋,2萬年以來由于古冰蓋的消融,導致現今地殼回彈、地幔物質回流。這種冰川均衡調整引起的質量增加在衛星重力觀測中產生很強的干擾,甚至完全掩蓋了所探測的現今物質平衡信號,雖然GRACE發射超過十年,但在這些地區的相關研究一直沒有取得進展。

中科院測量與地球物理研究所汪漢勝研究員及其負荷研究團隊,在國家杰出青年科學基金、國家基金創新研究群體科學基金、中科院國家外專局創新團隊國際合作伙伴計劃和全球變化973項目等資助下,與加拿大卡爾加里大學胡百卓教授、瑞典國土測量局Holger Steffen博士合作,對冰川均衡調整理論進行深入研究,首次提出了GRACE聯合GPS觀測網絡分離現今物質平衡信號的有效途徑,在北美中部的加拿大大草原(艾伯塔、薩斯喀徹溫和馬尼托巴省)、五大湖地區,發現過去十年陸地水量劇增(圖1),每年增加(43.0±5.0) x噸,在北歐斯堪的納維亞半島南部也發現陸地水量增加(圖2),每年增加(2.3±0.8) x噸。最大的水量增加出現在薩斯喀徹溫省,每年達20mm,揭示了加拿大草原1999年~2005年發生極端干旱后的水量恢復過程。GRACE 所揭示的水儲量變化均為驗潮站和井中水位觀測所證實(圖3),而且傾向于支持歐洲的WGHM水文模型。更為重要的是,這里發現顯著陸地水量上升,意味著冰融水和降水流進海洋的量減少,因此,如果用海平面上升評估全球變化,則會低估全球變暖的響應。

該研究成果于2012年12月2日發表在Nature Geoscience(《自然-地球科學》)上, 論文題目為Increased water storage in North America and Scandinavia from GRACE gravity data(DOI: 10.1038/NGEO1652)(GRACE衛星重力數據揭示北美和斯堪的納維亞半島南部水儲量增加),該成果被選為Research highlight(研究亮點),同時入選與該期刊同期的Nature Climate Change共同網絡焦點(水資源利用)。該研究提出的途徑能夠從GRACE衛星重力信號中排除冰川均衡調整的巨大干擾,從而有效分離出相關研究地區水儲量變化及其趨勢,所給出的結果有利于了解北美北歐當前知之甚少的區域水儲量變化趨勢,進一步顯示了衛星重力探測地球系統質量變化與遷移的巨大能力。該研究對了解地球系統質量變化和遷移,特別是對于全球水循環及其與大氣圈、水圈和海洋的交換過程,具有重要創新性貢獻,也對水資源利用和海平面上升等研究具有重要意義。

圖1 北美近十年陸地水量長期變化

 

圖2 北歐近十年陸地水量長期變化

  

圖3 加拿大三省草原GRACE結果與水井數據的對比

 

(有關論文全文,感興趣的讀者可通過電子郵件[email protected]與作者本人聯系) 

 

 

 
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