利用GRACE時(shí)變重力研究青藏高原的質(zhì)量遷移*

饒維龍，張嵐，汪秋昱，唐河，孫文科

(中國科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院 中國科學(xué)院計(jì)算地球動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100049)

青藏高原位于亞洲的中部，其經(jīng)緯度介于25°～40°N，74°～104°E，平均海拔在4 500 m以上，被稱為“世界屋脊”[1]。青藏高原是大約50 Ma前由印度板塊的持續(xù)向北移動(dòng)，并與歐亞板塊相互擠壓、碰撞所形成的[2]。至今為止，青藏高原仍是全球構(gòu)造最為活躍的地區(qū)之一，吸引著許多學(xué)者對(duì)其形成、生長和變化開展大量的研究[3]。這些活躍的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)必然會(huì)導(dǎo)致地殼和地幔物質(zhì)的遷移運(yùn)動(dòng)，伴隨地表的升降、內(nèi)部界面如莫霍面的結(jié)構(gòu)發(fā)生調(diào)整，最終導(dǎo)致高原上重力場的改變[4]。

地下的質(zhì)量遷移包括地殼流、莫霍面的升降、地幔對(duì)流等。Royden等[3]給出青藏高原深部地殼流分布和流動(dòng)方向圖，認(rèn)為深部地殼流動(dòng)可能發(fā)生在青藏高原幾百到1 000 km的距離上，深部地殼流通過青藏高原東北和東南截面的速率大約是上地殼流速的5倍。Sun等[4]首次用絕對(duì)重力觀測和GPS觀測給出青藏高原莫霍面下沉的大地測量學(xué)證據(jù)。Yi等[5]結(jié)合重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)和GPS給出青藏高原東緣不同物理模型下的地殼流速度。王琪等[6]利用GPS數(shù)據(jù)，首次給出中國大陸現(xiàn)今運(yùn)動(dòng)水平速度場，認(rèn)為喜馬拉雅山及其邊緣變形吸收了大于90%的印歐板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且板塊碰撞使高原地殼縮短并增厚，支持地殼增厚學(xué)說，另外，體現(xiàn)在青藏高原周邊不斷增加的質(zhì)量沉積。 Métivier等[7]給出新生代亞洲沉積厚度分布圖，認(rèn)為從漸新世以來沉積盆地物質(zhì)增加速率呈指數(shù)增長，并在第四紀(jì)達(dá)到最大，估計(jì)從青藏高原剝蝕的質(zhì)量達(dá)到1.5 km3/a，這些研究表明青藏高原區(qū)域明顯的固體物質(zhì)的質(zhì)量遷移。同時(shí)，隨著全球增溫影響，青藏高原上積雪、冰川和凍土等在不斷消退，湖泊水和地下水在持續(xù)增加，這些水體的相互轉(zhuǎn)化和遷移運(yùn)動(dòng)，顯著地改變著高原上的重力場[8]。隨著空間大地測量技術(shù)的進(jìn)步，這些重力場變化已經(jīng)可以被重力衛(wèi)星觀測到，越來越多的研究者開始利用時(shí)變重力場研究地表或地下的質(zhì)量遷移，以全新的視角，加深對(duì)地球表層和內(nèi)部物理過程的理解。

重力衛(wèi)星主要有challenging minisatellite payload (CHAMP)、gravity recovery and climate experiment (GRACE)、gravity field and steady-state ocean circulation explorer (GOCE)。其中，重力衛(wèi)星GRACE自2002年發(fā)射以來，提供了15年的月平均全球重力場數(shù)據(jù)，而新一代重力衛(wèi)星GRACE Follow-On 已成功發(fā)射，即將提供新版的全球重力數(shù)據(jù)，為研究青藏高原質(zhì)量遷移問題提供了寶貴的機(jī)遇[9-11]。

本文主要綜述時(shí)變重力場在青藏高原的氣候變化、陸地水循環(huán)、地下水儲(chǔ)量以及冰川凍土等應(yīng)用方面取得的研究成果，以及時(shí)變重力場和GPS等技術(shù)對(duì)青藏高原現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的初步研究結(jié)果。針對(duì)利用時(shí)變重力場數(shù)據(jù)研究青藏高原地表和地下質(zhì)量遷移問題的科學(xué)成果、存在問題和發(fā)展方向做了系統(tǒng)性的論述和討論。

1 青藏高原時(shí)變重力場恢復(fù)

時(shí)變重力的概念最早由Jeffereys[12]提出，他們認(rèn)為物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)如海洋潮汐一樣，會(huì)造成地球重力場的變化。穩(wěn)態(tài)的質(zhì)量分布決定了地球重力場信息，其表現(xiàn)形式就是靜態(tài)的地球重力場模型。隨時(shí)間變化的質(zhì)量再分布構(gòu)成地球重力場時(shí)變部分，其表現(xiàn)形式就是時(shí)變重力場信息。許多自然物理現(xiàn)象都會(huì)引起地球質(zhì)量的遷移，比如地球內(nèi)部運(yùn)動(dòng)、大氣運(yùn)動(dòng)、水循環(huán)、潮汐，這些變化都會(huì)在時(shí)變重力信號(hào)中反映出來。時(shí)變重力是基于陸地連續(xù)重力觀測與空間衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)而得到。陸地實(shí)測數(shù)據(jù)具有高精度的優(yōu)點(diǎn)，但受觀測時(shí)間和空間覆蓋影響；而衛(wèi)星重力觀測的時(shí)間范圍長達(dá)十幾年，使得其在對(duì)全球或區(qū)域質(zhì)量遷移問題的研究方面更具優(yōu)勢。這節(jié)簡要介紹以GRACE重力為主的時(shí)變重力場恢復(fù)。

1.1 利用GRACE時(shí)變重力場模型恢復(fù)地球質(zhì)量變化

相比于地表相對(duì)重力和絕對(duì)重力觀測，重力衛(wèi)星提供了空間均一分布的重力觀測數(shù)據(jù)，因其觀測空間范圍大、時(shí)間連續(xù)及數(shù)據(jù)一致性好而得到廣泛應(yīng)用。GRACE時(shí)變重力數(shù)據(jù)主要由3大機(jī)構(gòu)GFZ、CSR、JPL發(fā)布。最新的數(shù)據(jù)是Level 2 RL06版本的GRACE球諧系數(shù)，其獲取途徑為http:∥icgem.gfzpotsdam.de/ICGEM/。

基于地球重力場球諧系數(shù)恢復(fù)地球表面質(zhì)量異常的方法[13]，一般以等效水柱高(EWH)的形式給出地表的質(zhì)量異常分布：

(1)

由于GRACE月重力場模型的高階項(xiàng)誤差很大，一般截?cái)嗟?0或120階。高階項(xiàng)會(huì)在計(jì)算等效水高格網(wǎng)值中產(chǎn)生明顯的南北條帶誤差，需要通過濾波的手段去除。目前應(yīng)用最多的濾波方法包括高斯濾波[13]、去相關(guān)濾波[14]和DDK濾波[15]等。GRACE觀測的實(shí)際質(zhì)量變化信號(hào)經(jīng)球諧展開、截?cái)嗪推交?，?huì)泄露到質(zhì)量源以外的地區(qū)，使信號(hào)失真，所以需要使用反演方法對(duì)真實(shí)質(zhì)量變化進(jìn)行恢復(fù)，通常有空間域和頻率域兩類方法。最常用的空間域反演方法有尺度因子(scaling factor)法、迭代反演法等。Landerer和Swenson[16]給出一個(gè)基于陸地表面模型(land surface models, LSM)的尺度因子方法，但這個(gè)方法受限于LSM模型，因?yàn)樵撃Ｐ突诘孛鏈y量，在青藏高原地區(qū)的估計(jì)可靠性很差，所以利用基于陸面模型的尺度因子方法在某些地區(qū)可能會(huì)嚴(yán)重降低GRACE估計(jì)結(jié)果的可靠性。

迭代反演法的思想是設(shè)置初始模型，觀察模型模擬的信號(hào)與觀測信號(hào)之間的差異，調(diào)整初始模型，將差值加入到模型中，逐步逼近觀測值，直到GRACE觀測值被基本擬合。此方法適用于海陸信號(hào)泄露，因?yàn)樾盘?hào)的邊界由自然海岸有效劃出，而對(duì)無明顯邊界的陸地內(nèi)部信號(hào)泄露則不適用。頻率域反演法由Jacob等[17]提出，其主要思想是將實(shí)際質(zhì)量變化的空間位置作為先驗(yàn)信息，利用最小二乘將觀測的信號(hào)強(qiáng)制約束在設(shè)定的位置中，以達(dá)到增強(qiáng)信號(hào)、減少泄露的目的。但頻率域的反演方法所用觀測值為全球的球諧系數(shù)，所以全球的重力信號(hào)會(huì)影響研究區(qū)域內(nèi)質(zhì)量變化的計(jì)算。Yi和Sun[18]將該方法拓展到空間域，濾掉研究范圍外的信號(hào)，使其更適用于局部區(qū)域的研究。這些方法技術(shù)的應(yīng)用很好地解決了利用GRACE球諧系數(shù)恢復(fù)青藏高原區(qū)域時(shí)變重力場時(shí)信號(hào)泄露與噪音干擾等問題，Yi和Sun[18]利用GRACE RL05版本2003—2012年數(shù)據(jù)進(jìn)行高斯300 km和P4M6去相關(guān)濾波得到青藏高原區(qū)域長期的質(zhì)量變化趨勢(圖1)，其中A、B、C、D、E、F和G分別代表天山、帕米爾與喀喇昆侖、中部與西部喜馬拉雅東喜馬拉雅、北印度、印度東北部和內(nèi)部青藏高原區(qū)域。圖2為GRACE 3種數(shù)據(jù)產(chǎn)品恢復(fù)得到的高原東喜馬拉雅、內(nèi)部高原、天山區(qū)域和北印度區(qū)域的質(zhì)量變化時(shí)間序列，長期觀測顯示高原區(qū)域質(zhì)量有著季節(jié)性、周期性和長期趨勢性變化，不同區(qū)域也因不同質(zhì)量變化源呈現(xiàn)出不同的質(zhì)量變化規(guī)律。

圖1 青藏高原及其周邊區(qū)域質(zhì)量變化趨勢[18]Fig.1 Trend of mass balance in and around the Tibetan Plateau[18]

圖2 青藏高原及其周邊區(qū)域等效水柱高異常時(shí)間序列Fig.2 Time series of anomaly of equivalent water height in Tibetan Plateau and around areas

1.2 重力信號(hào)的物理源

青藏高原觀測到的重力變化是多種因素的綜合反映，包括陸地水儲(chǔ)量變化、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和GIA效應(yīng)的影響。陸地水儲(chǔ)量變化是指陸地表面及以下的水量總和，是水循環(huán)系統(tǒng)中的重要組成成分。從水量垂直分布上看，陸地水儲(chǔ)量是由土壤水、地表水、冰川凍土積雪和地下水儲(chǔ)量組成[19]，因此，把陸地水儲(chǔ)量變化部分分為地表水、地下水、土壤水、雪水、冰川、凍土質(zhì)量變化。從水質(zhì)量平衡上看，陸地水儲(chǔ)量的變化是降水、蒸發(fā)、徑流和地下水活動(dòng)的綜合反映[20]。下面3個(gè)公式表示這些質(zhì)量變化因素之間的關(guān)系：

ΔTWS=ΔSWES+ΔRESS+ΔSMS+

ΔGWS+ΔPM+ΔICE，

(2)

ΔST=ΔP-ΔET-ΔR，

(3)

ΔGRACE=ΔTWS+ΔTectonic.

(4)

式中： ΔGRACE 表示由GRACE重力觀測的質(zhì)量變化；ΔTWS表示陸地水儲(chǔ)量變化；ΔGIA表示GIA效應(yīng)引起的質(zhì)量變化；ΔTectonic表示構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的質(zhì)量變化，這部分質(zhì)量變化是地殼隆升與增厚及地表風(fēng)化剝蝕等的綜合體現(xiàn)。公式(2)用來解釋陸地水儲(chǔ)量及其各成分質(zhì)量平衡關(guān)系，ΔSWES表示雪水等效變化，ΔRESS表示地表水(湖泊、水庫、河流等)質(zhì)量變化，ΔSMS表示土壤水變化，ΔGWS表示地下水質(zhì)量變化，ΔPM表示凍土質(zhì)量變化，ΔICE表示冰川導(dǎo)致的質(zhì)量變化，另外生物水也是陸地水的一部分，但其引起變化相較其他成分非常小。公式(3)為陸地水量平衡方程，ΔP表示降水，ΔET表示蒸散發(fā)，ΔR表示徑流量，ΔST表示剩余儲(chǔ)量水。基于以上質(zhì)量平衡方程，能夠定量地解釋青藏高原區(qū)域水文循環(huán)過程，分析研究區(qū)域水質(zhì)量變化的特點(diǎn)。另一方面，GRACE重力場變化是水文信號(hào)與構(gòu)造信號(hào)的綜合響應(yīng)，公式(4)體現(xiàn)GRACE重力場變化ΔGRACE是陸地水變化與構(gòu)造作用之和，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要導(dǎo)致地殼固體物質(zhì)在垂直方向的遷移，例如地表的隆升與沉降、莫霍面的下沉與上升，以及GIA效應(yīng)。

2 利用時(shí)變重力研究青藏高原水文變化的進(jìn)展

2.1 青藏高原氣候環(huán)境變化的研究

在全球氣候復(fù)雜多變的背景下，青藏高原區(qū)域氣候顯示出明顯變化的特點(diǎn)，這嚴(yán)重地影響青藏高原各類水體的質(zhì)量平衡，導(dǎo)致該地區(qū)陸地水、地下水、冰川、湖泊與凍土等質(zhì)量變化，同時(shí)進(jìn)一步影響青藏高原和周邊地區(qū)的生態(tài)與環(huán)境。

青藏高原與四周大氣之間存在隨季節(jié)變化的熱力差異。高原南部和東南部區(qū)域受印度和東亞季風(fēng)循環(huán)影響，夏季降雨量非常大，高原西部部分包括帕米爾受西風(fēng)帶影響導(dǎo)致干旱和較少降雨，而青藏高原內(nèi)陸很少受到這些季風(fēng)影響[18, 21]。Yi 和Sun[18]表明印度季風(fēng)比西風(fēng)帶更強(qiáng)烈影響到帕米爾區(qū)域冬季和夏季的降雨。Zhan等[22]認(rèn)為青藏高原冰川的演化增加了青藏高原氣候變化的復(fù)雜性，因?yàn)槎驙柲嶂Z氣候模式出現(xiàn)更頻繁并且逐漸加強(qiáng)，對(duì)青藏高原的氣候影響也發(fā)生著變化。

Zhan等[22]應(yīng)用時(shí)間域信號(hào)的主成分分析方法研究青藏高原地區(qū)質(zhì)量平衡變化趨勢，發(fā)現(xiàn)兩種變化特點(diǎn)，即高原南部一個(gè)較大的負(fù)信號(hào)和高原內(nèi)陸地區(qū)一個(gè)較大的正信號(hào)，在帕米爾地區(qū)質(zhì)量變化沒有較明顯的趨勢。圖3(a)為高原周邊大氣分布圖，青藏高原區(qū)域質(zhì)量變化存在3種空間模式，第1種是南北方向的質(zhì)量變化特點(diǎn)，與印度季風(fēng)的時(shí)間序列一致(圖3(b))。第2種是東南—西北方向上3個(gè)主要區(qū)域的質(zhì)量變化特點(diǎn)，顯示振幅-周期頻譜隨時(shí)間變化特點(diǎn)較復(fù)雜，主要存在包含0.5、1、6.5 a周期等較強(qiáng)周期的混合信號(hào)，和相對(duì)較弱能量不穩(wěn)定的2～4 a周期信號(hào)，發(fā)現(xiàn)6.5 a周期與1 a周期信號(hào)有一致相位，主要受到與東亞季風(fēng)與厄爾尼諾相關(guān)氣候變化的影響(圖3(c))。第3空間模式主要有兩個(gè)區(qū)域，中西部地區(qū)(東經(jīng)90°區(qū)域)的正信號(hào)和林芝區(qū)域的負(fù)變化信號(hào)，其空間相位分布信息顯示質(zhì)量變化呈由西向東的形式(圖3(d))。他們認(rèn)為這種質(zhì)量變化的主要原因可能是青藏高原及其周邊地區(qū)4種不同的大氣循環(huán)模式引起的降雨量變化導(dǎo)致的系統(tǒng)質(zhì)量平衡變化。減弱的印度季風(fēng)、增強(qiáng)的西風(fēng)帶、厄爾尼諾、拉尼娜對(duì)青藏高原質(zhì)量平衡變化產(chǎn)生的影響約為76%。印度季風(fēng)是影響青藏高原質(zhì)量變化的主要因素，產(chǎn)生的影響為54%，厄爾尼諾產(chǎn)生的影響為16%，而西風(fēng)帶與拉尼娜對(duì)研究區(qū)域質(zhì)量平衡變化產(chǎn)生的影響為6%。

圖3 青藏高原大氣循環(huán)及其質(zhì)量變化主成分分析(改自文獻(xiàn)[22])Fig.3 Principal component analysis of atmospheric cycle and its mass change over the Qinghai-Tibet Plateau(Modified from Ref.[22])

高東和牛海山[23]利用偏相關(guān)分析方法研究青藏高原夏季降水與季風(fēng)相關(guān)性，顯示南亞夏季季風(fēng)與高原的夏季降水顯著相關(guān)性的范圍要大于東亞夏季季風(fēng)，南亞夏季季風(fēng)正相關(guān)區(qū)域位于青藏高原南部地區(qū)，而東亞夏季季風(fēng)正相關(guān)于柴達(dá)木盆地區(qū)域。

目前關(guān)于青藏高原氣候變化對(duì)質(zhì)量遷移的影響的研究還非常少，在復(fù)雜的氣候系統(tǒng)下，高原水循環(huán)系統(tǒng)也受到很大影響，而作為高原質(zhì)量遷移的主要成分，這些研究很好地討論了氣候變化下高原陸地水、冰川的影響，但是青藏高原作為巖石圈、水圈、大氣圈等的耦合系統(tǒng)，氣候變化影響著高原的固態(tài)與液態(tài)質(zhì)量的遷移，而內(nèi)部地球動(dòng)力與這些質(zhì)量變化又反過來影響著高原的氣候，例如，地表的剝蝕、高原的隆升、冰川的融化等這些物理過程都在影響高原的氣候系統(tǒng)。而這些問題都與質(zhì)量遷移密切相關(guān)，僅僅從GRACE時(shí)變重力的角度來研究肯定是不夠的，還需要更多學(xué)科的共同研究。

2.2 青藏高原區(qū)域陸地水質(zhì)量變化的研究

青藏高原具有大量的湖泊、河流等水資源，是許多江河流域的發(fā)源地。湖泊、地下水、河流、水庫蓄水系統(tǒng)等組成青藏高原陸地水系統(tǒng)。降水變化從高原的200～500 mm/a到高原北部柴達(dá)木流域的約40 mm/a，大大地豐富了青藏高原陸地水。青藏高原陸地水儲(chǔ)量變化相比其他區(qū)域有著更復(fù)雜的特點(diǎn)，不僅受地表水、地下水等質(zhì)量變化源的影響，還受冰川融化、凍土退化這兩種質(zhì)量變化源的影響，同時(shí)觀測資料少、數(shù)據(jù)稀疏和地形復(fù)雜等因素也影響到研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。

關(guān)于青藏高原區(qū)域陸地水儲(chǔ)量變化，Meng等[24]利用GRACE mascon數(shù)據(jù)估算青藏高原6個(gè)區(qū)域的陸地水變化(圖4)，UYA為長江上游區(qū)域，UYE為黃河上游區(qū)域，UB為雅魯藏布江上游，ITP內(nèi)部青藏高原，QB柴達(dá)木盆地，UI為印度河上游，顯示長江和黃河上游區(qū)域的陸地水變化主要受降水變化影響，雅魯藏布江上游區(qū)域受蒸散發(fā)作用比較明顯，青藏高原東南部的陸地水積累在3—8月，而西北部的陸地水積累發(fā)生在11—4/5月份期間。

Zou等[25]綜合利用GRACE、ICESat等資料估算青藏高原區(qū)域總陸地水2002—2016年的變化，青藏高原總陸地水儲(chǔ)量在2002—2016年間以(-6.22±1.74) Gt/a的速率減少，而在15 a的序列中，年際變化是非常不均勻的，陸地水質(zhì)量以(28.49±10.40) Gt/a速率變化(2002年8月—2005年12月間)，然后伴隨著相對(duì)穩(wěn)定的周期(2002—2011年)，和一個(gè)快速的減少(2012—2016年間)，高原總陸地水儲(chǔ)量變化呈現(xiàn)出的空間各向異性反映了區(qū)域地形與氣候條件的不同。

圖4 GRACE觀測得到青藏高原及其周邊區(qū)域陸地水儲(chǔ)量變化(mm/a)[24]Fig.4 Terrestrial water storage change rates (mm/a) estimated from the GRACE data in the Tibetan Plateau and its surrounding areas[24]

作為“亞洲水塔”，青藏高原有1 200多個(gè)面積大于1 km2的湖泊(圖5)，主要分布于青藏高原內(nèi)部[8, 26]，占中國湖泊總數(shù)量與面積的一半[27]，近些年生態(tài)環(huán)境受到保護(hù)，降雨量不斷增加，湖水儲(chǔ)量明顯增加。利用現(xiàn)代遙感觀測技術(shù)(如ICESat、LandSAT等)可以觀測和檢測出這些湖泊水位以及湖泊面積的變化，結(jié)合湖泊水位變化和積水區(qū)面積就可以估計(jì)湖水質(zhì)量變化[8, 28]。Zhang等[8]認(rèn)為青藏高原內(nèi)部湖水的增加可以解釋Jacob等[17]發(fā)現(xiàn)的青藏高原內(nèi)部和東北角正重力異常的61%。Wang等[29]比較衛(wèi)星重力和衛(wèi)星測高的觀測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)湖水質(zhì)量增加占青藏高原總質(zhì)量增加的64%(圖6)。Zhang等[26]發(fā)現(xiàn)凈降水增加是近年來(2003—2009年)湖水增加的主要原因，占湖水增加量的74%。

圖5 青藏高原湖泊、冰川、河流分布圖[27]Fig.5 Distribution of lakes, glaciers, and rivers in the Tibetan Plateau[27]

圖6 GRACE和ICESat觀測結(jié)果的對(duì)比[29]Fig.6 Comparison between GRACE with ICESat observations[29]

為準(zhǔn)確估計(jì)青藏高原湖泊的水量變化，一些學(xué)者對(duì)湖泊、水庫等蓄水區(qū)質(zhì)量變化的水面高度與面積的關(guān)系給出了不同計(jì)算方法。常用的方法是結(jié)合衛(wèi)星成像得到的淹沒面積和測高雷達(dá)、激光、實(shí)測觀測得到的表面高度，另一種方法是基于地形圖合成表面面積[30]。湖泊水位高可以由激光和雷達(dá)衛(wèi)星(如ICESat)觀測數(shù)據(jù)得到[31]，結(jié)果顯示2003—2009年間青海湖水面高度以約0.11 m/a的速率上升[8]，產(chǎn)生的質(zhì)量變化等效于0.02 μgal/a的重力變化。Zhang等[8]根據(jù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)結(jié)果顯示青藏高原200個(gè)湖泊平均水面變化率為+0.14 m/a和總的質(zhì)量變化為+4.95 Gt/a，而118個(gè)青藏高原內(nèi)部湖泊顯示出更高變化率(+0.20 m/a和+4.28 Gt/a)。

Zhang等[26]利用GRACE重力資料研究青藏高原湖泊體積變化，并給出湖泊水的空間變化空間特點(diǎn)。結(jié)果表明青藏高原北部的湖泊面積擴(kuò)張有增加趨勢，而南部呈現(xiàn)稍微減小的趨勢。青藏高原西部湖泊面積在1970—2015年間通常為擴(kuò)張而在東部區(qū)域面積發(fā)生減小?？偟暮疵娣e(面積大于1 km2湖泊)在1970—1995年間有減小的速率變化為-0.09%(-0.08%)，而在1996—2010年間這種面積變化為1.39%(1.72%)的擴(kuò)張趨勢，在2011—2015年間這種面積增加速率有所減緩為1.07%(0.99%)。他們認(rèn)為降水的增加是湖泊等水質(zhì)量變化的主要原因(74%)，冰川融化流入湖泊的影響為13%，而凍土退化的影響為12%，雪融化的影響為1%。Lei等[32]通過對(duì)青藏高原湖泊季節(jié)性水位變化分析表明，青藏高原中部、東北部及北部大部分湖泊在溫暖季節(jié)由于夏季季風(fēng)降水水平面上升，寒冷季節(jié)由于降水和徑流的減少湖泊水平面下降，而在西北部湖泊水平面變化在溫暖和寒冷季節(jié)均顯示出增長的特點(diǎn)，這種季節(jié)性的水平面變化與重力觀測具有很好的一致性。Yi等[33]將中國流域一共劃分成26個(gè)子區(qū)域并估計(jì)每一個(gè)區(qū)域的地下水、總水儲(chǔ)量和土壤水的趨勢，顯示一個(gè)明顯的正趨勢覆蓋了青藏高原大部分地區(qū)。另外，從流域的質(zhì)量變化與面積和周年整幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以看到西藏流域質(zhì)量顯著增加，是中國16個(gè)流域中質(zhì)量增加最快的，但其周年振幅卻幾乎沒有變化。

陸地水是青藏高原區(qū)域水圈的主要成分，關(guān)于陸地水質(zhì)量變化，這些研究利用衛(wèi)星重力、衛(wèi)星測高以及水文模型等資料準(zhǔn)確地估算了高原區(qū)域陸地水的長期趨勢和周期性的變化，這些技術(shù)與方法使我們對(duì)高原陸地水有了最為直觀的認(rèn)識(shí)。但復(fù)雜的陸地水成分難以分離，湖泊水也只是陸地水的一部分，由于觀測困難，我們對(duì)高原凍土、土壤水等問題知之甚少，而系統(tǒng)地研究陸地水及其各個(gè)成分水體的質(zhì)量變化還是非常困難的，所以應(yīng)該有更多的研究關(guān)注到這些問題，時(shí)變重力尤其是GRACE、GRACE-Follow on等衛(wèi)星技術(shù)在這些研究方面也會(huì)發(fā)揮巨大作用。

2.3 青藏高原區(qū)域地下水質(zhì)量變化的研究

由于青藏高原地下水受凍土、地勢、地形梯度、地質(zhì)構(gòu)造和表面水文控制，其流動(dòng)通常受到高海拔的地形梯度壓力驅(qū)動(dòng)和降水的調(diào)控。青藏高原的蒸發(fā)也十分強(qiáng)烈，蒸散發(fā)速率600～2 500 mm/a，同時(shí)部分降水滲透成地下水。地下水受蒸發(fā)、降雨、地表徑流滲透，以及冰雪融化的綜合影響[34]，因此定量估計(jì)該區(qū)域的地下水往往比較困難。對(duì)青藏高原區(qū)域地下水的研究主要是關(guān)于凍融區(qū)域的地下水研究，地下水儲(chǔ)集相對(duì)凍土位置分為凍土層上水、凍土層下水和凍土層中水[35]。Ge等[34]采用河流與泉水排放觀測資料研究青藏高原地下水流動(dòng)情況，認(rèn)為地下水的供給速率為100～200 mm/a，而在峽谷和斷層區(qū)域地下水排放速率達(dá)到10-9～10-7m/s。

關(guān)于地下水質(zhì)量變化研究的結(jié)果顯示，全球地下水消耗從1960年持續(xù)增加[36]，例如北印度、中國華北平原顯示巨大的地下水減少是由于地下水的過度消耗所致，但最新研究結(jié)果顯示青藏高原區(qū)域地下水質(zhì)量變化呈現(xiàn)正異常。由于高山地區(qū)環(huán)境惡劣，土質(zhì)堅(jiān)硬，監(jiān)測地下水困難。Xiang等[37]收集冰川質(zhì)量平衡數(shù)據(jù)、湖水水位數(shù)據(jù)、凍土活動(dòng)層模型、GIA模型等對(duì)青藏高原及其周邊流域地下水儲(chǔ)量變化做了總體估計(jì)(圖7)，結(jié)果顯示在8個(gè)流域呈現(xiàn)質(zhì)量增加的趨勢：金沙江流域、怒江—瀾滄江、長江源區(qū)域、黃河源區(qū)域、柴達(dá)木盆地、羌塘自然保護(hù)區(qū)中部、印度河上游、阿克蘇河這些流域地下水儲(chǔ)量的年變化趨勢分別為(+2.46±2.24)，(+1.77±2.09)，(+1.86±1.69)，(+1.14±1.39)，(+1.52±0.95)，(+1.66±1.52)，(+5.37±2.17)，(+2.77±0.99) Gt/a，與河流流量資料、降水?dāng)?shù)據(jù)及有限的陸地資料結(jié)果相比較具有較好的一致性。

相比于華北、印度北部，對(duì)青藏高原區(qū)域地下水儲(chǔ)量變化的研究肯定是一個(gè)巨大的困難，因?yàn)槠洫?dú)特的地理環(huán)境和稀缺的觀測資料。而GRACE時(shí)變重力也只是提供了一種間接的觀測手段，Xiang等[37]從GRACE結(jié)果中扣除陸地水的影響得到地下水儲(chǔ)量變化，盡管結(jié)果會(huì)有很大誤差，但提供了一種對(duì)地下水變化的估算方法。對(duì)高原區(qū)域地下水的研究，需要的不僅是更多的觀測資料，而從水平衡的角度(見章節(jié)1.2公式(2)與(3))，更需要對(duì)地表可觀測的陸地水有更好的研究，這能夠幫助我們更好地間接研究地下水變化問題。

2.4 青藏高原區(qū)域冰川質(zhì)量變化的研究

青藏高原及周邊地區(qū)覆蓋有46 000多條冰川，總面積約100 000 km2，是除南極、北極和格陵蘭以外冰川分布最廣泛的地區(qū)，常被稱為第三極[1, 21]。

1：阿富汗—巴基斯坦；2：印度西北西區(qū)；3：印度中北部；4：孟加拉盆地；7+8：金沙江流域；9：怒江—瀾滄江源區(qū)；10：長江源區(qū)；11：黃河源區(qū)；12：柴達(dá)木盆地；13：羌塘自然保護(hù)區(qū)中部；14：印度河上游流域；15：阿克蘇河流域。圖7 青藏高原反演法估計(jì)的2003—2009年地下水儲(chǔ)量變化趨勢[38]Fig.7 Trend rates of groundwater storage changes from 2003 to 2009 inverted for the Tibetan Plateau[38]

現(xiàn)代大地測量技術(shù)觀測到青藏高原冰川面積持續(xù)減少，冰面高程的平均變化為(-0.24±0.03) m/a，冰川融化水量為(-14.86±11.88) km3/a，冰川變化呈現(xiàn)從青藏高原東、南外緣山區(qū)往內(nèi)陸與西、北部山區(qū)減慢的時(shí)空分布特點(diǎn)[38]。

Matsuo和Heki[39]最早采用衛(wèi)星重力技術(shù)研究亞洲高山區(qū)的冰川融化問題，結(jié)果顯示2003—2009年間冰川融化率為(-47±12) Gt/a。Jacob等[17]研究2003—2010年全球冰川冰蓋對(duì)海平面變化的貢獻(xiàn)，其結(jié)果顯示亞洲高山區(qū)冰川消融率約為(-4±20) Gt/a，青藏高原內(nèi)部到東北部祁連山區(qū)域有一個(gè)正的重力異常信號(hào)，大小約為7 Gt/a。這意味著該區(qū)域每年有等效于70億t水的質(zhì)量增加，他們認(rèn)為這是因?yàn)楸ǖ脑鲩L導(dǎo)致。上述兩個(gè)獨(dú)立的研究結(jié)果間存在較大差異。為了解釋這個(gè)差異，Yi和Sun[18]利用GRACE 2003—2012年數(shù)據(jù)采用新的空間域反演法計(jì)算各個(gè)區(qū)域的冰川質(zhì)量變化，結(jié)果表明亞洲高山區(qū)冰川質(zhì)量變化趨勢為(-35.0±5.8) Gt/a。

大量研究表明青藏高原冰川對(duì)氣候變化有著復(fù)雜的響應(yīng)模式，例如，大地測量研究顯示珠穆朗瑪峰區(qū)域表面質(zhì)量變化為(-0.32±0.08) m/a (1970—2007年)，(-0.40±0.25) m/a (1992—2008年)[40-41]，在喜馬拉雅西部為-0.7～-0.85 m/a (1999—2004年)[42]，相比喀喇昆侖區(qū)域有著凈質(zhì)量增加(+0.11±0.22) m/a (1999—2008年)[43]。這種復(fù)雜響應(yīng)表現(xiàn)為質(zhì)量變化的時(shí)空分布特點(diǎn)較復(fù)雜，基于全面實(shí)測的冰川質(zhì)量平衡資料，Yao等[21]描述了在青藏高原的冰川質(zhì)量空間異向性的凈質(zhì)量減少模式。

實(shí)測數(shù)據(jù)與大地測量觀測結(jié)果之間存在的差異主要是由于數(shù)據(jù)空間分辨率等的不同所產(chǎn)生的[44]。另一方面，青藏高原及其周圍區(qū)域冰川對(duì)氣候變化也存在著復(fù)雜響應(yīng)模式[21, 45-46]。Yi和Sun[18]研究季風(fēng)對(duì)青藏高原冰川質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)GRACE反演的冰川質(zhì)量變化在帕米爾和喀喇昆侖山、印度東部和西部有一個(gè)5 a周期，見圖8。Wang等[47]利用ICESat和GRACE數(shù)據(jù)首次估計(jì)青藏高原冰川的季節(jié)變化特性，發(fā)現(xiàn)亞洲高山大部分冰川呈現(xiàn)春季增長與夏季消融的季節(jié)性特征，而西昆侖區(qū)域春季與夏季均為增長。另外，發(fā)現(xiàn)降水波動(dòng)導(dǎo)致帕米爾周邊區(qū)域冰川厚度異常變化，指出目前的降雨格網(wǎng)數(shù)據(jù)在冰川區(qū)域被低估7±2倍[48]。他們假定冰雪消融量恒定和消融量隨降雨量增加而增加兩種模型，計(jì)算和比較了該研究區(qū)域冰雪融化的數(shù)值結(jié)果，發(fā)現(xiàn)基于第2種模型的冰川變化與改正后(考慮7倍低估值后)的降水異常比較，兩者十分吻合。Pohl等[49]研究帕米爾區(qū)域冰川融化對(duì)徑流影響，顯示冰川融化除了是徑流水重要來源之外，還表明冰川對(duì)特殊極端氣候的影響相比水循環(huán)系統(tǒng)可能具有緩沖作用。對(duì)于冰川對(duì)氣候變化的復(fù)雜響應(yīng)，許多研究并沒有給出定論，但普遍認(rèn)為冰川的消融和增長主要由季風(fēng)、地形、氣溫、降雨等多種因素控制。

A, B, C, D, E, F, G組分別指天山、帕米爾與喀喇昆侖、喜馬拉雅西部與中部、東喜馬拉雅、印度北部、印度東北部、青藏高原內(nèi)陸。圖8 青藏高原不同區(qū)域質(zhì)量變化3個(gè)周期項(xiàng)的強(qiáng)度特征[18]Fig.8 Amplitude features of three periodic terms of different areas mass change[18]

目前對(duì)高原冰川質(zhì)量變化的估算主要利用的是衛(wèi)星重力、測高和成像資料，這些資料的結(jié)合能夠很好地估算出青藏高原冰川質(zhì)量變化，并解釋高原冰川的變化特點(diǎn)。亞洲高山區(qū)冰川的融化和加速融化不僅對(duì)高原區(qū)域氣候環(huán)境產(chǎn)生影響，常樂等[50]利用GRACE重力衛(wèi)星研究中國近海各區(qū)域海平面變化，顯示高原冰川變化對(duì)海平面也會(huì)產(chǎn)生影響，但是，仍然缺少對(duì)冰川、陸地水和氣候變化的相互關(guān)系方面的研究。

3 利用時(shí)變重力研究青藏高原構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的進(jìn)展

青藏高原構(gòu)造運(yùn)動(dòng)一直是科學(xué)家們關(guān)注的重要科學(xué)問題。印度板塊與歐亞板塊的持續(xù)碰撞與擠壓，使得青藏高原以強(qiáng)烈的隆升和造山伸展變形方式活動(dòng)。張健和石耀霖[51]對(duì)高原構(gòu)造變形動(dòng)力分析表明地殼重力位能變化導(dǎo)致的重力浮力能夠使青藏高原發(fā)生抬升和伸展變形，而青藏高原隆升機(jī)制存在比較多的物理模型，其中兩種模型常被采用，一種是地殼流動(dòng)模型，另一種是對(duì)流巖石圈分離模型。深層地殼流動(dòng)模型認(rèn)為下層地殼快速向東流動(dòng)增厚了東部地殼厚度[3, 52-53]。對(duì)流巖石圈分離模型認(rèn)為，早中新世(約20 Ma前)巖石圈比現(xiàn)今巖石圈更厚，從那時(shí)起高密度的下層巖石圈由于不穩(wěn)定的對(duì)流被移除，導(dǎo)致巖石圈質(zhì)量減少，由于地殼均衡作用導(dǎo)致地殼的整體上升[54-56]。這兩種模型不同之處在于青藏高原表面的上升是由于地殼的增厚還是整個(gè)地殼的上升作用。

構(gòu)造因素對(duì)青藏高原質(zhì)量遷移影響的直接觀測往往比較困難，近些年國家陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)工程(http:∥neiscn.org/)已經(jīng)發(fā)展到260個(gè)GPS基準(zhǔn)站，還有千萬個(gè)重復(fù)測量GPS基本測點(diǎn)。這些大地測量觀測網(wǎng)可用來觀測和計(jì)算中國大陸的形變場，獲得青藏高原的垂直位移，為研究構(gòu)造因素對(duì)重力變化的影響提供重要輔助觀測數(shù)據(jù)。而時(shí)變重力的觀測則提供了一種定量與可行的研究方法。Sun等[4]假設(shè)青藏高原是一個(gè)彈性塊體，在印度板塊的沖撞下發(fā)生變形，從而引起重力變化和地表位移。他們基于20多年的絕對(duì)重力和GPS觀測數(shù)據(jù)對(duì)拉薩、昆明、大理3個(gè)臺(tái)站的重力變化和垂直位移進(jìn)行計(jì)算，把地表重力變化和垂直位移與莫霍面的變化直接聯(lián)系起來。結(jié)果表明，3個(gè)測站的經(jīng)過地表位移和剝蝕改正后的平均重力變化率為(-0.78±0.47) μgal/a，認(rèn)為該重力變化是由內(nèi)部莫霍面下沉所致，因?yàn)榈貧ず偷蒯Ｎ镔|(zhì)存在一定密度差，而莫霍面深度變化導(dǎo)致垂向上物質(zhì)質(zhì)量的變化。然后他們利用簡單的動(dòng)力學(xué)模型(如圖9)，反演估算出青藏高原莫霍面的下沉速度為(2.3±1.3) cm/a。這項(xiàng)研究屬于首次利用重力和GPS研究青藏高原動(dòng)力學(xué)變化問題，為進(jìn)一步開展利用大地測量觀測技術(shù)研究青藏高原動(dòng)力學(xué)問題提供了研究思路和新方法，得到了國際同行的認(rèn)可[57]。

圖9 青藏高原地殼增厚變形模型[4]Fig.9 Deformation model illustrating crustal thickening of the Tibetan Plateau[4]

Yi等[5]在Sun等[4]的基礎(chǔ)上使用GRACE/GPS數(shù)據(jù)研究西藏東緣區(qū)域的動(dòng)力學(xué)變化問題。結(jié)果表明該區(qū)域的重力變化平均趨勢為(0.34±0.02) μgal/a，去除湖水質(zhì)量變化和冰川融化等環(huán)境因素的影響后，得到由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的重力變化為(0.32±0.08) μgal/a。利用該重力變化和該地區(qū)GPS位移矢量場反演地殼的增厚和莫霍面起伏。他們在該研究中采用前述兩種常用的物理機(jī)制作為反演計(jì)算的基礎(chǔ)模型，即地殼流模型和對(duì)流移除模型。基于這兩種面模型，Yi等[5]模擬計(jì)算得到中下層地殼流動(dòng)速度與上層地殼流動(dòng)速度關(guān)系，以及莫霍面在深度方向的變化量，具體數(shù)值結(jié)果如圖10所示，在深部地殼流模型(圖10(a))中，需要一個(gè)很強(qiáng)的中下地殼流來導(dǎo)致地殼增厚和地表隆升，在深部地殼流和對(duì)流移除的混合模型(圖10(b))中，地表隆升來自上升的莫霍面和溫和的中下地殼流。

另外，Jiao等[58]利用GRACE時(shí)變重力數(shù)據(jù)和水文資料估算高原西部、中部和東部的3個(gè)區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用引起的重力變化，分別為(1.47±0.43)，(-0.85±0.53)和(1.51±0.56) cm/a等效水柱高變化，在扣除地表位移影響后，得到青藏高原的莫霍面變化的重力影響，西部區(qū)域和東部區(qū)域的莫霍面分別以(18.1±7.2)和(21.7±9.7) mm/a的速率上升，而中部區(qū)域莫霍面以(18.3±8.6) mm/a的速率下沉。

LMSF(龍門山斷層)，WC(汶川地震)，LS(廬山地震)。圖10 青藏高原東緣的兩種可能模型的示意圖[5]Fig.10 Schematic diagram of two plausible models beneath the eastern Tibetan Plateau[5]

這些研究，從時(shí)變重力學(xué)尤其是GRACE衛(wèi)星重力的角度對(duì)高原的地球動(dòng)力學(xué)問題展開了研究和探討，對(duì)了解青藏高原的形成機(jī)制與演變過程具有重要意義。雖然這些研究都是基于其他學(xué)科對(duì)于青藏高原地球動(dòng)力學(xué)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上展開的，但是利用GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)估算出的莫霍面變化速度和地殼流速都表明時(shí)變重力在對(duì)青藏高原構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的研究中具有重要作用，但GRACE空間分辨率與模型的誤差是我們面對(duì)的主要問題。

4 結(jié)論、問題與展望

本文介紹時(shí)變重力觀測技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法，討論當(dāng)前利用時(shí)變重力研究青藏高原質(zhì)量遷移的主要科學(xué)問題及其所取得的重要進(jìn)展。青藏高原的物質(zhì)遷移是地球動(dòng)力、氣候變化、人為活動(dòng)等因素共同作用的結(jié)果，而現(xiàn)代大地測量技術(shù)的快速發(fā)展提供了精確估算這些物質(zhì)遷移所產(chǎn)生重力變化的重要手段。數(shù)十年的時(shí)變重力觀測，由于其時(shí)間序列相對(duì)青藏高原的演化和發(fā)育非常短，且一些大的地質(zhì)活動(dòng)造成的大質(zhì)量突變都會(huì)對(duì)研究的結(jié)果產(chǎn)生一定影響。目前的這些觀測和研究結(jié)果，雖不能完全準(zhǔn)確地反映出整個(gè)青藏高原區(qū)域質(zhì)量的時(shí)空變化特點(diǎn)，但為了解青藏高原質(zhì)量遷移規(guī)律和特征提供了很好的依據(jù)和參考?？偨Y(jié)本文的介紹和討論，可以得到以下認(rèn)知：

結(jié)論：重力衛(wèi)星觀測技術(shù)尤其是GRACE能夠很好地觀測到青藏高原的重力變化，揭示了其時(shí)空變化特征。這些時(shí)變重力場表明青藏高原內(nèi)部和表面發(fā)生著明顯的質(zhì)量遷移。雖然目前所使用的觀測數(shù)據(jù)和所采用的模型/資料等都具有一定的誤差和不確定性，但是總體上，現(xiàn)代大地測量技術(shù)對(duì)于定量研究青藏高原質(zhì)量遷移問題已經(jīng)取得了重大成果并具有重要科學(xué)意義。

存在的問題：本文所討論的研究進(jìn)展在某種意義上僅僅是初步的、粗略的和定性的結(jié)果，還存在著很大的不確定性。最主要原因是缺乏足夠的觀測數(shù)據(jù)，無論是地表觀測還是空間觀測數(shù)據(jù)都不能充分覆蓋整個(gè)青藏高原。例如，地表重力觀測(特別是絕對(duì)重力觀測)嚴(yán)重不足，而GRACE重力衛(wèi)星觀測的空間分辨率較低，僅為300 km左右，不能充分反映局部地區(qū)的構(gòu)造特征或者質(zhì)量變化；其次，青藏高原的質(zhì)量遷移問題具有非常強(qiáng)的復(fù)雜性，特別是質(zhì)量變化源具有時(shí)間/空間尺度以及量級(jí)大小的多樣性，而這些物理信號(hào)都一同混合在時(shí)變重力場中，其重力信號(hào)的有效分離與提取仍然具有挑戰(zhàn)性。具體而言，上述研究還與青藏高原地殼流動(dòng)等物理模型密切相關(guān)，不同研究的結(jié)論之間存在較大差別；另外，由于時(shí)變重力觀測受到空間分辨率和實(shí)測資料稀缺等因素的限制，目前只對(duì)較大空間尺度的質(zhì)量變化問題具有較好的應(yīng)用效果，對(duì)小區(qū)域的質(zhì)量遷移反映得仍不夠準(zhǔn)確，可能導(dǎo)致對(duì)青藏高原整體質(zhì)量遷移認(rèn)識(shí)不夠全面甚至產(chǎn)生錯(cuò)誤理解。然而，這些開創(chuàng)性的研究對(duì)于如何利用時(shí)變重力研究青藏高原動(dòng)力學(xué)變化問題仍然具有重要參考價(jià)值。

解決方案：為解決上述存在的問題，很好地研究青藏高原的質(zhì)量遷移問題，1)需要更高精度的重力衛(wèi)星觀測技術(shù)，期待新一代GRACE follow-on衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)的及時(shí)提供，以便得到連續(xù)的覆蓋青藏高原的時(shí)變重力場數(shù)據(jù)；2)建議加強(qiáng)地表面重力觀測，特別是絕對(duì)重力觀測，例如建設(shè)絕對(duì)重力剖面或稠密重力網(wǎng)，以便反映出局部構(gòu)造信息，從而可以更精細(xì)地研究中小尺度的質(zhì)量遷移問題；3)加強(qiáng)物理建模以及數(shù)據(jù)處理方法的研究，特別是濾波方法以及質(zhì)量源反演技術(shù)的創(chuàng)新與進(jìn)步，以便更好地認(rèn)知質(zhì)量遷移的特征與動(dòng)力學(xué)過程；4)加強(qiáng)多源數(shù)據(jù)的使用與融合，提供更多的物理和數(shù)學(xué)約束，使得研究結(jié)果更加準(zhǔn)確和合理；5)加強(qiáng)多學(xué)科交叉與融合，因?yàn)橘|(zhì)量遷移問題是一個(gè)多學(xué)科問題，只有多學(xué)科交叉融合才能得到更合理的創(chuàng)新性進(jìn)步與認(rèn)知。

展望：目前利用時(shí)變重力研究青藏高原構(gòu)造以及動(dòng)力學(xué)變化問題還只是一種嘗試，具有比較大的不確定性。為了更好地解釋青藏高原是否隆升、地殼是否增厚等基本動(dòng)力學(xué)問題，還需要對(duì)地表質(zhì)量遷移問題作更仔細(xì)的觀測和深入研究，需要更多學(xué)科的理論和觀測技術(shù)的進(jìn)步，更需要現(xiàn)代大地測量的發(fā)展和完善，以便提高全時(shí)空的觀測精度。特別是，如果能夠按照上述解決方案開展工作的話，相信青藏高原質(zhì)量遷移問題的研究一定會(huì)取得實(shí)質(zhì)性的創(chuàng)新性進(jìn)展。作為重力衛(wèi)星GRACE的后續(xù)任務(wù)，新一代重力衛(wèi)星GRACE follow-on已于2018年5月發(fā)射成功，其星間距220 km，提出的科學(xué)目標(biāo)為時(shí)變地球重力場空間分辨率優(yōu)于200 km，月大地水準(zhǔn)面精度優(yōu)于1 mm，衛(wèi)星重力測量全球覆蓋；時(shí)變地球重力場時(shí)間分辨率優(yōu)于1個(gè)月，將質(zhì)量變化從季節(jié)尺度擴(kuò)展到10 a尺度；較當(dāng)前衛(wèi)星重力GRACE測量精度提高至少10倍。另外， 本文作者已經(jīng)建設(shè)一個(gè)橫跨青藏高原的絕對(duì)重力剖面，并于2014、2016、2018年實(shí)施了3期測量工作，取得了基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)。屆時(shí)，隨著GRACE和GRACE follow-on衛(wèi)星數(shù)據(jù)的融合，以及其他新的遙感衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，相信更小空間尺度的質(zhì)量遷移問題將會(huì)得到更好的研究，從而更準(zhǔn)確地研究和解釋青藏高原地表和內(nèi)部的質(zhì)量遷移問題。