时变重力场与气候变化  081601M06001H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业研讨课 | 任课教师:钟敏
授课时间: 星期一,第10、11、12 节
授课地点: 教二楼113
授课周次: 6、7、8
授课时间: 星期三,第1、2、3 节
授课地点: 教二楼113
授课周次: 5、6、7、8
课程编号: 081601M06001H 课时: 21 学分: 1.00
课程属性: 专业研讨课 主讲教师:钟敏 助教:
英文名称: Time Variable Gravity Field and Climate Change 召集人:

教学目的、要求

本课程为大地测量学、重力学等专业研究生的研讨课程。近十年来GRACE重力卫星(重力场恢复与气候实验卫星)的成功运行,为连续监测全球重力场的时空变化与地表物质迁移提供了有效途径,从而为探测和研究与地球各圈层运动及相互作用有关的地球系统物质分布、循环和能量交换提供了广阔的应用前景。全球变暖、极地冰川融化、海平面上升以及人类水资源匮乏等环境问题与地表物质迁移有着密切的关系。利用时变重力场信息了解地表物质再分布过程,对探测地球系统内部的动力学和气候学驱动过程的机理研究,具有重要的作用。本课程将分两个密切相关的部分,第一部分以介绍概念、研究方法为主,讲解全球时变重力场的解算及其与地表物质迁移的定量关系;第二部分以介绍研究案例为主,讲解如何利用时变重力场研究气候变化导致的全球以及中国区域海平面变化成因、陆地水/地下水变化、冰川消融变化等规律,并且组织研究生们研读国内外最新的研究成果,分析未来应用研究的发展趋势。通过本课程的讲授,希望研究生们能初步掌握利用时变重力场研究地表物质迁移的流程与方法,以及了解国内外本领域关注的相关研究问题、研究热点以及研究动向。

预修课程

卫星重力学、重力学、大地测量学

教 材

主要内容

第一章 基本理论(3学时)
教学重点:利用重力场的时空变化求解地表物质迁移的基础理论。
第1至3学时:
1.1 时变重力场
介绍全球时变重力场解算的主要原理与方法、基本特征与成因以及应用领域。
1.2 气候涛动
介绍全球三大气候涛动的基本特征,包括南方涛动/厄尔尼诺、北大西洋涛动、北极涛动。
1.3地表物质迁移确定
讲解利用重力场时空变化求解地表物质迁移的数学物理机制。

第二章 GRACE卫星重力应用(11学时)
教学重点:介绍利用时变重力场研究气候变化导致的全球以及中国区域海平面变化成因、陆地水/地下水变化、冰川消融变化规律的进展。
第4-6学时:
2.1全球、中国区域平均海平面变化成因分离
利用GRACE卫星重力和地面水文观测资料研究全球、中国区域平均海平面长期、年代际、年际变化规律,分离海水质量导致的海平面变化与热容海平面变化。
第7-8学时:
2.2全球以及华北陆地水/地下水、冰川融化变化规律
利用GRACE卫星重力和地面水文观测资料研究陆地水变化的进展,包括中国华北地区地下水损耗、三峡库区、南美亚马逊流域陆地水变化、南极、格陵兰冰川融化、青藏高原以及其它高山冰川变化规律的卫星重力监测研究进展。
第9-10学时:
2.3算例实践
讲解利用空间大地测量技术监测地表物质迁移的数据准备、计算流程、软件结构和使用说明。
第11-14学时:
2.4读书报告、研讨
结合国内外研究进展、目前的研究问题(如IPCC联合国政府间气候联合公报中的相关需求),研讨未来研究动向。

第三章 低阶时变重力场应用(6学时)
教学重点:介绍利用人卫激光观测、地球自转变化和气候模式资料确定低阶时变重力场以及低阶时变重力场、地球自转变化与厄尔尼诺相关性的研究进展。
第15-17学时:
3.1低阶时变重力场确定的主要方法以及研究进展
第18至20学时:
3.2 算例实践、读书报告、研讨

参考文献

Wahr, J., M. Molenaar, and F. Bryan (1998), Time variability of the Earth’s gravity field: Hydrological and oceanic effects and their possible detection using GRACE, J. Geophys. Res.-Solid Earth, 103(B12), 30205-30229
江敏,海平面变化及其成因的空间大地测量监测与分析,中国科学院博士学位论文,中国科学院测量与地球物理研究所,2013
冯伟,区域陆地水与海平面变化的卫星重力监测研究,中国科学院博士学位论文,中国科学院测量与地球物理研究所,2013
闫昊明,海洋在地球自转和重力场变化中的作用. 中国科学院博士学位论文,中国科学院测量与地球物理研究所,2005.
许厚泽,卫星重力研究:21世纪大地测量研究的新热点. 测绘科学,2001,26(3),1-3.
许厚泽, 陆洋,钟敏等,卫星重力测量及其在地球物理环境变化监测中的应用. 中国科学:地球科学,2012,42(6),843-853
IPCC撰写专家委员会,2014年联合国政府间气候联合公报,2014