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随着中国经济的快速增长,工业、农业和生活等方面的用水量大幅度增加,因此探明我国陆地水和地下水储量变化情况对指导水资源合理分配具有十分重要的意义。如地下水测井、红外或微波遥感卫星、数值模拟等传统分析水储量变化的方法具有较大的局限性,限制了人们对水储量变化的认识。重力恢复与气候试验卫星(Gravity Recovery And Climate Experiment,GRACE)于2002年3月成功发射,为监测全球大尺度的地表质量变化提供了重要数据支撑,是目前大区域陆地水储量变化监测的有效手段之一。本文主要围绕利用GRACE时变重力场模型反演中国大陆陆地水储量变化的有关内容展开,并结合全国的607口实测地下水井数据对反演的地下水储量变化进行验证分析,主要内容如下:(1)总结了利用GRACE时变重力场模型反演全球陆地水储量变化的基本原理和算法,主要包括高斯、扇形等滤波方法,Swenson、Duan和Pn Mm等去条带误差方法以及泄露误差改正方法。(2)对比分析了CSR RL05、GFZ RL05、JPL RL05、ITSG-Grace2016、CSR RL06、GFZ RL06、JPL RL06和ITSG-Grace2018模型的噪声情况,结果表明,三大官方机构RL06版模型的精度有了显著改善,ITSG-Grace2018模型精度相对ITSG-Grace2016模型也有一定提高。新版模型之间差异更小,说明不同机构采用GRACE卫星的第3版KBR等数据反演模型具有更高的一致性。以中国大陆为研究区域,详细比较了150km、200km、250km和300km高斯滤波组合Duan、Swenson和P3M6去条带方法的降噪效果,分析结果表明150km高斯滤波组合Duan去条带方法即可有效降低ITSG-Grace2018模型的噪声,也能够在一定程度上可削弱模型的信号泄露。(3)选择了ITSG-Grace2018时变重力场模型、GLDAS水文模型、降雨、温度等资料分析中国大陆九大流域的陆地水储量变化情况。结果表明,长江、珠江、东南诸河及西南诸河流域陆地水储量变化的振幅较大,且其受降雨的影响,具有明显的季节性特征。松辽、黄河、海河和淮河流域陆地水储量变化的振幅较小且季节性特征较弱。内陆河流域陆地水储量变化的振幅最小并有一定的年际特征。在研究时期内,长江、珠江和东南诸河流域陆地水储量分别以4.83mm/yr、5.35mm/yr和8.31mm/yr的速度增加;黄河、海河、淮河和西南诸河流域陆地水储量分别以-4.22 mm/yr、-10.41mm/yr、-9.60mm/yr和-10.96mm/yr的速率减少;松辽流域和内陆河流域陆地水储量的变化速度分别为1.33mm/yr和0.10mm/yr,基本处于平衡的状态。另外,分析显示GRACE卫星有能力监测到流域较为严重的干旱洪水灾害事件。(4)分析了九大流域由ITSG-Grace2018模型、GLDAS模型反演的地下水储量变化,并结合地下水井实测的地下水储量变化进行比较。结果表明,因受陆地水储量变化的影响,长江流域、东南诸河流域和西南诸河流域反演的和实测的地下水储量变化均呈现出较为明显的季节性变化。除了珠江流域外,在2005年至2016年8月期间两者在其它各流域的变化趋势上具有较好的一致性。松辽、黄河、海河、淮河、西南诸河和内陆河流域的地下水储量均呈下降趋势,反演的和实测的地下水储量变化速率分别为-6.44mm/yr、-8.92mm/yr、-18.75mm/yr、(-2.04/-12.87mm/yr)、-6.25mm/yr、-6.26mm/yr和-1.47mm/yr、-7.80mm/yr、-8.35mm/yr、(-0.37/-7.19mm/yr)、-1.83mm/yr、-3.09mm/yr;长江和东南诸河流域的地下水储量均呈上升趋势,反演的和实测的地下水储量变化速率分别为5.67mm/yr、(6.14/17.23mm/yr)和6.62mm/yr、(2.71/17.57mm/yr);其中淮河流域和东南诸河流域的地下水变化情况分成2005年至2011年、2012年至2016年两段进行分析。因黄河、淮河、长江、东南诸河和内陆河流域的地下水井数量相对较多,反演的和实测的地下水储量变化趋势在数值亦比较接近。(5)分析了GRACE Follow-On和Swarm月时变模型的精度,并讨论利用Swarm卫星衔接GRACE卫星与GRACE Follow-On卫星之间空缺的可行性。结果表明,GRACE Follow-On模型与GRACE RL06版模型的噪声水平基本一致,而Swarm月时变模型噪声较为严重,需要采用半径为800km以上的高斯滤波才能获取有效的信号。经过800km高斯滤波处理,GRACE、GRACE Follow-On和Swarm模型在亚马逊流域和格陵兰岛地区的水文信号具有较好的一致性,但三者在长江流域和珠江流域的吻合度不高。