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  影像大地测量与地球表面过程

  影像大地测量与地球表面过程 

  Imaging Geodesy and the Earth’s Surface Processes 

  研究方向: 

  关注与全球变化、水资源、地表形变和灾害等相关的自然和人类活动引起的地表过程,重点研究影像大地测量、水文大地测量、负荷响应理论、冰川冻土变化、区域地面沉降与工程安全、滑坡泥石流灾害。 

  研究内容: 

  1发展InSAR、激光Lidar、摄影测量等影像大地测量新技术,联合卫星测高、GNSS和卫星重力等,研究多相态水体(冰川、冻土、积雪、水文)变化、区域形变与工程沉降(地下资源开采、填海、地铁和高铁建设、CO2存储、地震、滑坡泥石流),建立岩土-水文耦合力学模型、冰川/冻土动力学模型。 

  2发展粘弹性地球负荷模拟的理论和方法,建立弹性负荷响应和冰川均衡调整(GIA)模型,研究水文信号的分离与提取的理论与方法,研究横向非均匀的地慢粘滞度模型。服务全球变化、水资源、环境灾害问题和地球动力学等领域。 

  组长汪汉胜,研究员,杰青,负荷动力学、水文大地测量、全球变化研究 

  副组长江利明,研究员,中科院百人计划人选,影像大地测量、全球变化、地面沉降与灾害研究 

  组员: 

    强,副研究员,影像大地测量、卫星测高、冰冻圈变化研究 

  周桥立,助理工程师,精密测量仪器的管理、维护和野外测量 

  博士研究生:孙亚飞,孙永玲,张志敏,孙奇石,白林,董景龙,李德伟 

  硕士研究生:李大安,梁林林,陈玉兴,毛松 

  博士后:相龙伟,柳林 

  合作者:香港中文大学林珲教授,卡尔加里大学Patrick Wu教授俄亥俄州立大学CK Shum教授USGS杨立民资深研究员瑞典国土测量局Holger Steffen博士 

  影像大地测量及其应用研究成果: 

  1发展了基于小基线数据集的相干目标地表形变时序InSAR反演方法,较好解决了低相干区相干目标提取、复杂地形条件下SAR高精度配准等关键问题,提高了时序InSAR技术在自然地表(如围填海区、多年冻土区地面形变监测点的密度和精度(Jiang et al., 2011, RSE; Jiang et al., 2011, IJRS; Bai & Jiang et al., 2016, Remote Sensing(图1,图2)。 

  

  

1 浙江上虞地区地面沉降时序InSAR监测结果比较 

左:常规PSInSAR方法;右我们的方法 

  2提出了时序InSAR观测资料约束下的土层固结数值预测模型,揭示了香港机场填海区潜在的固结触发机制(Jiang et al., 2010, Eng. Geo.,受到国际同行的关注,获“第六届国际数字地球会议最佳论文奖”(从1000多篇报告中评选,共5篇获奖),相关技术成果已在香港国际机场管理局和港铁公司推广应用(图2)。 

  

  

2 香港国际机场不均匀沉降时序InSAR监测模拟分析 

  3提出了基于TandDEM-X双站InSAR的高精度冰川地形重建及冰厚变化估算方法,获取了青藏高原典型地区迄今为止最精细的冰川地形和物质平衡,对于高亚洲冰川变化及其气候变化响应研究具有重要意义(Liu & Jiang et al., 2016, IJRS; Liu & Jiang et al., 2016, Water(图3)。 

  

  

3 利用TanDEM-X 双站InSAR 估算青藏普若岗日冰原地形及厚度变化左:TanDEM-X冰川地形SRTM DEM比较;右:冰川厚度变化(2000~2012 

  4提出了基于Landsat 7 SLC-off 数据的山地冰川精细流场提取方法,为2003年之后冰流信息提供新的遥感数据源,对于长期、连续监测山地冰川运动具有重要意义(图4)。 

  

4 基于Landsat ETM+ SLC-off影像的锡亚琴冰川年平均冰流结果比较 

a)利用LLHM修复后的SLC-off影像冰流速场;(b)利用WLR修复后的SLC-off影像年均冰流速场;(c)利用TM数据提取的年平均冰流速;(d)冰流速差值结果((a-c));(e)冰流速差值结果((b-c))(f)三种结果沿冰川中心线的冰流速度剖面图。 

  负荷动力学与水文大地测量研究成果 

  1提出负荷勒夫数稳定计算的变换方法,改善了球对称地球负荷响应的模拟,给出了全球平均地球模型(PREMAk135, iasp91) 和青藏区域模型 (TC1P) 45000阶负荷勒夫数和格林函数(Wang et al., 2012, Computers and Geosciences) 

  2发展了三维地球有限元算法,建立了考虑横向非均匀地幔流变GIA模型(Wang & Wu, 2006, EPSL),可以给出粘滞度三维分布和预测地壳运动/重力变化/海平面变化 

  3首次提出了GRACE联合GPS有效分离水文和GIA信号的理论途径,揭示北美中部的加拿大三省草原和五大湖地区近十年来水储量急剧增加(图5),得到验潮站和井中水位数据的验证(图6),相关成果作为研究亮点发表在Nature Geoscience,题目为“Increased water storage in North America and Scandinavia from GRACE gravity data”Wang et al., 2012, Nature Geoscience,并两次作为该杂志的Focus”论文。 

  4利用GRACE首次发现在金沙江流域、青藏高原东部河源地区、羌塘自然保护区中部、印度河上游流域和阿克苏河流域地下水呈现增加趋势(图7, Xiang et al., 2016 

    

  5 北美十年陆地水储量变化趋势  

  Wang et al., 2013, Nature Geoscience 

    

  6 加拿大三省草原GRACE结果与水井平均数据的对比 

  Wang et al., 2013, Nature Geoscience 

    

   7青藏高原及其周边2003-2009 地下水储量变化趋势 

  (Xiang et al., 2016, EPSL) 

  7+8-金沙江流域;9-怒江-澜沧江源区;10-长江源区;11-黄河源区;12-柴达木盆地;13-羌塘自然保护区中部;14-印度河上游流域;15-阿克苏河流域。 

  研究项目: 

  中国科学院知识创新工程重要方向项目,卫-卫跟踪的重力场恢复和应用研究,2002-2005,负责人(汪汉胜) 

  国家杰出青年科学基金项目,冰后回弹,2009-2012,负责人(汪汉胜) 

  中科院国家外专局创新团队国际合作伙伴计划项目,地球圈层动态过程的大地测量研究,2012-2014,负责人(汪汉胜) 

  国家自然科学基金重点项目,喀喇昆仑-喜马拉雅冰川物质平衡的空间大地测量研究,执行时间:2015-2019,负责人(汪汉胜) 

  国家重点基础研究发展计划(973项目)课题,全球海平面变化与质量平衡的定量研究,2012-2016,负责人(汪汉胜) 

  国家自然科学基金重大项目课题, 固体地球运动现象的月基观测机理与模型研究,2016-2020, 负责人(江利明) 

  中国科学院前沿科学重点研究项目院, -地协同观测的青藏冻土活动层厚度反演与水碳释放量定量评估,2016-2020负责人(江利明) 

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