上海天文台揭示温度变化对GPS台站周期性位移的影响

　　温度变化，会造成物质热胀冷缩，地面也不例外。实际上，地面温度变化是影响地壳形变的重要因素，其中最为显著的是地表的周年变化。GPS台站需实时向用户自动提供经检验的不同类型的GPS观测值等，它的位置精确度至关重要。近年来，温度变化对GPS台站三维位移的影响越来越被关注，但已有的研究多关注对垂直方向上位移的影响。近日，中国科学院上海天文台研究人员许雪晴等人首次应用三维热膨胀模型，根据地表温度数据，计算出全球三维地表周年位移形变，并与GPS台站观测的周年位移数据进行对比，表明温度变化引起的地表形变是GPS台站周年位移的影响因素之一，特别是在水平方向。目前，该工作已被国际学术期刊GPS Solution 杂志接收。

　　许雪晴表示，已有的研究多近似假定不论温度如何变化，地表水平方向的位移为零，但这显然是对实际地球过于简化的假定结果，毕竟地球是球形的，如果在球面水平方向上存在温度变化，要想得到更精确的结果，就有必要计算来自各方面的温度梯度造成的热弹性形变。

　　“我们的工作采用了三维热膨胀模型，结合美国国家海洋大气局实测的地表温度数据，计算出由地表温度变化引起的全球地表三维周年形变位移。”许雪晴介绍，“结果显示，由温度变化引起的全球地表三维周年形变在垂向上的振幅最大约为3毫米，在水平方向上的最大周年振幅约为1.5 毫米。且垂向周年位移的分布与温度周年变化表现一致，而水平方向的周年位移则与温度周年变化表现完全不同。”

　　除此之外，该工作还将模型计算的结果与最能全面反映地表形变的观测值——GPS台站位移数据进行比较。许雪晴解释道，“已有研究表明，地表质量重新分布是GPS台站位移周年变化的最显著影响因素，对垂向和水平向周年位移的贡献大约在50%和15%。我们的工作显示，考虑了温度变化带来的热膨胀效应之后，对垂向和水平向周年位移的贡献分别增加了约7%和8~9%”。

　　“这一结论说明温度变化引起的地表位移是GPS周年位移形变的影响因素之一，特别是在水平方向。且由温度变化引起的地表位移已经足够显著，在高精度的地球参考框架维持中必须予以考虑。”她展望说，“未来，我们还将继续探究更细微的影响因素，比如地表水的孔隙弹性效应，并建立相应的模型。”

蓝色箭头：地表质量重新分布对GPS台站水平南北向位移的影响；黑色箭头：地表质量重新分布与热膨胀形变对GPS台站水平南北向位移的影响；红色箭头：GPS台站水平南北向位移的周年形变。不难看出，黑色箭头与红色箭头的吻合程度比蓝色箭头与红色箭头的吻合程度更高，即考虑由温度变化引起的热膨胀形变之后，更能重构观测上GPS台站水平向位移。