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基于GRACE重力卫星云南陆地水储量变化的降尺度分析
摘要
本文通过使用GRACE重力卫星数据对云南省陆地水储量变化进行了降尺度分析。利用Mascon方法从GRACE重力数据中提取出与云南省水文系统相关的质量变化信号，并使用地面观测数据验证了其准确性。同时，利用降雨数据、地下水位监测数据以及河流流量监测数据探讨了云南省水文系统中各成分与陆地水储量变化之间的关系。结果表明，云南省水文系统中的各成分（降雨、地下水、河流）都对陆地水储量变化产生了影响，但由于不同成分对水文系统的影响时空尺度差异，因此在不同时间尺度和空间尺度上的影响程度不同。这是关于云南省水文系统陆地水储量变化的一个重要认识。
关键词：GRACE重力卫星；云南省水文系统；降尺度分析；Mascon方法；水储量变化
引言
水是人类生产生活的重要基础资源，因此对于全球水资源的研究备受关注。云南省是我国水资源丰富的省份之一，其水文系统的变化对于全国乃至东南亚地区的自然灾害和社会经济发展都具有重要影响。自2002年起，GRACE重力卫星提供了高精度、高时间分辨率的地球重力场数据，广泛用于陆地水储量变化的研究。然而，由于GRACE数据分辨率较低，需要进行降尺度处理才能得到更精细的水文变化信号。
本文利用基于Mascon方法的GRACE重力卫星数据，对云南省陆地水储量变化进行了降尺度分析，并结合地面观测数据探讨了云南省水文系统中各成分与陆地水储量变化之间的关系。
数据和方法
本研究采用了GRACE重力卫星观测数据、CRUTS4.0月降水数据、地下水位监测数据和雅砻江河流流量监测数据。
GRACE重力卫星观测数据是由德国太空航空中心和美国宇航局联合研制的卫星，其观测周期为30天，数据分辨率为2度×2度。本研究使用了2003年至2017年间的GRACE月平均观测数据。
为了减小GRACE数据分辨率的影响，本研究采用了基于Mascon方法的降尺度处理技术。该方法利用一个有限制的质量模型来将GRACE数据转换为地表积分质量变化信号，并使之与地表水文变化相对应。通过将全球划分为若干个重叠的小区域（Mascon），实现了对月尺度和空间尺度的联合分析，并提高了数据的分辨率。
降水是驱动云南省水文变化的主要因素之一，本研究采用了英国气象局CRUTS4.0月降水数据。地下水是土壤及石头间储存的水，本研究使用了云南省地下水位监测数据，该数据是通过配备了水位自动记录仪的地下水井进行实时监测的。雅砻江是云南省重要的河流，本研究使用了雅砻江流量监测数据来分析云南省河流对水文变化的响应。
结果与分析
通过Mascon方法进行降尺度处理，提取了与云南省水文变化相关的质量变化信号，并使用地面观测数据进行了验证。结果表明，Mascon方法能够有效地从GRACE重力数据中提取出真实的陆地水储量变化信号，并与地面观测结果达成了良好的一致性。
通过分析云南省水文系统中各成分对陆地水储量变化的影响，发现在不同时间尺度和空间尺度上，各成分对陆地水储量变化的影响程度存在一定差异。在年时间尺度上，降水是云南省水文系统对陆地水储量变化的主要驱动因素；而在月时间尺度上，地下水和河流流量的变化对陆地水储量变化的影响更为显著。在空间尺度上，降水、地下水和河流在不同区域对陆地水储量变化的影响程度不同，各成分之间也存在相互影响和相互转移的情况。
结论
本研究利用基于Mascon方法的GRACE重力卫星数据对云南省陆地水储量变化进行了降尺度分析，分析结果表明：云南省水文系统中的各成分（降雨、地下水、河流）都对陆地水储量变化产生了影响，但不同成分对水文系统的影响时空尺度差异，因此在不同时间尺度和空间尺度上的影响程度不同。本研究为进一步了解云南省水文系统的变化提供了重要依据和参考。