基于十年连续GNSS观测的中国大陆垂直地壳形变GNSS成像研究

针对中国大陆垂直地壳形变研究精度不足的问题，研究人员利用286个连续GNSS站点数据，结合非潮汐大气(NTAL)、海洋(NTOL)和水文(HYDL)负载校正，通过改进的主成分分析(PCA)和空间结构函数(SSF)成像技术，揭示了-3至3 mm/yr的垂直形变空间格局，明确了青藏高原中北部沉降与华北-华中隆起的构造特征，为板块运动与人类活动影响提供了高精度证据。

　　

中国大陆的地壳运动长期以来受到印度板块与欧亚板块碰撞、太平洋板块俯冲等多重构造作用的复杂影响。尽管水平形变研究已较为成熟，但垂直形变受观测网络稀疏、环境负载干扰等因素制约，其空间特征和驱动机制仍不清晰。传统GPS观测因站点分布不均和季节性信号干扰，难以准确刻画毫米级年际垂直运动。这一科学瓶颈限制了我们对高原隆升、平原沉降等关键地质过程的认知，也阻碍了地质灾害预警精度的提升。

中国地震局等单位的研究团队在《Geodesy and Geodynamics》发表的最新研究中，通过融合多源环境负载校正与创新数据处理方法，首次实现了中国大陆全域高分辨率垂直形变成像。研究团队整合了286个连续GNSS站点十年以上的观测数据，采用非潮汐大气(NTAL)、海洋(NTOL)和水文(HYDL)负载模型消除季节性干扰，结合改进的主成分分析(PCA)滤除共模误差(CME)，最终通过经验性空间结构函数(SSF)构建了0.25°分辨率的垂直形变场。

关键技术方法包括：1) 基于CMONOC网络的GNSS时间序列预处理；2) 利用ESMGFZ环境负载数据校正季节性信号；3) 改进PCA算法提取区域共模误差；4) 赫克托(Hector)软件最优噪声模型估计；5) SSF加权中值空间滤波(MSF)成像。

3.1 环境负载效应的定量评估
研究发现GNSS垂直位移与复合环境负载(CEAL)的相关系数平均达0.36，82.5%站点的均方根误差(PRMS)改善率为4.09%。其中水文负载(HYDL)对青藏高原站点、非潮汐大气负载(NTAL)对华北站点影响显著，证实环境负载是季节性信号的主要来源。

3.2 共模误差校正
通过改进PCA提取的共模误差使时间序列RMS平均降低2.06 mm(27.53%)。第一主成分(PC1)贡献率达43.46%，其空间响应显示西部与东部呈现反向形变特征，反映了区域构造差异性。

3.3 最优噪声模型分析
白噪声+闪烁噪声(WN+FN)模型占比69%，环境负载校正使速度不确定性平均增加0.12 mm/yr，而CME校正可抵消该误差，最终获得0.51 mm/yr的平均不确定度，精度优于既往研究。

3.4 GNSS成像结果
空间滤波后的成像显示：青藏高原中北部(-1.5至-3 mm/yr)为最大沉降区，反映印度板块持续俯冲效应；华北与秦岭地区(1-3 mm/yr)的显著隆起可能与鄂尔多斯地块活动相关；天津等地超20 mm/yr的异常沉降证实人类活动影响。

这项研究通过创新性技术组合，首次实现了中国大陆垂直形变场的无缝成像，其毫米级精度为理解板块边界动力学和人类活动影响提供了全新视角。特别是发现青藏高原内部沉降与周缘隆起的共轭模式，暗示了地壳流变学响应的空间异质性。研究建立的SSF-MSF方法有效解决了稀疏网络导致的"马赛克"伪影问题，为全球构造形变研究提供了范式。未来结合InSAR等数据，该技术有望在地震空区识别和城市沉降监测中发挥更大价值。