综合分析了全球7台超导重力仪长期连续观测资料，精密剔除了重力潮汐、地球自转变化重力效应，获得了季节性变化的观测残差序列。通过局部的大气压观测数据，分析了大气对重力的负荷效应；通过全球陆地水和非潮汐海洋的数值模型计算了负荷效应对重力变化的影响。数值结果表明，大气和陆地水负荷的影响达到100´10-9ms-2的量级，而非潮汐海洋的负荷影响在沿海地区达到10´10-9ms-2的量级。由GRACE空间重力测量的时变重力场获得了台站区域的重力变化。通过比较地表的超导重力结果和GRACE空间重力测量结果以及全球水负荷对重力的影响说明：地表和空间重力测量中都明显包含由全球水储量变化导致的重力的季节性变化，该变化达到100´10-9ms-2的量级；三者之间的一致性（如下图所示）表明采用全球水储量变化模型基本能够解释重力观测中的季节性变化；而在某些地区的差异表明水模型中仍有很大的不确定性，同时也说明了高精度的重力测量也是检验全球水储量变化模型可靠性的重要手段。

 

超导重力仪、GRACE重力变化及陆地水负荷效应比较

发展了准三维大气负荷效应理论计算方法。在使用的大气重力格林函数中首次引入温度因素，将大气重力格林函数表示为标准大气重力格林函数及其温度改正，并分别与观测气压褶积，从而将大气重力影响表示为标准大气和温度变化重力改正两个部分。引入温度因素，理论上将大气分布从标准大气模型提高到标准大气与真实大气之间，提高了大气密度表示精度；分开处理，将海量的数值计算，转化为标准大气重力影响数值计算量２倍的常规计算，使得数值计算得以实现。

基于武汉九峰台站的超导重力仪和同址的GPS 的连续观测数据以及中国境内部分IGS 站的8 年高程时间序列数据，结合大气、非潮汐海洋、陆地水负荷模型，采用了负荷格林函数趋近方法计算了环境负荷作用下的重力变化和地表垂直位移变化，并对观测数据的环境负荷改正进行了讨论，得出了两者间存在强相关性。数值结果表明，大气负荷、非潮汐海洋负荷、陆地水负荷等环境变化可引起1~4μgal 的重力变化和1~7mm 左右的垂直位移变化，其中年周期性最为显著，分别达到重力年周期变化90%和垂直位移年周期变化80%。其中大气负荷影响最为显著，其次是陆地水负荷效应，非潮汐海洋负荷影响最小。

以武汉台为例，利用超导重力仪长期连续观测资料，结合FG5和GPS同址观测结果，研究了重力长期非潮汐变化特征及其与局部气压和水储量变化及地壳垂直运动之间的关系。结果表明，超导重力仪观测的重力长期变化存在非常显著的季节性变化，其总能量的大约70%来自于局部大气和水储量变化，其中周年变化超过95％的能量都来自于这两种环境因素的影响。由于缺乏区域水储量（特别是地下水）变化的实际观测资料，采用的全球陆地水同化模型LaD和GLDAS不能客观地描述台站局部水储量的实时变化，由此得到的重力变化与实际观测之间存在大约55天的时间延迟。通过与FG5绝对重力仪的对比观测获得了超导重力仪的长期漂移率为17.13 nms-2/yr，同址GPS观测表明台站局部区域的地壳呈缓慢沉降态势，其沉降速率为3.71±0.16 mm/yr，与之对应的局部重力场变化为13.88±0.22 nms-2/yr（如下图所示），即伴随着局部地壳运动的重力变化与高程变化的比值大约为-37.41 nms-2/cm，表明在地壳垂直运动过程中局部伴随着比较大的物质质量调整，其力学机制有待进一步研究。

 

武汉重力长期变化和局部地壳的垂直运动

相关研究成果先后发表在《科学通报》、Journal of Geodynamics和《大地测量与地球动力学》等国内外著名学术期刊。