利用GPS对地球表面监测主要是观测稳定基岩上的地面观测墩来监测地壳的运动，从而反映地球内部的构造运动^[1-4]。如何改正GPS观测中非构造运动引起的地表位移是目前的研究热点。

本文的研究区域位于青藏高原南部，使用的重力场恢复和气候实验(gravity recovery and climate experiment，GRACE)月重力数据由美国奥斯汀的德克萨斯大学空间研究中心(Center for Space Research，CSR)提供，GPS数据采用中国大陆构造环境监测网络(crustal movement observation network of China，CMONOC)的基准站和境外尼泊尔的一些站点；LHAZ站为从1998年开始观测的陆态网络Ⅰ期站点；国内其余站点均为从2010年开始记录数据的陆态网络Ⅱ期站点；境外(主要在尼泊尔)站点由加州理工大学布设，观测时间相对较长，跨度为1997~2013年。由于地理条件的限制，中国境内的站点分布密度较小，但是分布得较为均匀。

本文采用GAMIT/GLOBK 10.61软件处理GPS数据，其采用的双差观测量可以完全消除卫星钟差和接收机钟差的影响，从测站每日记录的相位和伪距数据计算当日测站坐标3分量及方差-协方差，每日形成一个测站坐标解算结果文件(单日解)。计算时固定模糊度，使用IGS的精密轨道和绝对天线相位中心模型，对流层模型方面采用全球映射函数及全球气压和温度模型提供的对流层干分量作为先验值；在海潮模型改正方面，为避免系统误差，与IGS的精密轨道产品保持良好的自洽性，海潮改正采用TPXO7.0海潮模型，通过格林函数将其改正到地心参考框架，并对获取的GPS垂直时间序列进行大气和海洋非潮汐改正。

目前，提供GRACE产品的机构有法国的大地测量研究中心(GRGS)、美国的CSR、德国地学中心(Geo Forschungs Zentrum，GFZ)和美国宇航局喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory，JPL)，其中，除了GRGS的RL02产品为10日解，其他产品均为月解^[5]。图 1展示了CSR的RL05和GRGS的RL02的产品计算的CHLM站和DRCL站垂直方向的时间序列。

图 1(Fig.1)

图 1 CSR的RL05和GRGS的RL02的产品结果对比 Fig.1 Comparison of CSR RL05 and GRGS RL02

通过上述产品、解算模型和策略，本文使用时间跨度为2002~2014年，CSR的RL05产品利用单日解文件获取各站点N、E、U各坐标分量的时间序列。采用高斯平滑滤波方法，选取平滑半径为400 km以消除截断误差，用SLR计算的C20替换原有C20项，一阶项采用Swenson的方法进行替换，由于GRACE数据同次不同阶存在相关性，需要进行去相关性处理。

根据前人的理论研究^[6-10]，可以计算出GRACE数据反演地表垂直变形，值得注意的是GRACE重力场的变化通过球谐系数的变化来体现，球谐系数的变化一般有3种方法进行计算：①减去某一年的平均系数值；②减掉某一静态重力场模型的系数；③减掉某一月的系数值。本文采取第①种计算方法。

对于GPS时间序列资料的分析，单站、单分量坐标序列可以用周期性模型来表示。从图 2可以看出，GPS的垂直方向上存在明显的周期变化。

图 2(Fig.2)

图 2 GPS的垂直方向观测资料以及非线性拟合和线性拟合图 Fig.2 GPS Observation Data in the Vertical Direction as Well as Nonlinear, Linear Fitting Chart

从图 2中可以看出，GPS基准站的时间序列周年项振幅最大可以达到11.17 mm，半周年项振幅最大有4.75 mm；利用GRACE获得的时间序列的周年项和半周年项振幅变化较小说明，该地区由于地表水等因素引起的地表垂直变化存在周期性且较为稳定。GRACE获得的振幅比GPS的小，初步估计GPS站坐标时间序列中除了GRACE所对应的季节项，还有残余的其他因素引起的周期性变化。

从相关性可以看出，分别由GPS与GRACE获得的时间序列具有很高的相关性，多数站点的相关性在0.8以上。初步判断，GPS时间序列的周年、半周年项的主要影响因素是由周期性的冰川融化和降雨等引起的，这与青藏高原特殊的地质结构相吻合。利用GRACE时变重力场对地球表面流体质量的周期性分布变化敏感的特性，可对GPS的观测时间序列进行周期性改正。

如上所述，GPS与GRACE垂直分量的周期(季节项为主)具有高度一致性，可以利用GRACE数据来改正GPS测站坐标的周期性影响因素。为了定量评估GRACE季节项改正的有效性，以文献定义Ratio的定量评估GPS基准站的WRMS减小百分比，图 3中Ratio的数值接近1，认为GPS与GRACE分别拟合得到的周期项垂直变形一致性完好，这与前人的研究结果^[6-10]也是一致的。

图 3(Fig.3)

图 3 Ratio柱状图 Fig.3 Ratio Histogram

在GPS测站坐标时间序列中有短周期(年周期、半年周期等)水文荷载造成的季节项，对研究构造形变而言是一种噪声，需要剔除。本文结合GRACE重力卫星与GPS两种大地测量观测手段研究青藏高原南部站点时间序列周期项，发现两者的周期性存在很大的相关性，相关系数普遍在0.8以上，特别LHAZ站相关性达到了0.96，因此，可以利用GRACE改正GPS垂直信号中的周期变化。