模型分层简化的可行性［４５］，并将这些方法用于青藏 高原的ＧＩＡ 研究，指出ＧＩＡ 不是青藏高原隆升的 主要机制［７４，７５］．近几年来，汪汉胜与加拿大卡尔加 里大学胡百卓教授合作，发展了横向非均匀地球负
模型分层简化的可行性［４５］，并将这些方法用于青藏
高原的ＧＩＡ 研究，指出ＧＩＡ 不是青藏高原隆升的
主要机制［７４，７５］．近几年来，汪汉胜与加拿大卡尔加
里大学胡百卓教授合作，发展了横向非均匀地球负
荷问题的有限元算法［５３，７６，７７］．Ｗｕ（２００４）［７８］就横向
非均匀、自引力、非自转和不可压缩地球模型，提出
耦合位扰动拉普拉斯方程的三维有限元法算法
（ＣＬＦＥ），Ｗｕｅｔａｌ．（２００５）［５３］ 和Ｗａｎｇａｎｄ Ｗｕ
（２００６ａ［９］，ｂ［１８］）结合利用成熟的商用有限元软件，
成功实现了三维模型的数值计算．该算法采用不可
压缩地球、但考虑自吸引海洋和自恰的海平面方程．
研究发现横向非均匀对地壳运动速率、ＲＳＬ、地球重
力场有显著影响，特别是，在北美，由横向非均匀模
型预测出与过去一维模型的发散剪切运动完全不同
的流动模式，但有待观测验证．此外，发现ＧＲＡＣＥ
重力场变化对下地幔粘滞度非常敏感．
推估地幔粘滞度是ＧＩＡ 重要的科学目标之一，
然而，到目前为止所估计的地幔粘滞度，特别在下地
幔具有较大的不确定性，主要原因如下：其一，往往
利用ＲＳＬ 变化数据（海滩沉积物系列厚度和１４Ｃ 测
龄的结果），由于采用数据单一，ＲＳＬ 数据全球分布
稀疏且极不均匀，故难以分辨上下地幔粘滞度、岩石
圈厚度和冰盖消融时空历史的贡献［７９，８０］，因此迫切
需要增加新的观测约束；其二，所采用的观测数据易
受其它地球动力学过程“污染”，例如，在北美劳伦冰
盖，４０～５０毫伽重力异常有很大一部分是地幔大尺
度对流引起的质量异常的贡献［８１，８２］；长期极移、地
球自转非潮汐加速度和重力场低阶带谐项的长期变
化也有来自极地冰质量非平衡［８３］和地幔对流的影
响［８４］，所以，观测数据类型的选择和信号的分离有
待进一步研究；其三，径向分层地球模型明显与地震
波速结构、板块构造、大地热流和长波长大地水准面
等所揭示的壳幔显著的横向非均匀性相矛盾．
４ ＧＩＡ 研究的发展方向
采用粘弹参数三维变化的地球模型，考虑地幔
可压缩、地球的旋转变形等物理因素，发展和利用三
维ＧＩＡ 模拟的新算法，对包括ＲＳＬ 变化、地壳位移
等在内的多种观测数据，开展正反演解释，一方面可
提高流变模型的分辨率，减少多解性，另一方面，还
可提高ＧＩＡ 响应的预测精度．简言之，利用多种观
测约束，开展基于三维地球模型的正反演研究，是
ＧＩＡ 研究的发展方向．
在ＧＩＡ 研究中，基本上是利用时变观测数据，
可减少地幔对流过程的影响，它们包括：
（１）全球古海滩的ＲＳＬ 变化，通过沉积物系列
厚度和１４Ｃ 同位素测龄观测获得，是最早使用的、且
迄今为止还是最重要的观测数据集；
（２）现今地壳运动速率，由ＧＰＳ 可观测现今地
壳水平和垂直运动速率，由水准、验潮站结合卫星测
高、陆地卫星测高可测量现今地壳垂直运动速
率［８５～８９］，ＶＬＢＩ 可测定现今地壳水平运动速
率［６７，６８］；
（３）由地面重力和卫星重力计划观测的现今重
力场的变化［９０～９２］；
（４）通过人卫激光测距和天文学手段观测到的
地球自转速率变化（或犑
·
２ ）和极移等．
最近，人们利用地震层析模型，推测地幔粘滞度
的横向变化分布，结合ＧＩＡ 观测进行了解
释［９，１８，５３，６３，９３］，即假设地震剪切波速异常仅由热效应
引起，通过与其的线性关系，给出了粘滞度的横向扰
动．考虑粘滞度还与地幔物质化学组分等因素有关，
流变律也不一定是线性的，通过选择比例系数，改变
幂律指数，检验其ＧＩＡ 预测与观测的符合度，可推
测地幔粘滞度的横向非均匀分布和流变律［２０，９４，９５］．
当前，以ＧＲＡＣＥ 卫星重力计划为首的观测计
划不断发布新的观测结果，为ＧＩＡ 研究提供了难得
的机会，因此ＧＩＡ 研究是当前大地测量学与地球物
理、地球动力学交叉的研究热点．ＧＲＡＣＥ 卫星重力
计划（２００２～２０１０）在监测全球陆地水、海水和极地
冰质量变化等方面，已取得巨大的科学成就，为了观
测的连续性，国际“未来卫星力测量”工作组一致赞
成实施ＧＲＡＣＥ 卫星重力的后续计划［９６］．ＧＩＡ 在上
千公里尺度和５～１０年时间尺度内可使地球内部出
现显著的质量重新分布，ＧＲＡＣＥ 及其后续的观测
计划正好可精确地观测到相应的重力长期变化．此
１９６３
地 球 物 理 学 进 展２４卷
外，连续积累的ＧＰＳ、卫星测高资料［７，８９］和全球地震
层析结果［９７］，也为ＧＩＡ 研究增加新的约束［９８］．国际
岩石圈计划ＤｙｎａＱｌｉｍ 任务组，在世界范围内组织
相关领域的科学家，就克拉通地区的第四纪演化开
展多学科的交叉研究，将集成现有观测数据集和各
种模型，试图揭示ＧＩＡ、上地幔结构、动力学和第四
纪气候的关系．
参 考 文 献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：
［１］ ＪｏｈａｎｓｓｏｎＪＭ，ＤａｖｉｓＪＬ，ＳｃｈｅｒｎｅｃｋＨ Ｇ，犲狋犪犾．Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ
ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｆＰｏｓｔＧｌａｃｉａｌＡｄｊｕｓｔｍｅｎｔｉｎＦｅｎｎｏｓｃａｎｄｉａ，１：
ＧｅｏｄｅｔｉｃＲｅｓｕｌｔｓ［Ｊ］．Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．，２００２，１０７：ＥＴＧ３．
［２］ ＳｅｌｌａＧＦ，ＳｔｅｉｎＳ，ＤｉｘｏｎＴ Ｈ，犲狋犪犾．Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｇｌａｃｉａｌ
ｉｓｏｓｔａｔｉｃａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｉｎ ‘‘ｓｔａｂｌｅ’’Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ ｗｉｔｈ ＧＰＳ(责任编辑：南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）
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