具体描述
In demonstrating how Newtonian gravitational theory and Euclidean geometry can be used and developed in Earth's environment, the text discusses earth's gravitational field; matrices and orbital geometry; satellite orbit dynamics; geometry of satellite observations; statistical implications; and data analysis. Prerequisites: introductory course in college physics and a first-year course in calculus.
地球物理学前沿：大地测量学与地球动力学综合研究 书名：地球物理学前沿：大地测量学与地球动力学综合研究 作者： [此处留空，实际书籍会有作者署名] 出版社： [此处留空，实际书籍会有出版社信息] --- 内容简介 本书全面深入地探讨了现代大地测量学与地球动力学交叉领域的前沿研究课题与关键技术，旨在为地学领域的研究人员、高年级本科生及研究生提供一个理解地球系统复杂性、量化地质过程的综合性参考框架。全书基于对地壳形变、地幔动力学、海平面变化以及地球内部结构的高精度观测和理论建模，系统地阐述了如何利用先进的空间大地测量技术（如GNSS、InSAR、卫星重力等）来揭示地球随时间变化的物理机制。 第一部分：大地测量学基础与高精度观测体系 本部分首先回顾了大地测量学的基本原理，重点聚焦于地球参考框架的建立与维持。详细介绍了国际地球参考框架（ITRF）的演进，以及在构建高精度、高稳定性的空间坐标系中，VLBI、SLR、GNSS和InSAR等观测手段的协同作用。 1.1 现代大地测量技术概览： 深入剖析了全球导航卫星系统（GNSS）在实时和后处理模式下的数据处理策略，包括对流层、电离层延迟的精确修正模型。探讨了合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术在监测地表形变方面的独特优势，尤其是在火山、地震和滑坡等灾害性事件中的应用，包括永久散射体（PS）和小基线集（SBAS）方法的原理与实践。 1.2 重力场测量与地球物理应用： 全面介绍了卫星重力任务（如GRACE/GRACE-FO）的数据获取、处理流程及其在水文循环、冰川质量平衡和地壳均衡过程中的关键应用。探讨了高精度地面重力测量和时间序列重力变化分析，用以探测地下物质迁移引起的质量变化。 1.3 地球参考框架的动态维护： 详细阐述了利用不同空间技术融合构建和维持全球动态参考系的方法，包括对地球极运动、地壳构造运动和非构造信号的精确分离技术。重点讨论了如何量化和减小不同观测系统之间的时间延迟和空间偏差，以实现毫米级的精度目标。 第二部分：地球形变与构造过程的精确刻画 本书的核心部分在于利用大地测量数据揭示地球的动态过程。形变场分析不再仅仅是几何上的位移测量，更是深入理解驱动这些位移的物理机制的窗口。 2.1 板块构造与地壳形变： 细致分析了GNSS数据在监测现今板块运动速率和应力积累方面的应用。构建了基于全球形变场的构造模型，用于评估断层带的滑动速率、耦合程度以及构造应力场的时空演化。特别关注了走滑带、汇聚边界和离散边界上的局部形变特征。 2.2 地震形变场的反演与破裂过程模拟： 详细介绍了利用InSAR和GNSS数据对地震同震位移场进行高分辨率反演的技术，包括对断层几何结构和滑动分布的约束。探讨了基于地表观测数据反演地震矩张量、评估断层面上应力降的数值方法，以及如何将这些观测结果输入到地震破裂过程模拟中，以预测未来地震的潜在影响。 2.3 构造后形变与粘弹性响应： 探讨了地震、负荷卸载（如冰川消融）后持续存在的形变，即构造后形变。引入了粘弹性地球模型，解释了地幔和下地壳物质对表面加载变化的长期流变响应。使用大地测量时间序列分析，反演了地壳和上地幔的粘滞系数分布，为地球内部物质循环提供了关键约束。 第三部分：地球流体系统与海平面变化 本书将流体地球科学与大地测量观测紧密结合，重点关注水圈和冰雪圈对地球形状和重力场的贡献。 3.1 海平面变化与区域沉降/抬升： 结合卫星高度计数据和陆基GNSS数据，对全球和区域海平面变化进行了详细分析。区分了由冰川融化、热膨胀驱动的全球海平面上升趋势与区域性的构造沉降或地壳均衡运动。探讨了沿海城市群中，地下水抽取和沉积物压实导致的地面沉降如何被高精度GNSS网络监测和量化。 3.2 冰川动力学与地质均衡： 深入研究了冰盖和山地冰川质量损失对全球及区域地球系统的影响。利用GRACE/GRACE-FO重力数据追踪冰川质量变化，并利用GNSS/InSAR监测冰川的动态响应，包括冰川反弹（Glacial Isostatic Adjustment, GIA）的现今速率。构建了更精细的GIA模型，用以校正构造运动信号，并预测未来数百年冰川卸载的长期影响。 3.3 地表水储量变化与水文加载： 阐释了地表水体（如大型水库、洪水、地下水储量）的季节性或长期变化如何通过质量变化引起地球弹性形变和重力场扰动。利用大地测量时间序列分析技术，成功地将水文信号从构造信号中分离出来，用于评估区域水资源的可持续性。 第四部分：地球内部结构与地球动力学建模 本书最后将观测到的形变和重力变化与地球内部的物理过程相联系，侧重于从观测数据到动力学模型的转化。 4.1 地幔对流与岩石圈动力学： 讨论了大地测量数据如何约束地幔对流模型。通过分析地幔引起的长期形变和重力场变化，推断出地幔物质的密度结构和运动模式。强调了俯冲带附近岩石圈的应力积累和地幔楔的流变特性对区域构造稳定性的重要影响。 4.2 区域地壳应力场与地震危险性评估： 综合利用多种大地测量数据，重建了特定构造单元（如活动构造带）的应力场分布。引入了统计学方法，将形变梯度与地震危险性参数进行关联，为区域性的抗震设计和风险评估提供科学依据。 4.3 理论与观测的融合： 本部分强调了数值模拟在解释大地测量观测中的核心地位。介绍了有限元法（FEM）和有限差分法（FDM）在模拟地球内部复杂介质响应（如粘弹性、各向异性）时的应用。讨论了如何通过迭代优化，将观测到的形变场、重力场变化反演为地球物理参数（如弹性模量、粘滞系数、热流密度）的分布。 总结与展望： 本书以多学科交叉的视角，展示了现代大地测量学作为“地球诊断工具”的强大能力。展望了未来结合更高精度卫星、更精密的传感器技术，以及与地震学、地磁学等其他地球物理学科深度融合的趋势，预示着对地球系统更深层次、更精确理解的巨大潜力。本书是地球科学家进行高水平研究和教育的必备参考资料。
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