Jürgen Kusche | Geodesy and Earth System Modelling 大地测量学和地球系统建模

近几十年来，空间大地测量技术的快速发展提供了全球变化研究的重要观测数据。地球系统建模（Earth System Modelling, ESM）则为研究全球变化提供了重要的模拟工具。数据同化是将大地测量数据同化到地球系统模型中的重要手段。大地测量提供了高质量的观测数据，包括地球的运动、形状和重力场等地球物理参数。数据同化技术利用这些观测数据，进一步提升了地球系统模拟的准确性和可靠性，有助于深化对地球动力学过程、气候和环境变化的理解。

2023年9月24日下午，由中山大学测绘科学与技术学院举办的“逸仙智绘论坛”第25期在中山大学珠海校区翰林三号E202会议室以及线上成功举办。论坛邀请了德国波恩大学Jürgen Kusche作题为“Geodesy and Earth System Modelling”的学术报告。大地测量与导航团队冯伟教授主持了本次报告。

图1 Jürgen Kusche教授作报告

Kusche教授首先介绍了北大西洋格陵兰岛融化对海洋的影响，并指出格陵兰冰盖融化的影响不仅涉及全球和区域海平面上升，还涉及海洋环流变化。基于FESOM海洋模型发现，格陵兰冰盖融化导致的淡水通量导致格陵兰岛西部100米以上的上层海水变暖和淡化。淡水入侵还导致格陵兰岛西部巴芬湾附近的比容海平面变化显著。此外，基于高分辨率的海洋模型模拟结果与基于卫星测高的独立观测结果吻合度更高。研究还发现，海洋模型空间分辨率的提升对改善格陵兰岛附近海水温盐和海平面变化的模拟精度至关重要。

图2  (a) 低分辨率（24km）和 (b) 高分辨率（6km）FESOM模型输出的海面高与卫星测高结果的均方根误差

Kusche教授进一步介绍了基于WaterGAP水文模型并同化GRACE/GRACE-FO数据的全球陆地水储量变化产品（GLWS2.0）。在短期、季节性和长期等不同时间尺度上，基于集合卡尔曼滤波同化GRACE/GRACE-FO后的GLWS2.0结果，与全球1000余个GNSS站点的垂直负荷观测的相关性显著高于原始GRACE/GRACE-FO观测结果，这充分体现出了数据同化的优势。在陆地水储量变化的趋势、周年振幅和相位等方面，GLWS2.0产品与NASA公布的CLSM-DA陆面模型同化产品精度相当，均实现了对陆地水储量时空变化的高精度模拟，为洪水干旱的长期预测提供了重要数据支撑。

图3 从左至右依次为WaterGAP 模拟的陆地水储量变化、同化后的GLWS 2.0 产品结果以及GRACE/GRACE-FO观测的陆地水储量变化

    Kusche教授的报告特别指出，大地测量数据为地球系统模型提供了宝贵的观测数据，比如海平面变化和海洋热含量变化的观测数据、全球水储量和冰冻圈质量变化观测资料、地表形变监测数据、大气水汽和中性粒子观测数据等。这些观测数据及其数据同化过程，有助于人们更好地理解地球系统的复杂性和各圈层相互作用。

报告结束后，与会老师和同学与Jürgen Kusche教授进行了热烈讨论和交流，报告会圆满结束。

报告人简介：

    Jürgen Kusche教授，德国波恩大学大地测量与地球空间信息研究所(IGG)所长，天文、物理与数学大地测量(APMG)团队负责人。国际知名大地测量学家，国际大地测量协会会士(IAG Fellow)。曾先后在波恩大学、代尔夫特理工大学和德国地学研究中心等国际知名科研机构任职，2009年起任德国波恩大学教授。2015-2023年，任国际大地测量领域知名杂志《Journal of Geodesy》主编(Editor-in-Chief)。近年来主持承担了欧洲空间局(ESA)、德国科学基金会(DFG)以及中德(NSFC-DFG)国际合作等多项重大研究计划与课题。在地球系统质量迁移(水循环、海平面变化与气候变化)、全球和区域重力场建模、卫星大地测量和重力场反演理论等领域取得了诸多具有国际影响力的研究成果。

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