温度变化，会造成物质热胀冷缩，地面也不例外。实际上，地面温度变化是影响地壳形变的重要因素，其中最为显著的是地表的周年变化。GPS台站需实时向用户自动提供经检验的不同类型的GPS观测值等，它的位置精确度至关重要。近年来，温度变化对GPS台站三维位移的影响越来越被关注，但已有的研究多关注对垂直方向上位移的影响。近日，上海天文台研究人员许雪晴等人首次应用三维热膨胀模型，根据地表温度数据，计算出全球三维地表周年位移形变，并与GPS台站观测的周年位移数据进行对比，表明温度变化引起的地表形变是GPS台站周年位移的影响因素之一，特别是在水平方向。目前，该工作已被国际学术期刊GPS Solution杂志接收。
许雪晴表示，已有的研究多近似假定不论温度如何变化，地表水平方向的位移为零，但这显然是对实际地球过于简化的假定结果，毕竟地球是球形的，如果在球面水平方向上存在温度变化，要想得到更精确的结果，就有必要计算来自各方面的温度梯度造成的热弹性形变。
“我们的工作采用了三维热膨胀模型，结合美国国家海洋大气局实测的地表温度数据，计算出由地表温度变化引起的全球地表三维周年形变位移。”许博士介绍，“结果显示，由温度变化引起的全球地表三维周年形变在垂向上的振幅最大约为3毫米，在水平方向上的最大周年振幅约为1.5 毫米。且垂向周年位移的分布与温度周年变化表现一致，而水平方向的周年位移则与温度周年变化表现完全不同。”
除此之外，该工作还将模型计算的结果与最能全面反映地表形变的观测值——GPS台站位移数据进行比较。许雪晴解释道，“已有研究表明，地表质量重新分布是GPS台站位移周年变化的最显著影响因素，对垂向和水平向周年位移的贡献大约在50%和15%。我们的工作显示，考虑了温度变化带来的热膨胀效应之后，对垂向和水平向周年位移的贡献分别增加了约7%和8~9%”。
“这一结论说明温度变化引起的地表位移是GPS周年位移形变的影响因素之一，特别是在水平方向。且由温度变化引起的地表位移已经足够显著，在高精度的地球参考框架维持中必须予以考虑。”她展望说，“未来，我们还将继续探究更细微的影响因素，比如地表水的孔隙弹性效应，并建立相应的模型。”
论文链接：http://link.springer.com/article/10.1007/s10291-017-0609-6
（据 中国科学院上海天文台）
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