中国主要高原地区陆地水储量的时空变化（源自GRACE卫星数据）

《Global and Planetary Change》：GRACE-derived spatiotemporal changes of terrestrial water storage in the major plateaus of China

青藏高原TWS年变化率-0.1cm，半年度和年度振幅分别为0.7cm和2.3cm，峰值出现在9-10月。青海-西藏高原TWS变化最显著，导致其他高原区域趋势被掩盖。云贵高原东部TWS持续上升，西部因集中降雨呈下降趋势。研究采用GRACE数据结合SSA插补和滤波技术，揭示了地形与降水对高原TWS的耦合影响机制。

　　本研究围绕中国主要高原地区（MPC）的陆地水储量（TWS）变化展开，旨在揭示这些地区在时空维度上的特征，为区域水资源管理和政策制定提供科学依据。随着全球气候变化的加剧以及人类活动的不断扩展，TWS的波动对水资源的可持续利用产生了深远影响。传统监测手段由于成本高昂和站点分布稀疏，难以实现大范围、高精度的评估。因此，利用卫星重力观测技术，如GRACE及其后续任务GRACE-FO，成为研究TWS变化的重要方法。

中国的主要高原地区包括青藏高原（QTP）、内蒙古高原（IMP）、黄土高原（LP）以及云贵高原（YKP）。这些高原地区因其独特的地理环境和高海拔地形，呈现出显著的季节性水储量变化。同时，由于人类活动的增加和水资源供需的失衡，部分地区的湖泊水资源利用受到限制，导致对地下水资源的过度依赖。这种依赖不仅影响了区域的水资源安全，也对农业生产和居民生活带来了挑战。

在研究过程中，我们采用了一种创新的方法，通过对GRACE卫星数据进行低阶信号恢复、高阶信号联合滤波以及利用奇异谱分析（SSA）进行缺失数据插值，系统地重建了MPC地区过去20年内的TWS时空演变。该方法有效克服了传统数据获取方式的局限，提高了观测精度和数据完整性。研究结果表明，MPC地区的TWS年变化率为-0.1厘米/年，其半年和年度振幅分别为0.7厘米和2.3厘米，变化峰值主要出现在9月至10月之间。值得注意的是，QTP地区的TWS变化幅度最大，其主导信号在一定程度上掩盖了其他高原地区的趋势变化。

云贵高原作为MPC的一部分，表现出不同的水储量变化模式。在西部地区，由于降水集中，TWS呈现下降趋势；而在东部地区，降水减少和水资源迁移共同作用，导致TWS整体呈上升趋势。这种区域间的差异反映了高原地形、气候条件和人类活动对水储量变化的综合影响。研究结果为区域水资源管理提供了重要的科学依据，尤其是在应对极端气候事件和优化水资源配置方面。

此外，本研究还探讨了TWS变化与气候因素之间的关系。通过对GRACE数据进行多尺度分析，我们发现降水模式的变化对TWS的波动具有显著影响。特别是在QTP地区，降水的季节性变化与地表水的储存密切相关，而这一关系在其他高原地区则相对不明显。这表明，在不同的高原地区，降水对TWS的影响机制可能存在差异，需要进一步研究以揭示其背后的物理过程。

本研究的创新之处在于，首次系统地评估了地形与降水对TWS变化的耦合效应。通过对MPC地区TWS的长期趋势进行分析，我们不仅揭示了其周期性特征，还探讨了不同时间尺度下的变化模式。这一研究为理解高原地区的水循环提供了新的视角，也为水资源管理提供了更全面的数据支持。同时，我们还通过对比辅助产品（如Mascon和GLDAS）的结果，评估了GRACE卫星在大范围区域内的应用潜力，并探讨了高原地区的干旱特征及其滞后效应。

在实际应用中，TWS的变化数据对于水资源规划和管理具有重要意义。例如，在干旱和半干旱地区，TWS的变化能够反映地下水的枯竭情况，为制定水资源保护政策提供依据。在降水丰富的地区，TWS的变化则可能与洪水风险相关，需要加强监测和预警。此外，TWS的变化还可能影响区域的生态平衡和气候条件，因此，其研究不仅局限于水资源领域，还涉及环境科学和地理学等多个学科。

随着科技的进步，卫星重力观测技术的应用范围不断扩大。GRACE卫星数据已经被广泛用于全球多个地区的水资源研究，包括美国的中央谷地、澳大利亚的维多利亚地区以及中东的跨境含水层。这些研究展示了GRACE技术在数据稀缺地区的应用潜力，同时也揭示了极端气候事件和人类活动对水资源的影响。然而，对于中国主要高原地区的TWS变化研究仍相对较少，尤其是在大范围和高分辨率的评估方面。

本研究的成果表明，MPC地区的TWS变化呈现出明显的时空特征，且不同高原地区的变化模式存在显著差异。这些差异可能与地形、气候条件以及人类活动的综合影响有关。因此，在制定水资源管理政策时，需要充分考虑这些因素，以实现科学、合理的资源配置。同时，研究还强调了提高数据获取精度和分析能力的重要性，特别是在应对气候变化和优化水资源利用方面。

总体而言，本研究为理解中国主要高原地区的TWS变化提供了新的视角和方法。通过对GRACE卫星数据的处理和分析，我们不仅揭示了TWS的长期趋势和周期性特征，还探讨了不同时间尺度下的变化模式。这些发现对于区域水资源管理和政策制定具有重要意义，同时也为未来相关研究提供了基础。此外，研究还强调了提高数据获取和分析技术的重要性，特别是在应对极端气候事件和优化水资源利用方面。

在实际应用中，TWS的变化数据可以用于监测水资源的动态变化，评估干旱和洪水风险，并为水资源保护和可持续利用提供科学依据。例如，在水资源紧缺的地区，TWS的变化能够反映地下水的枯竭情况，为制定水资源保护政策提供依据。在降水丰富的地区，TWS的变化则可能与洪水风险相关，需要加强监测和预警。此外，TWS的变化还可能影响区域的生态平衡和气候条件，因此，其研究不仅局限于水资源领域，还涉及环境科学和地理学等多个学科。

随着科技的进步，卫星重力观测技术的应用范围不断扩大。GRACE卫星数据已经被广泛用于全球多个地区的水资源研究，包括美国的中央谷地、澳大利亚的维多利亚地区以及中东的跨境含水层。这些研究展示了GRACE技术在数据稀缺地区的应用潜力，同时也揭示了极端气候事件和人类活动对水资源的影响。然而，对于中国主要高原地区的TWS变化研究仍相对较少，尤其是在大范围和高分辨率的评估方面。

本研究的成果表明，MPC地区的TWS变化呈现出明显的时空特征，且不同高原地区的变化模式存在显著差异。这些差异可能与地形、气候条件以及人类活动的综合影响有关。因此，在制定水资源管理政策时，需要充分考虑这些因素，以实现科学、合理的资源配置。同时，研究还强调了提高数据获取和分析技术的重要性，特别是在应对气候变化和优化水资源利用方面。

此外，本研究还通过对比辅助产品（如Mascon和GLDAS）的结果，评估了GRACE卫星在大范围区域内的应用潜力，并探讨了高原地区的干旱特征及其滞后效应。这一分析不仅有助于提高对TWS变化的理解，也为未来相关研究提供了基础。通过系统地重建TWS的时空演变，我们能够更全面地掌握水资源的变化趋势，为区域水资源管理提供科学依据。

综上所述，本研究在以下几个方面做出了重要贡献：首先，评估了GRACE卫星在大范围区域内的应用潜力，并探讨了高原地区的干旱特征及其滞后效应；其次，分析了TWS在不同时间尺度上的长期趋势和周期性特征，揭示了其年度和半年度振幅及相位；再次，探讨了不同高原地区在年度、季节性和月度尺度上的TWS时空变化模式；最后，研究了高原地形和降水对TWS变化的影响机制。这些成果不仅为区域水资源管理提供了科学支持，也为未来相关研究奠定了基础。

本研究的成果表明，MPC地区的TWS变化呈现出明显的时空特征，且不同高原地区的变化模式存在显著差异。这些差异可能与地形、气候条件以及人类活动的综合影响有关。因此，在制定水资源管理政策时，需要充分考虑这些因素，以实现科学、合理的资源配置。同时，研究还强调了提高数据获取和分析技术的重要性，特别是在应对气候变化和优化水资源利用方面。

在实际应用中，TWS的变化数据可以用于监测水资源的动态变化，评估干旱和洪水风险，并为水资源保护和可持续利用提供科学依据。例如，在水资源紧缺的地区，TWS的变化能够反映地下水的枯竭情况，为制定水资源保护政策提供依据。在降水丰富的地区，TWS的变化则可能与洪水风险相关，需要加强监测和预警。此外，TWS的变化还可能影响区域的生态平衡和气候条件，因此，其研究不仅局限于水资源领域，还涉及环境科学和地理学等多个学科。

随着科技的进步，卫星重力观测技术的应用范围不断扩大。GRACE卫星数据已经被广泛用于全球多个地区的水资源研究，包括美国的中央谷地、澳大利亚的维多利亚地区以及中东的跨境含水层。这些研究展示了GRACE技术在数据稀缺地区的应用潜力，同时也揭示了极端气候事件和人类活动对水资源的影响。然而，对于中国主要高原地区的TWS变化研究仍相对较少，尤其是在大范围和高分辨率的评估方面。

本研究的成果表明，MPC地区的TWS变化呈现出明显的时空特征，且不同高原地区的变化模式存在显著差异。这些差异可能与地形、气候条件以及人类活动的综合影响有关。因此，在制定水资源管理政策时，需要充分考虑这些因素，以实现科学、合理的资源配置。同时，研究还强调了提高数据获取和分析技术的重要性，特别是在应对气候变化和优化水资源利用方面。

此外，本研究还通过对比辅助产品（如Mascon和GLDAS）的结果，评估了GRACE卫星在大范围区域内的应用潜力，并探讨了高原地区的干旱特征及其滞后效应。这一分析不仅有助于提高对TWS变化的理解，也为未来相关研究提供了基础。通过系统地重建TWS的时空演变，我们能够更全面地掌握水资源的变化趋势，为区域水资源管理提供科学依据。

综上所述，本研究在以下几个方面做出了重要贡献：首先，评估了GRACE卫星在大范围区域内的应用潜力，并探讨了高原地区的干旱特征及其滞后效应；其次，分析了TWS在不同时间尺度上的长期趋势和周期性特征，揭示了其年度和半年度振幅及相位；再次，探讨了不同高原地区在年度、季节性和月度尺度上的TWS时空变化模式；最后，研究了高原地形和降水对TWS变化的影响机制。这些成果不仅为区域水资源管理提供了科学支持，也为未来相关研究奠定了基础。