Noise Model of GNSS Vertical Coordinate Time Series in Southeastern Tibet Plateau Based on Environmental Loading

HU Shunqiang; CHEN Kejie; HE Xiaoxing; ZHU Hai

doi:10.13203/j.whugis20240098

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Noise Model of GNSS Vertical Coordinate Time Series in Southeastern Tibet Plateau Based on Environmental Loading

Geodesy and Survey Engineering | 更新时间：2026-11-05

- Noise Model of GNSS Vertical Coordinate Time Series in Southeastern Tibet Plateau Based on Environmental Loading
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 51, Issue 3, Pages: 604-617(2026)
- 作者机构：
  
  1.江西师范大学鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室，江西南昌，330022
  2.江西省自然灾害监测预警与评估重点实验室，江西南昌，330022
  3.南方科技大学地球与空间科学系，广东深圳，518055
  4.江西理工大学土木与测绘工程学院,江西赣州，341000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20240098
  CLC： P228
- Received：10 September 2024，
  
  Published：05 March 2026
- 稿件说明：
移动端阅览
胡顺强,陈克杰,贺小星，等.顾及环境负载的青藏高原东南缘GNSS垂向坐标时序噪声模型研究[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(3):604-617.

HU Shunqiang,CHEN Kejie,HE Xiaoxing,et al.Noise Model of GNSS Vertical Coordinate Time Series in Southeastern Tibet Plateau Based on Environmental Loading[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(3):604-617.
胡顺强,陈克杰,贺小星，等.顾及环境负载的青藏高原东南缘GNSS垂向坐标时序噪声模型研究[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(3):604-617. DOI：,10.13203/j.whugis20240098

HU Shunqiang,CHEN Kejie,HE Xiaoxing,et al.Noise Model of GNSS Vertical Coordinate Time Series in Southeastern Tibet Plateau Based on Environmental Loading[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(3):604-617. DOI：,10.13203/j.whugis20240098

摘要

准确辨识出全球导航卫星系统（global navigation satellite system

GNSS）垂向坐标时间序列的最优噪声模型，对于获取可靠的抬升或沉降变形速度场并评估速度不确定度至关重要。利用青藏高原东南缘在2011-01-01—2022-12-30间94个GNSS连续站观测数据和环境负载模型数据，选用9种噪声模型对环境负载改正前后的GNSS垂向坐标时间序列进行噪声特性分析，并定量评价了环境负载效应的影响。研究结果表明，水文、大气、非潮汐海洋负载均对GNSS垂向坐标时间序列存在影响。环境负载改正后，三者的均方根分别减少-1.3%~22%、-1.4%~17.4%和-0.1%~1.3%，其平均值分别为8.7%、6.7%和0.6%。在空间分布上，位于鲜水河-安宁河-则木河断裂带西侧的测站受水文负载影响更大，而东侧的测站受大气负载影响更大。经过环境负载改正后，94个GNSS连续站最优噪声模型主要表现为幂律噪声（power-law noise

PL），其次是白噪声分别与闪烁噪声、PL的组合。环境负载改正前后，基于最优噪声模型估计的速度差值范围为-0.11~0.26 mm/a，速度不确定度差值范围为-0.33~0.16 mm/a。进一步通过分析测站速度不确定度与高程、年均降雨量、经度、纬度之间的线性关系，发现青藏高原东南缘的年均降雨量、高程、经度、纬度对GNSS测站的稳定性影响较小。

Abstract

Objectives

Accurately identifying the optimal noise model of global navigation satellite system (GNSS) vertical coordinate time series is vital to obtain reliable uplift or subsidence deformation velocity fields and assess the associated uncertainties.

Methods

In this paper

we collect data from 9 noise models including white noise (WN)

flicker noise (FN)

power-law noise (PL)

random walk noise(RW)

WN+FN

WN+PL

WN+generalized Gauss⁃Markov noise

WN+RW

WN+RW+FN.These data and noise models are used to analyze the noise characteristics of GNSS vertical coordinate time series before and after environmental loading correction at 94 stations spanning from January 2011 to December 2022 in the southeastern Tibet Plateau.

Results

The results show the root mean squares reduction is -1.3%⁃22%

-1.4%⁃17.4%

and -0.1%⁃1.3%

with a mean value of 8.7%

6.7% and 0.6% for all stations after removing the hydrological

atmospheric

and nontidal ocean loading deformation from the GNSS vertical coordinate time series

respectively. The hydrological loading has a greater impact in the west side of Xianshuihe-Anninghe-Zemuhe fault zone

and the atmospheric load has a greater impact in east side of this fault zone. The optimal noise model at all stations was mainly represented by PL

a combination of WN

and FN before and after environmental loading correction. The value of velocity and its uncertainty before and after environmental loading correction based on optimal noise model vary from -0.11⁃0.26 mm/a and from -0.33⁃0.16 mm/a. We analyze the stability of GNSS stations through the linear relationship between GNSS vertical velocity uncertainty and elevation

average annual rainfall

longitude

latitude. The results of correlations coefficient are 0.08

0.07

0.11

and 0.25

respectively

implying the average annual rainfall

elevation

longitude

and latitude have little impact on station stability in the southeastern Tibet Plateau.

Conclusions

This research suggest that the optimal noise model at most stations in the southeastern Tibet Plateau is PL. The results provide a reference for subsequent reasonable acquisition of GNSS velocity and its uncertainy in the southeastern Tibet Plateau.

关键词

Keywords

references

WANG M ， SHEN Z K . Present-Day Crustal Deformation of Continental China Derived from GPS and Its Tectonic Implications ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 2020 ， 125 （ 2 ）： e2019JB018774 .

胡顺强，王坦，管雅慧，等 . 利用GPS和水文负载模型研究云南地区垂向季节性波动变化和构造变形［J］. 地球物理学报， 2021 ， 64 （ 8 ）： 2613 - 2630 .

HU Shunqiang ， WANG Tan ， GUAN Yahui ， et al . Analyzing the Seasonal Fluctuation and Vertical Deformation in Yunnan Province Based on GPS Measurement and Hydrological Loading Model ［J］. Chinese Journal of Geophysics ， 2021 ， 64 （ 8 ）： 2613 - 2630 .

ZHU H ， CHEN K J ， HU S Q ， et al . Using the Global Navigation Satellite System and Precipitation Data to Establish the Propagation Characteristics of Meteorological and Hydrological Drought in Yunnan， China ［J］. Water Resources Research ， 2023 ， 59 （ 4 ）： e2022WR033126 .

肖懿思，方荣新，李瑜，等 . 利用高频GNSS观测研究2025年西藏定日Ms 6.8地震地表形变及预警震级［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2025 ， 50 （ 11 ）： 2176 - 2186 .

XIAO Yisi ， FANG Rongxin ， LI Yu ， et al . Surface Displacement and Early Warning Magnitude of the 2025 Dingri， Xizang Ms 6.8 Earthquake Using High-Rate GNSS Observations ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2025 ， 50 （ 11 ）： 2176 - 2186 .

王鹏，刘静，刘小利，等 . GNSS在地表过程研究中的应用［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2024 ， 49 （ 12 ）： 2159 - 2180 .

WANG Peng ， LIU Jing ， LIU Xiaoli ， et al . Application of GNSS in the Study of Earth Surface Processes ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2024 ， 49 （ 12 ）： 2159 - 2180 .

GAZEAUX J ， WILLIAMS S ， KING M ， et al . Detecting Offsets in GPS Time Series： First Results from the Detection of Offsets in GPS Experiment ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 2013 ， 118 （ 5 ）： 2397 - 2407 .

ZHANG J ， BOCK Y ， JOHNSON H ， et al . Southern California Permanent GPS Geodetic Array： Error Analysis of Daily Position Estimates and Site Velocities ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 1997 ， 102 （ B8 ）： 18035 - 18055 .

姜卫平，王锴华，李昭，等 . GNSS坐标时间序列分析理论与方法及展望［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2018 ， 43 （ 12 ）： 2112 - 2123 .

JIANG Weiping ， WANG Kaihua ， LI Zhao ， et al . Prospect and Theory of GNSS Coordinate Time Series Analysis ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2018 ， 43 （ 12 ）： 2112 - 2123 .

AGNEW D C . The Time-Domain Behavior of Power-Law Noises ［J］. Geophysical Research Letters ， 1992 ， 19 （ 4 ）： 333 - 336 .

MAO A L ， HARRISON C G A ， DIXON T H . Noise in GPS Coordinate Time Series ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 1999 ， 104 （ B2 ）： 2797 - 2816 .

WILLIAMS S D P ， BOCK Y ， FANG P ， et al . Error Analysis of Continuous GPS Position Time Series ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 2004 ， 109 （ B3 ）： 2003 JB002741.

黄立人，符养 . GPS连续观测站的噪声分析［J］. 地震学报， 2007 ， 29 （ 2 ）： 197 - 202 .

HUANG Liren ， FU Yang . Analysis on the Noises from Continuously Monitoring GPS Sites ［J］. Acta Seismologica Sinica ， 2007 ， 29 （ 2 ）： 197 - 202 .

LANGBEIN J . Noise in GPS Displacement Measurements from Southern California and Southern Nevada ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 2008 ， 113 （ B5 ）： 2007 JB005247.

包智 . 数据驱动的高精度GNSS基准站非线性运动建模［D］. 徐州：中国矿业大学， 2022 .

BAO Zhi . Data⁃Driven Non⁃Linear Motion Modelling of High⁃Precision GNSS Reference Stations ［D］. Xuzhou ： China University of Mining and Technology ， 2022 .

HE Y F ， NIE G G ， WU S G ， et al . Analysis and Discussion on the Optimal Noise Model of Global GNSS Long-Term Coordinate Series Considering Hydrological Loading ［J］. Remote Sensing ， 2021 ， 13 （ 3 ）： 431 .

丁开华，丁剑，李志才，等 . 川滇地区陆态网络基准站运动噪声模型分析［J］. 测绘科学， 2014 ， 39 （ 12 ）： 56 - 60 .

DING Kaihua ， DING Jian ， LI Zhicai ， et al . Analysis on Noise Model of GNSS Base Station from CMONOC in Sichuan-Yunnan Region ［J］. Science of Surveying and Mapping ， 2014 ， 39 （ 12 ）： 56 - 60 .

HU S Q ， CHEN K J ， ZHU H ， et al . Potential Contributors to CME and Optimal Noise Model Analysis in the Chinese Region Based on Different HYDL Models ［J］. Remote Sensing ， 2023 ， 15 （ 4 ）： 945 .

REPLUMAZ A ， TAPPONNIER P . Reconstruction of the Deformed Collision Zone Between India and Asia by Backward Motion of Lithospheric Blocks ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 2003 ， 108 （ B6 ）： 2001 JB000661.

SHI C ， LI M ， ZHAO Q ， et al . WHU Analysis Center Technical Report 2015 ［R］. IGS Center Bureau， Bern， Switzerland ， 2015 .

REICHLE R H ， DRAPER C S ， LIU Q ， et al . Assessment of MERRA-2 Land Surface Hydrology Estimates ［J］. Journal of Climate ， 2017 ， 30 （ 8 ）： 2937 - 2960 .

GELARO R ， MCCARTY W ， SUÁREZ M J ， et al . The Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications， Version 2 （MERRA-2）［J］. Journal of Climate ， 2017 ， 30 （ 14 ）： 5419 - 5454 .

DOBSLAW H ， THOMAS M . Simulation and Observation of Global Ocean Mass Anomalies ［J］. Journal of Geophysical Research： Oceans ， 2007 ， 112 （ C5 ）： 2006 JC004035.

MONTILLET J P ， MELBOURNE T I ， SZELIGA W M . GPS Vertical Land Motion Corrections to Sea-Level Rise Estimates in the Pacific Northwest ［J］. Journal of Geophysical Research： Oceans ， 2018 ， 123 （ 2 ）： 1196 - 1212 .

WU S G ， NIE G G ， MENG X L ， et al . Comparative Analysis of the Effect of the Loading Series from GFZ and EOST on Long-Term GPS Height Time Series ［J］. Remote Sensing ， 2020 ， 12 （ 17 ）： 2822 .

HE X ， BOS M S ， MONTILLET J P ， et al . Investigation of the Noise Properties at Low Frequencies in Long GNSS Time Series ［J］. Journal of Geodesy ， 2019 ， 93 （ 9 ）： 1271 - 1282 .

GU Y C ， YUAN L G ， FAN D M ， et al . Seasonal Crustal Vertical Deformation Induced by Environmental Mass Loading in Mainland China Derived from GPS， GRACE and Surface Loading Models ［J］. Advances in Space Research ， 2017 ， 59 （ 1 ）： 88 - 102 .

赵宁坤，孙俊奎，尤卫红，等 . 云南省雨季降水量变化的区域特征分析［J］. 云南大学学报（自然科学版）， 2009 ， 31 （ 6 ）： 592 - 599 .

ZHAO Ningkun ， SUN Junkui ， YOU Weihong ， et al . Regional Characteristics of the Rainy Season Precipitation in Yunnan ［J］. Journal of Yunnan University （Natural Sciences Edition）， 2009 ， 31 （ 6 ）： 592 - 599 .

BOS M S ， FERNANDES R M S ， WILLIAMS S D P ， et al . Fast Error Analysis of Continuous GNSS Observations with Missing Data ［J］. Journal of Geodesy ， 2013 ， 87 （ 4 ）： 351 - 360 .

WU S G ， NIE G G ， LIU J N ， et al . Analysis of Deterministic and Stochastic Models of GPS Stations in the Crustal Movement Observation Network of China ［J］. Advances in Space Research ， 2019 ， 64 （ 2 ）： 335 - 351 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Performance Evaluation of Antarctic BDS/GNSS Precise Point Positioning

Modeling of Colored Noise in Long-Term GNSS Coordinate Series and Impact

Fixing PPP Ambiguity for Low-Cost Receivers with an Improved Robust Model

GNSS Comprehensive Stochastic Model Based on Empirical Cumulative Distribution Normalization Optimization

Analysis and Reflections on the Research Development of Performance and Effectiveness Evaluation for Satellite Navigation Countermeasures

Related Author

MEI Dengkui

DONG Mingchengyuan

ZHANG Xiaohong

ZHAO Bianli

HUANG Yangjin

CHANG Guobin

HUAN Yueyang

CHENG Maoyuan

Related Institution

National Geomatics Center of China

School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University

Chinese Antarctic Center of Surveying and Mapping, Wuhan University

School of Environment Science and Spatial Informatics,China University of Ming and Technology

School of Geomatics Science and Technology, Nanjing Tech University

AI问答

⁰