胡立堂+孫康寧+尹文杰

摘要：GRACE衛(wèi)星能反演區(qū)域地下水儲量的月動態(tài)變化，而且數(shù)據(jù)免費(fèi)，它為區(qū)域地下水管理提供了新的方法。首先總結(jié)了區(qū)域地下水管理、GRACE衛(wèi)星在地下水儲量和區(qū)域地下水管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀；接著通過多個案例分析展示了GRACE衛(wèi)星能成功應(yīng)用于區(qū)域地下水儲量動態(tài)評價，而且GRACE反演的地下水動態(tài)數(shù)據(jù)能用于區(qū)域地下水模型的參數(shù)識別，證實了GRACE衛(wèi)星在區(qū)域地下水管理的應(yīng)用潛力；最后指出GRACE衛(wèi)星反演的數(shù)據(jù)在應(yīng)用中的兩大問題：該數(shù)據(jù)無法直接用于區(qū)域地下水資源評價和空間分辨率低。GRACE衛(wèi)星如何有效用于區(qū)域地下水資源評價和如何提高GRACE衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)的空間分辨率是當(dāng)前研究的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：GRACE衛(wèi)星；地下水；儲量；GRACE Followon；降尺度；數(shù)值模擬；監(jiān)測；超采

中圖分類號：P641.8文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Review on the Application of GRACE Satellite in Regional Groundwater Management

HU Litang1，2， SUN Kangning1，2， YIN Wenjie1，2

（1. School of Water Science， Beijing Normal University， Beijing 100875， China； 2. Engineering Research

Centre of Groundwater Pollution Control and Remediation of Ministry of Education，

Beijing Normal University， Beijing 100875， China）

Abstract： GRACE satellite can be used to derive monthly regional groundwater storage changes， and the data can be freely downloaded， which provides a new method for regional groundwater management. The processes in the management of regional groundwater， the application of GRACEderived groundwater storage and the current status of GRACE satellite used in regional groundwater management were summarized. GRACEderived data can be successfully used to the assessment of regional groundwater storage by case studies from the researchers all over the world. GRACEderived data can be used in model calibration for regional groundwater flow model. GRACE satellite shows great potential in regional groundwater management. However， there are two problems in the application of GRACEderived data. One is that the date can not be directly used to evaluate regional groundwater resource. The another one is low spatial resolution of GRACE data. Studying on the method for effectively evaluating regional groundwater resources from GRACE satellite and improving the spatial resolution of GRACEderived data are the problems to be addressed in the future.

Key words： GRACE satellite； groundwater； storage； GRACE Followon； downscaling； numerical simulation； monitoring； overdraft

0引言

近50年來，由于地下水的不合理開采，全球范圍內(nèi)出現(xiàn)不同程度的地下水位下降、地面沉降、海水入侵、河道萎縮、地下水質(zhì)惡化、鹽漬化、沙漠化等環(huán)境地質(zhì)問題[1]。地下水動態(tài)監(jiān)測是有效管理地下水的必要手段，因此，區(qū)域地下水管理依賴于地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。就中國來說，國土資源部、水利部已著手聯(lián)合建設(shè)國家地下水監(jiān)測工程[2]，在全國范圍內(nèi)將耗資數(shù)十億元形成國家級地下水監(jiān)測站網(wǎng)。然而，地下水監(jiān)測信息一般代表局部區(qū)域地下水動態(tài)，而且對于比較大的區(qū)域來說，系統(tǒng)的地下水監(jiān)測網(wǎng)投資和維護(hù)成本大。如何結(jié)合有限的地下水監(jiān)測信息和已開展的水文地質(zhì)條件勘查成果進(jìn)行有效的區(qū)域地下水管理，已成為水資源管理相關(guān)部門的現(xiàn)實問題需求。

21世紀(jì)是人類利用衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星和衛(wèi)星重力梯度技術(shù)提升對“數(shù)字地球”認(rèn)知能力的新紀(jì)元[34]。地球重力場反演與氣候試驗（Gravity Recovery and Climate Experiment， GRACE）是美國國家航空航天局（NASA）和德國航空中心（DLR）的合作計劃項目，旨在觀測地球重力場變化。自2002年發(fā)射以來，GRACE衛(wèi)星在大地測量學(xué)、地球物理學(xué)、海洋學(xué)、水文學(xué)和冰川學(xué)等方面展示了巨大的應(yīng)用潛力[5]。就水文學(xué)方面來說，首次使空間探測區(qū)域尺度的陸地水儲量（Terrestrial Water Storage，TWS）變化成為可能[6]。TWS包括地下水、地表水、土壤水和雪水。結(jié)合GRACE衛(wèi)星反演的TWS變異數(shù)據(jù)，通過區(qū)域陸面水文模型可反演出地下水儲量變化[7]。GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)的地下水儲量估計已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多個區(qū)域，如美國密西西比河流域[6]、印度[89]、美國伊利諾伊州[1011]、也門[12]。在荒漠和偏遠(yuǎn)山區(qū)，GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)已經(jīng)成為區(qū)域地下水儲量評價的唯一希望[6，13]。GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)是月尺度的，而且可以免費(fèi)下載，可以彌補(bǔ)地下水監(jiān)測網(wǎng)的不足，已有應(yīng)用案例證實了反演的地下水儲量數(shù)據(jù)已經(jīng)在跟蹤地下水儲量變化方面顯示出了巨大的潛力。

GRACE衛(wèi)星可提供較高精度的區(qū)域地下水儲量變化信息，是區(qū)域地下水資源評價的重要佐證信息，這些信息可進(jìn)一步識別地下水補(bǔ)給和排泄條件，從而為區(qū)域地下水模型和管理服務(wù)。本文討論國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀和GRACE衛(wèi)星應(yīng)用潛力，為GRACE衛(wèi)星在區(qū)域地下水管理中的應(yīng)用提供參考。

1國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀

1.1區(qū)域地下水管理和模型

Hubbert早在1940年就提出區(qū)域地下水系統(tǒng)概念。文獻(xiàn)[14]陸續(xù)對局部、中間和區(qū)域地下水流動系統(tǒng)的地形、地質(zhì)和氣候控制因素進(jìn)行了詳細(xì)討論，提出“重力穿層流動”的概念。而將區(qū)域地下水流模型應(yīng)用到大尺度含水層開始于1978年美國的RASA（Regional Aquifer System Analysis）項目[15]。在此項目的18年間，集中研究了25個區(qū)域含水層系統(tǒng)，其中包括著名的高盆地（High Plain）含水層系統(tǒng)、加利福尼亞州中央峽谷含水層系統(tǒng)及弗羅里達(dá)州和Great Basin含水層系統(tǒng)。整個項目完成了4項工作：①創(chuàng)建了區(qū)域水文地質(zhì)數(shù)據(jù)庫；②建設(shè)了水文地質(zhì)框架（概念模型）；③弄清了自然和人類干擾情景對區(qū)域地下水含水層系統(tǒng)的影響；④匯編了國家地下水圖集。Bakker等通過數(shù)值模擬的方式來研究尤卡山區(qū)域地下水流[16]。Rossman等評價了來自美國西部灌溉量很大的7個州88個區(qū)域地下水模型[17]，以便于水文地質(zhì)工作者、建模者、水資源管理者和決策者更好地了解以往的模型成果。美國、英國、澳大利亞等已將區(qū)域地下水管理和地下水模型緊密結(jié)合在一起，應(yīng)用地下水模型來指導(dǎo)區(qū)域地下水合理開發(fā)利用和保護(hù)。提高模型仿真性也一直是地下水模型的現(xiàn)實要求和核心任務(wù)[18]。

至今，一些區(qū)域地下水?dāng)?shù)值模型已經(jīng)研發(fā)出來[17，1927]，而范圍較小的地下水模型不勝枚舉。表1列出了部分區(qū)域地下水模型的位置、面積、目標(biāo)和參考文獻(xiàn)，包括美國、加拿大、中國和歐洲的模型。值得注意的是，澳大利亞大自流盆地（Great Artesian Basin）的模型由5 km×5 km單元組成，共超過 6×104個活動單元，面積約154×106 km2，其目的是為減緩盆地地下水用水的壓力[24]。在所有模型中，最大的地下水模型是加拿大景觀（Canadian Landscape）的地下水模型，其目的是討論Wisconsinian冰川的前進(jìn)和后退引起的地下水動態(tài)及對生態(tài)的影響，模型由404 960個單元組成（每個單元約62 km2）和10層（厚度從地面到海平面以下10 km）[21]。就中國而言，地下水?dāng)?shù)值模擬開始于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過40多年來數(shù)學(xué)工作者和水文地質(zhì)工作者以及科研院所的共同努力，地下水模擬技術(shù)發(fā)展迅速。中國區(qū)域地下水流數(shù)值模型是伴隨國家科技攻關(guān)計劃和中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)大調(diào)查項目進(jìn)行的。中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)大調(diào)查項目在柴達(dá)木盆地[28]、河西走廊[29]、山西六大盆地[30]、塔里木盆地[31]、準(zhǔn)噶爾盆地[32]、華北平原[33]、三江平原[34]、松嫩平原[35]、西遼河平原[36]和銀川平原[37]建立了三維地下水流數(shù)值模型。在中國最大的是華北平原地下水模型[26，33，3839]，面積達(dá)14×104 km2。這些模型定量分析了地下水開發(fā)利用和地下水動態(tài)的關(guān)系，為區(qū)域地下水資源管理提供了依據(jù)。

1.2GRACE衛(wèi)星在區(qū)域地下水儲量變化中的應(yīng)用

地球引力場監(jiān)測衛(wèi)星的基本原理是萬有引力定律，主要思路是通過監(jiān)測地球引力場的變化得到地球物質(zhì)量的變化，進(jìn)而分析地球大氣層、地表物質(zhì)量及地球內(nèi)部固體物質(zhì)的變化情況[40]。GRACE衛(wèi)星監(jiān)測到時變的地球重力場，等價轉(zhuǎn)換為地球表面的質(zhì)量變化，從而反演得到陸地水儲量的變化，通常以等效水柱高表示。為從陸地水儲量中分離出地下水儲量信息，經(jīng)常借助全球陸地同化系統(tǒng)（GLDAS）。GLDAS是高時間分辨率模型，其目的是獲取陸地表面變化的近實時信息。GLDAS可以模擬大量的氣象觀測數(shù)據(jù)限制模型的輸出，從而能夠準(zhǔn)確估計許多水文過程，系統(tǒng)中包括CLM、MOS、VIC和NOAH模型。GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)已應(yīng)用于大地測量學(xué)、冰川學(xué)、水文學(xué)、海洋學(xué)和固體地球科學(xué)等領(lǐng)域[41]。據(jù)統(tǒng)計（http：//grace.jpl.nasa.gov/publications/），自2000年以來，GRACE相關(guān)的科技論文數(shù)量呈顯著增加趨勢。從2011年起，每年GRACE相關(guān)的科技論文超過150篇，其中部分文獻(xiàn)被《Nature》和《Science》等著名期刊收錄。

從國外來說，Rodell等的理論研究表明，在美國中部的高平原含水層上用GRACE衛(wèi)星來觀測地下水的變化是可行的，他們發(fā)現(xiàn)陸地水儲量變化與地下水儲量變化和土壤水儲量變化之和具有較高的相關(guān)性，GRACE衛(wèi)星反演與實測的地下水儲量變化之間相關(guān)系數(shù)為058[42]。Yeh等發(fā)現(xiàn)在美國伊利諾伊州利用GRACE衛(wèi)星估計的地下水與實測數(shù)據(jù)吻合相當(dāng)好，地下水季節(jié)變化的估計值與實測值吻合較好，認(rèn)為GRACE是反映流域尺度在2.0×105 km2以上范圍內(nèi)估計地下水儲量季節(jié)變化的一套新方法[10]。Rodell等利用全球陸面同化系統(tǒng)數(shù)據(jù)從GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)中提取了密西西比河流域及其4個子流域的地下水儲量變化量，發(fā)現(xiàn)從GRACE衛(wèi)星反演的陸地水儲量中除去雪水儲量和土壤水儲量則是地下水儲量，而且當(dāng)研究流域的面積大于90×105 km2時的結(jié)果比面積約50×105 km2時更準(zhǔn)確[6]。Strassberg等利用GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)對美國中心地帶的半干旱高地平原地下水儲量變化趨勢進(jìn)行了評估[43]。Voss等運(yùn)用GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)評價了中東地區(qū)地下水淡水儲量的變化趨勢[44]。Awange等在澳大利亞墨累—達(dá)令盆地進(jìn)行了多年干旱研究，證實實際觀測的地下水儲量變化與GRACE衛(wèi)星估計的陸地水儲量之間有較高的相關(guān)性[4546]。Rodell等利用印度某區(qū)域的GRACE衛(wèi)星和全球陸地同化系統(tǒng)對地下水消耗量進(jìn)行了量化[9]。Sun等形成了一套利用遙感觀測和模擬進(jìn)行參數(shù)估計的方法，發(fā)現(xiàn)GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)可以推導(dǎo)出地下水模型中具有空間分布的參數(shù)[47]。

就中國而言，GRACE衛(wèi)星主要應(yīng)用范圍包括黑河流域、海河流域、長江流域等地下水儲量變化情況，主要研究大尺度區(qū)域陸地水儲量的時空變化特征[4853]。曹艷萍等利用CSR數(shù)據(jù)中心公布的GRACE衛(wèi)星重力測量數(shù)據(jù)，反演得到黑河流域2002～2008年水儲量變化趨勢，并對其進(jìn)行時序特征和空間分布特征分析[54]。蘇曉莉等使用GRACE衛(wèi)星8年（2002年8月至2010年8月）的時變重力位資料，分析了華北地區(qū)陸地水量的月變化，發(fā)現(xiàn)這段時間內(nèi)該地區(qū)的陸地水儲量以每年-11 cm的趨勢減少，并且利用CPC水文模型、全球陸地同化系統(tǒng)數(shù)據(jù)分別估計了華北地區(qū)地表水的變化，兩者得到的地表水變化與GRACE衛(wèi)星結(jié)果均吻合較好，從而驗證了GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)的可靠性[55]。胡小工等利用長時間序列的GRACE衛(wèi)星時變重力數(shù)據(jù)反演得到長江流域陸地水儲量變化，并對3個典型區(qū)域的水儲量變化做了分析，發(fā)現(xiàn)GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)能有效揭示長江流域水儲量季節(jié)性變化及其長期變化趨勢[5657]。冉全等結(jié)合GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)和全球陸地同化系統(tǒng)反演了2004～2009年連續(xù)72個月的海河流域地下水儲量變化[58]。任永強(qiáng)等利用GRACE衛(wèi)星CSR05數(shù)據(jù)反演推算了海河流域2005～2009年地下水儲量的時序變化[59]。

綜上所述，國內(nèi)外應(yīng)用實例已證實GRACE衛(wèi)星反演區(qū)域地下水儲量變化具有較高的準(zhǔn)確性。GRACE衛(wèi)星能反演2002年至2015年月變化的地下水儲量。GRACE衛(wèi)星時變數(shù)據(jù)在區(qū)域地下水應(yīng)用中已顯示出巨大潛力，其區(qū)域研究范圍一般要求在幾十萬平方千米以上。

1.3GRACE衛(wèi)星用于區(qū)域地下水管理

Sutanudjaja等試圖利用全球數(shù)據(jù)集建立地下水模型，并結(jié)合地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)評判模型的性能[23]。區(qū)域地下水?dāng)?shù)值模型是區(qū)域地下水管理的有效手段，它具有不確定性，而且傳統(tǒng)獲取實測數(shù)據(jù)的方法耗時耗力。GRACE衛(wèi)星反演的陸地水儲量變化數(shù)據(jù)為區(qū)域地下水?dāng)?shù)值模型的參數(shù)率定和校準(zhǔn)提供了一種新的機(jī)遇和方法。目前，GRACE衛(wèi)星多集中于驗證地下水儲量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用于區(qū)域地下水管理或者區(qū)域地下水模型的研究較少。Sun等首次嘗試?yán)肎RACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)和遺傳優(yōu)化算法再次標(biāo)定西德克薩斯地下水模型，發(fā)現(xiàn)GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步約束參數(shù)，同化地下水補(bǔ)給項，從而提高區(qū)域地下水模型的有效性[60]。但該模型將研究區(qū)地下水儲量變化量作為模型識別項，沒有詳細(xì)討論GRACE衛(wèi)星多個基礎(chǔ)網(wǎng)格單元內(nèi)的模型識別。Hu等利用GRACE衛(wèi)星反演的地下水儲量變化數(shù)據(jù)對觀測數(shù)據(jù)較少的柴達(dá)木盆地地下水流數(shù)值模型進(jìn)行參數(shù)率定工作，取得了較好的效果[61]。

2GRACE衛(wèi)星在區(qū)域地下水管理中的應(yīng)用展望

2.1區(qū)域地下水資源評價和管理方法

GRACE衛(wèi)星可較好反映區(qū)域地下水儲量變化，但如何應(yīng)用于區(qū)域地下水管理是一個問題。Famiglietti研究團(tuán)隊最近提出了總地下水壓力指數(shù)和可更新的地下水壓力指數(shù)來衡量區(qū)域地下水狀況，認(rèn)為GRACE衛(wèi)星能較好地用于區(qū)域地下水資源評價[6263]。他們定義總地下水壓力指數(shù)為地下水總儲量和地下水消耗速率之比，可利用地下水壓力指數(shù)為地下水利用量和可利用量之比；他們分析了世界37個大型盆地地下水利用量和可利用量之間的關(guān)系，其中地下水利用量借助GRACE衛(wèi)星反演的地下水儲量變化數(shù)據(jù)，將區(qū)域含水層的狀態(tài)分為過量開采、可變可采、人類可支配的可采和無壓力開采狀態(tài)，壓力狀態(tài)與人類活動（經(jīng)濟(jì)活動和土地利用）有很大關(guān)系；他們認(rèn)為基于GRACE衛(wèi)星的地下水?dāng)?shù)據(jù)有助于定量分析地下水使用對地下水壓力的影響。

當(dāng)前，中國在國家地下水監(jiān)測工程基礎(chǔ)上，啟動了地下水超采治理項目[64]，將禁止或限制地下水開采量，逐步恢復(fù)地下水位，使區(qū)域地下水補(bǔ)給量和排泄量達(dá)到平衡。河北省已作為試點(diǎn)之一[65]，治理重點(diǎn)是以衡水為主的黑龍港運(yùn)東地區(qū)，涉及衡水、滄州、邯鄲、邢臺等區(qū)域。在全國地下水管理中，區(qū)域地下水位變化和地下水開采量難以準(zhǔn)確衡量和確定。鑒于目前地下水管理相關(guān)研究較少，在區(qū)域地下水管理中可結(jié)合GRACE衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)。GRACE衛(wèi)星反演的地下水儲量一方面反映區(qū)域地下水位的變化，另一方面可間接判定區(qū)域調(diào)查的地下水開采量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為區(qū)域地下水管理提供可行的輔助工具，因此，GRACE衛(wèi)星將在區(qū)域地下水管理中起著重要的輔助作用。

2.2GRACE衛(wèi)星低空間分辨率問題

GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)的空間分辨率約為350 km，該范圍內(nèi)反演的等效水柱高誤差小于1 cm，但大多數(shù)地下水研究區(qū)小于該尺度，如何提高GRACE衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)的空間分辨率是亟待解決的問題。當(dāng)前限制GRACE時變地球重力場模型精度的主要因素在于南北向條帶誤差和混頻效應(yīng)。由于GRACE雙星被設(shè)計為“串行式”編隊系統(tǒng)，所以僅能感測軌向衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，而無法同時獲得垂向和徑向地球重力場信號。由于獲得的衛(wèi)星觀測信號和誤差非各向同性，而且GRACE衛(wèi)星串行式軌道設(shè)計對經(jīng)向重力場變化異常敏感，所以導(dǎo)致了削弱地球時變重力場精度的南北向條帶誤差效應(yīng)。目前，國內(nèi)外學(xué)者在條帶去噪的處理上做了大量工作，并提出了多種去條帶方法。Sweason等首先發(fā)現(xiàn)，對于固定次、奇（偶）數(shù)階之間存在著明顯的相關(guān)性，根據(jù)平滑窗口對球諧系數(shù)進(jìn)行多項式擬合得到擬合值，然后從原始數(shù)值中扣除擬合值，從而得到去相關(guān)之后的球諧系數(shù)值[66]。Chambers在計算海水質(zhì)量變化時，則沒有采取滑動窗口的方法，而是對同一次的所有偶（奇）數(shù)階進(jìn)行一次多項式擬合[67]。Chen等在計算蘇門答臘島地震引起的重力變化時，采用了P3M6方法，即采用三階多項式去除六階及以上階數(shù)的相關(guān)性；在研究極地冰川變化、陸地冰川變化和陸地變化時，采用了P4M6方法，即采用四階多項式去除六階及以上階數(shù)的相關(guān)性[68]。GRACE衛(wèi)星的雙星被設(shè)計為非重復(fù)軌道，約30 d的衛(wèi)星軌道在地面的投影軌跡可完全覆蓋地球，因此，基于GRACE衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)最大程度僅能獲得時間分辨率為30 d的時變重力場模型。因為時間變化周期小于30 d的海潮和大氣潮等高頻誤差無法從地球時變重力場月模型中精確扣除，所以導(dǎo)致了限制地球時變重力場精度的混頻效應(yīng)。

GRACE衛(wèi)星由于自身固有的局限性已無法滿足在地球物理學(xué)和水文學(xué)等研究的要求，如無法實質(zhì)性降低軌道高度、無法減弱高頻信號混淆效應(yīng)等。基于以上原因，國際眾多科研機(jī)構(gòu)正積極尋求下一代更好時空分辨率的衛(wèi)星重力計劃，例如GRACE Followon（雙星）、鐘擺式（雙星）、車輪式（雙星和四星）、鐘擺和車輪復(fù)合式（三星）、三星串行式、不同軌道傾角式（四星）等。其中，GRACE Followon衛(wèi)星將于2017年發(fā)射，其反演數(shù)據(jù)的空間分辨率將增大[6971]。Loomis等討論了插值公式、相關(guān)系數(shù)和采樣間隔對GRACE Followon衛(wèi)星的雙星間加速度精度的影響[7273]。鄭偉等利用重力梯度法研究表明，GRACE Followon衛(wèi)星比GRACE衛(wèi)星反演的地球重力場數(shù)據(jù)精度高61倍[4]。根據(jù)已有文獻(xiàn)，2017年計劃發(fā)射的GRACE Followon衛(wèi)星將產(chǎn)生至少比GRACE衛(wèi)星高10倍的地球重力場精度[4，70，7274]。因此，GRACE Followon衛(wèi)星反演的地下水儲量數(shù)據(jù)時空分辨率將完全滿足幾千至幾萬平方千米區(qū)域尺度的地下水管理需求，將會比GRACE衛(wèi)星的應(yīng)用潛力更大更廣泛。解決GRACE衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)空間分辨率低的另一種方法是在區(qū)域地下水研究的基礎(chǔ)上，基于GRACE衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)研究細(xì)化GRACE衛(wèi)星空間數(shù)據(jù)（降尺度）的研究方法，即在GRACE衛(wèi)星反演的區(qū)域地下水儲量動態(tài)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)參數(shù)的分布來研究降尺度的方法。例如，Gao等嘗試?yán)脺囟戎脖桓珊抵笖?shù)法[75]來降尺度GLDAS模型反演的土壤水分含量數(shù)據(jù)。

3結(jié)語

地下水監(jiān)測是區(qū)域地下水管理中最重要的基礎(chǔ)，然而監(jiān)測點(diǎn)有限，難以反映區(qū)域地下水動態(tài)信息。GRACE衛(wèi)星能反演區(qū)域地下水儲量月變化動態(tài)，而且數(shù)據(jù)免費(fèi)。GRACE衛(wèi)星反演的地下水儲量變異數(shù)據(jù)具有應(yīng)用于區(qū)域地下水評價和管理的巨大潛力。本文評述了區(qū)域地下水管理的研究進(jìn)展以及GRACE衛(wèi)星在地下水儲量方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，通過多個案例分析展示了GRACE衛(wèi)星成功應(yīng)用于區(qū)域地下水儲量動態(tài)評價。區(qū)域地下水模型作為區(qū)域地下水管理的輔助手段，GRACE衛(wèi)星反演的地下水動態(tài)數(shù)據(jù)可用于約束水文地質(zhì)參數(shù)，部分文獻(xiàn)已證實該方法的有效性。

將GRACE衛(wèi)星反演的地下水?dāng)?shù)據(jù)應(yīng)用于區(qū)域地下水管理存在2個問題，即無法直接用于區(qū)域地下水資源評價和GRACE衛(wèi)星數(shù)據(jù)空間分辨率低。區(qū)域地下水資源評價涉及地下水可利用量和補(bǔ)給資源量。GRACE衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)雖然不能直接用于計算地下水資源量，但可作為計算地下水資源量和管理地下水的重要佐證信息，如何有效利用該信息評價區(qū)域地下水資源利用狀況仍有待進(jìn)一步的研究，將GRACE衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)用于建立區(qū)域地下水模型可能是一個很好的選擇。GRACE衛(wèi)星反演的地下水儲量變化數(shù)據(jù)空間分辨率低，這是GRACE衛(wèi)星在地下水資源管理應(yīng)用中的最大障礙，一方面希望GRACE Followon衛(wèi)星的發(fā)射，適當(dāng)提高數(shù)據(jù)的精度和改善空間分辨率，另一方面可借助區(qū)域地下水調(diào)查的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，研究GRACE衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)的網(wǎng)格細(xì)化（降尺度）方法，從而提高其空間分辨率。

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