作者:沈春蕾 来源:中国科学报 发布时间:2014-7-21 9:02:20
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服务国家需求 攀登测地高峰
走访中科院大地测量与地球动力学国家重点实验室

 

■本报记者 沈春蕾

地球是人类赖以生存的家园,现代人类社会的主要活动需要精确的空间位置信息。地球也是一颗高度动态演化着的行星,地震、火山、滑坡、冰川消融、海平面升高等现象是地球运动的明证,同时也对社会发展造成显著的影响。

中国科学院测量与地球物理研究所有这样一个实验室,致力于研究现今地球运动状态及动力学过程,为现代社会各类活动提供高度动态地球系统中的精准空间位置信息。该实验室的名字叫大地测量与地球动力学国家重点实验室。

在几代科技工作者辛勤努力的基础上,实验室面向航空航天、地震、环境灾害减灾等国家重大需求,瞄准圈层相互作用科学前沿问题,开展基础与应用基础研究。

服务国家需求

“实验室围绕‘地球系统过程与资源、环境和灾害效应’等科学前沿问题,以地球系统动力过程为主线,利用现代大地测量技术和数值模拟方法,开展地球动力学过程的数值模拟研究,揭示地球各圈层相互作用的动力学机制。”大地测量与地球动力学国家重点实验室主任倪四道告诉《中国科学报》记者。

大地测量与地球动力学国家重点实验室成立于2011年10月,其前身是中科院动力大地测量学重点实验室,实验室的研究始终面向国家发展与建设中的重大战略需求,曾经为我国第一颗人造卫星上天、第一颗远程导弹发射提供重要的测绘保障,受到中共中央、国务院和中央军委的表彰嘉奖。

近年来,大地测量与地球动力学国家重点实验室先后承担了我国载人航天和北斗导航系统建设等系列国家重大航空航天计划相关任务,获得了军队科技进步奖、国家科技进步奖,解决了国家经济建设和国防建设中一系列与大地测量相关的关键理论及技术难题。

实验室在基础研究领域开展了卓有成效的工作,针对地球局部和整体运动、地球内部结构和圈层相互作用等前沿领域重大科学问题开展了系统研究,实验室在国内率先开展固体潮的观测和理论研究,出版了国内第一部《固体潮》专著。实验室还建立了作为国际地潮基准之一的武昌潮汐基准站和中国第一条地潮剖面。

同时,实验室在国内率先开展了地球重力场模型研究,完成了我国首个顾及我国重力资料的全球重力场模型(14阶),并第一个给出我国360阶地球重力场模型。实验室还在国际上首次提出拟稳平差的概念,发展了测量数据处理的抗差估计理论,《误差理论》专著已成为我国测绘界的经典文献。

此外,实验室自主研制了我国第一台海洋重力仪;在空间大地测量领域,实验室在国内率先开展了GPS、卫星测高、卫星重力等理论研究,出版了国内第一部GPS专著《精密GPS测地系统原理》和第一部卫星测高专著《卫星测高原理》。

特色与成绩

成立以来,实验室申请承担了多项重大研究项目,包括国家“973”项目、“863”课题;国家自然科学基金各类项目,其中有重大科学研究计划重大专项项目、创新研究群体项目、优青项目等。“在上述国家项目的支持下,实验室取得了丰硕的研究成果。”倪四道说。

2011年,实验室成功申请为国家重点实验室后,通过学科凝练,实验室在四个方面开展重点研究:地球重力场理论、探测与应用;地球系统质量迁移监测与圈层相互作用的动力过程;卫星导航系统精密定位定轨理论与多源大地测量数据的融合;地壳形变与地震大地测量,力争在大地测量与地球动力学交叉研究领域开展原创性的创新研究。

在地球重力场领域,实验室发展了地球重力场边值理论、地球外部场的虚拟单层密度的重力场表现理论,提出了一整套高空扰动引力场赋值模式,建立了我国微伽级精度的绝对重力基准和绝对重力网,精度提高了一个量级。

在地球系统质量迁移与各圈层相互作用的动力过程领域,实验室首次提出GRACE(全球重力场模型)联合GPS分离古冰盖区水文学和GIA信号的有效途径,成功分离出北美北欧地区近十年水量趋势等。

在卫星导航领域,实验室建立了一种北斗全球广播电离层延迟改正模型及卫星频率间偏差处理方法,为系统的设计与建设提供了重要参考,顺利启动和推进了实验室承担的北斗数据分析中心建设;提出了我国空间站对接、空间机器人绕飞与制导高动态高精度实时相对定位定速方法,解决了天宫一号、神舟八号及后续系列飞船高动态精密定位关键理论与方法难题,研制了相关应用软件系统,并在我国空间站交会对接绕飞等重大任务实施中发挥了关键作用。

针对国家防震减灾的战略需求,实验室推进学科交叉,结合大地测量学与地震学形成了地震大地测量这一实验室新方向,发展了综合GPS、重力等大地测量和地震学观测资料研究地震动态破裂过程的理论和方法,为国家地震快速应急响应的灾情分布和灾情评估系统建设提供了理论依据和技术支持。

在汶川地震和芦山地震中,实验室为中央办公厅和国务院办公厅提交了5份专报,受到国家领导人和国家抗震救灾指挥部的高度重视,获得国家领导人多次批示。

未来发展

“我们实验室比较年轻,对现在取得的成绩,感到还很不足,需要努力工作,继续保持之前的良好发展趋势,立足我们实验室的学科特色,以国家重大需求和学科前沿为牵引,逐步建成具有自主研发能力和技术创新能力的地球学科研究平台。”谈及未来,倪四道充满了信心。

他告诉记者,通过凝聚多学科研究力量,实验室将继续保持其在大地测量学及其与地球动力学交叉领域的理论、研究方法及数值技术等方面的先进性与优势;通过学科的交叉融合,实验室将充分发挥实验室多学科优势,瞄准大地测量与地球动力学的国际前沿,建立相关的新理论、新原理、新技术和新方法。

此外,实验室积极拓展新的研究领域,充实新的研究内容,完善我国对大地测量与地球动力学的系统性研究;加强现代大地测量新技术的集成,推进新方法、新技术与仪器设备的自主研发。

倪四道说:“我们以服务国家目标为宗旨,围绕我国航空航天、军事国防和经济社会发展的重大需求,针对其中与大地测量相关的重大科学和技术问题开展综合研究,为国家航空航天、军事测绘、水资源合理规划利用和地震灾害预警及应急响应提供科学支撑。”

“人才队伍的建设和培养,也是我们的一个重要目标。”倪四道最后强调,“为了建成为国际知名的动力大地测量学科研究中心,实验室需要更多年轻人的加入,共同努力。”

《中国科学报》 (2014-07-21 第8版 平台)
 
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