“相对定位”使观测精度高达数毫米量级

　　当我们为“5·12”汶川地震的山崩地裂和“3·11”日本地震的滔天海啸所震撼时，应该知道地壳运动是地震的始作俑者。地震是地壳运动到达一定阶段的特殊表现形式。地壳运动产生能量的积累，当能量增加到一定程度时，地壳某个脆弱部位发生突然错动则形成地震。对地壳运动的方式、量值和变化过程进行高时空分辨率的监测，是提高地震预测能力的必由之路。

　　我国大规模地壳形变监测起始于1966年邢台地震之后。在上世纪90年代之前，地壳形变观测手段主要包括精密水准测量，激光测距、三角测量等。由于这些观测手段本身的局限性，尽管在全国范围内取得了大量的观测资料，但这些资料在空间上缺乏相互关联。国际上的情形也是如此。

　　GNSS为何能够以数毫米量级的精度观测地壳运动？其通俗原理如下：当我们在某一点进行GNSS导航时，能够立刻以数米的精度实时获得其位置坐标。这里的精度仅数米，主要受制于卫星信号误差、卫星轨道误差、卫星和接收机的时钟误差等影响。如果我们在两点同时进行导航，由于它们所受到的多数误差影响是共同或彼此相关的，就会发现，尽管两站各自的绝对位置仍有数米的不确定性，但彼此的相对位置或基线距离，其精度将会有大幅度提高。基于这样的“相对定位”策略，再加之采用专业的设备、长时间的观测和复杂的数据处理，则可使数百乃至上千公里的距离测量精度达到数毫米量级。

　　除地壳运动的高精度几何变化监测外，陆态网络还布设有31个连续重力观测站和700个非连续重力观测站。对中国大陆岩石圈深部物质密度变化和物质运移进行连续与非连续相结合的观测。我们知道，地震的孕育过程，伴随着地壳深部能量的积累和物质的运移，这都会在一定程度上导致物质密度或重力场的变化。因此，陆态网络通过重力场变化的监测，为地震预测提供另一种判定依据。

　　“反向推算”可估水汽含量和电子密度

　　基于陆态网络260个连续GNSS站的观测资料，还可对中国大陆大气圈水汽含量和近地空间电离层电子密度进行实时分析。其通俗原理如下：GNSS卫星距地面约2万公里，在测站到卫星的观测距离中，包含着卫星信号路径上电离层和平流层的误差影响。关于这些误差影响，已有相应的理论改正模型。在高精度的GNSS大地测量中，必须将这些误差影响进行改正和剔除。但是，如果GNSS观测网各站点的精确坐标在经过一段时间的观测后已经获知，则我们就可以反过来在原来的数据处理中，将站点坐标当作已知，而将误差改正模型中的电子密度参数和水汽含量参数等看作未知进行解算，从而获得这些参数的估值及其变化。

　　水汽是大气中最活跃多变的气体成分之一，对大气可降水量及其动态分布进行高精度的实时监测，是预测暴雨等灾害性天气的重要依据。电离层变化是判定太阳活动水平的重要指标，而实时获取电离层电子密度变化图，在GNSS导航定位、无线电通讯、空间天气研究和航空航天领域均有重要的应用价值。