基于地球物理信息构建全球重力异常模型方法的探讨

物理大地测量的主要任务是研究地球形状及其外部重力场。而无论是通过求解司托克斯反问题来确定大地水准面及其重力位,还是通过莫洛琴斯基问题求解似大地水准面和实际地球重力位的过程中都需要用到一个重要的量：空间重力异常。在实际计算中往往需要格网化的重力异常,因此需要建立重力异常模型。本文主要在地球物理信息的基础上,重点论述了两种推求重力异常的方法,并探讨了利用全球重力场信息源诊断与融合技术推估重力异常模型的方法。     

解混合边值问题直接计算位系数的变分原理

本文提出了利用变分法解混合边值问题直接计算位系数的原理。根据这一原理可解第一、第二和第三边值问题的混合边值问题直接求得位系数。利用这一原理可较简单地联合利用经典重力测量(即重力点的平面位置由天文或三角测量确定,高程由水准或三角高程确定)、卫星重力测量(即利用卫星定位技术确定重力点的平面位置和大地高)以及卫星测高数据研究地球的重力场。     

卫星重力与地球重力场

卫星重力探测技术可获取全球均匀覆盖的地球重力场信号。以GRACE为代表的卫星跟踪卫星（satellite—to—satellite tracking,SST）计划为人类提供了前所未有丰富的中长波尺度的全球地球重力场信息。本文包含两部分研究内容：一是给出基于能量守恒原理的GRACESST重力观测方程,并采用此方法以实测GRACE观测数据求解得到120阶的GRACE地球重力场模型WHU—GM—05,并同国际上具有代表性的类似模型进行了分析比较;二是采用解析方法分析了SST观测系统中KBR、ACC、星载GPS等有效栽荷误差与获取地球重力场信号性能的响应,为我国SST设计和实施提供参考。     

地球重力场研究现状与进展

回顾了卫星重力探测技术的发展与最新的卫星重力计划,评述了地球重力场模型解算的最新理论和方法,总结了地球重力场模型序列建立取得的成果,重点讨论了地球重力场模型在测绘学科中的应用。     

固体潮对地球重力场时变特征影响的潮波公式

精密和详细测定地球重力场及其随时间变化,是目前卫星重力测量的主要课题.基于目前高精度的固体潮展开,研究固体潮对地球重力场时变特征的影响.不同于IERS2000推荐的固体潮对重力影响的理论模型,独立于天体历书而基于精密引潮力位展开直接给出在毫微伽精度下的潮波公式,并考虑到四阶潮汐的效应.同时对重力数据归算中的永久性潮汐的处理进行总结和说明.本文的工作可为高精度的地球重力场的研究提供理论依据和参考.     

卫星跟踪卫星技术确定地球重力场的加速度法研究

地球重力场是地球的基本物理场,表征着地球物质空间分布、运动和变化,一直是大地测量学科的核心科学任务之一。随着卫星重力测量技术的飞速发展,21世纪初国际卫星重力探测计划,CHAMP、GRACE和GOCE先后成功实施,提供了大量高低卫星跟踪卫星、低低卫星跟踪卫星以及卫星重力梯度观测数据,为研究地球重力场精细结构和构建高精度全球重力场模型提供精确的长波信息。其中,基于卫星跟踪卫星观测值恢复高精度中长波重力场被各国学者广泛而深入地研究。在此背景下,本文研究由卫星跟踪卫星技术利用加速度法确定地球重力场模型的理论与方法。     

EGM2008地球重力场模型的可视化探究

利用EGM2008地球重力场模型可以将地球重力场解析化,由此我们可以十分方便快速地表示和计算重力异常、高程异常、垂线偏差等其它重力场参数。本文运用Surfer软件将EGM2008重力场模型可视化,获取了全球和局部地区重力场相关参数的等值线图、线框图、3D表面图、影像图。     

EGM2008模型计算重力扰动位及相关量的方法研究

地球重力场模型EGM2008提供了计算全球高分辨率和高精度重力场相关参量的可能。本文采用球谐综合的方法,对重力扰动位、重力异常、大地水准面高等物理量的计算步骤和方法进行了研究和分析,并编制了相应的计算程序基于EGM2008无潮模型和零潮模型对以上参量进行了计算,同NGA发布的计算程序计算的结果进行了比对,验证了计算的方法正确性和可靠性。     

使用能量守恒方法恢复CHAMP地球重力场

本文探讨了基于能量守恒方法利用CHAMP卫星精密星历和加速度数据恢复地球重力场模型的原理和方法。给出了地心惯性系下顾及地球自转和非保守力能量损耗的能量守恒方程,并且对日、月摄动位与引潮力附加位的计算方法作了相应的分析,同时介绍了加速度数据的处理方法。基于能量守恒方法,利用2002年1-2月、7-8月和11-12月三个不同时期共180天的CHAMP卫星精密星历和加速度数据恢复了三组50阶次的地球重力场模型GFM01、GFM02和GFM03,并将这些模型与EGM 96重力场模型和GFZ公布的EIGEN-CG01C重力场模型进行比较。结果表明:能量守恒方法恢复的GFM系列模型与EGM 96重力场模型及EIGEN-CG01C重力场模型在低阶位系数上均有较好的一致,但与EIGEN-CG01C模型有更好的一致。这说明了CHAMP卫星对地球中、长波重力场的敏感性,也说明了能量守恒方法恢复低阶地球重力场位系数的有效性。     

卫星重力测量

确定高精度和高分辨率地球重力场模型是现代大地测量的基本目标之一,卫星重力计划就是基于这一目标实施的。文章简单地评述了卫星重力的发展现状,介绍了三颗专用的重力卫星,给出了卫星重力测量的基本原理,最后比较了几种由重力卫星资料得到的地球重力场模型。     

精化全球重力场的目标和技术的发展

研究地球重力场及其变化是大地测量学一项重要任务。国际大地测量协会专题研究组ＳＳＧ３．１７７提出了构制综合地球重力场模型的目标,该模型表示大地水准面的精度要达到１毫米,表示重力异常精度为１微伽。现状与此相差甚远,办有大力开发利用窨重力测量技术才能实现这一目标。文中综述了航空重力测量和卫星重力测量的进展情况。     

重力梯度张量的球谐分析

深入研究了利用卫星重力梯度数据确定地球重力场模型的球谐分析方法，导出了由重力梯度张量的球函数展开系数确定扰动位球谐系数的实用解算模型。模拟试算结果验证了本文算法的有效性和实用性。     

内蕴大地边值问题

提出内蕴大地边值问题,使得有可能利用重力场以边界是观测研究地球重力场的内蕴结构,中构造了椭球问题的迭代逼近求解程式,并给出了具体解式。     

卫星重力梯度数据的模拟研究

推导了运用地球重力场模型计算单点、格网点以及格网平均的扰动重力梯度复组合分量的公式;提出了广义球谐函数及其定积分的新算法,并利用EGM96地球重力场模型试算了全球地区卫星轨道面上的重力梯度分量的格网平均观测值;通过对角线分量满足Laplace方程的精度,验证了该算法的有效性和实用性。     

卫星重力梯度数据的模拟研究

推导了运用地球重力场模型计算单点、格网点以及格网平均的扰动重力梯度复组合分量的公式;提出了广义球谐函数及其定积分的新算法,并利用EGM96地球重力场模型试算了全球地区卫星轨道面上的重力梯度分量的格网平均观测值;通过对角线分量满足Laplace方程的精度,验证了该算法的有效性和实用性。     

基于“浅层海水”质量法确定海洋内部层面重力值

经典物理大地测量学利用斯托克斯方法和莫洛金斯基方法解算大地测量边值问题并给出地球外部重力场表达,若忽略1~2 m量级的动力学海面地形,静止的平均海面可认为是大地水准面,后者是与平均海平面最为接近的重力等位面。经典理论无法求解海洋内部,即地球内部重力场问题,为解决这一局限,基于地表浅层法引入“浅层海水”的概念,“浅层海水”上下界面由平均海面高模型DTU21确定,利用牛顿积分和球谐展开算法确定了最优球谐分析迭代次数,分析了“浅层海水”厚度与积分区域半径大小的关系,确定了“浅层海水”厚度为100 m、500 m和1 000 m时的最优积分区域半径为1°,厚度4 000 m时为1.5°;评估了“浅层海水”质量法移去-恢复海洋表面重力值的精度,“浅层海水”厚度100 m、500 m、1 000 m和4 000 m的均方根误差分别为0.13 mGal、0.61 mGal、1.21 mGal和3.93 mGal,验证了该方法的可靠性。基于此理论,计算了不同厚度“浅层海水”下表面的层面重力值,得到了100 m、500 m、1 000 m和4 000 m深度处层面重力值与“浅层海水”上表面重力值差的均方根,分别为22.11 mGal、110.50 mGal、220.87 mGal和877.31 mGal。     

未来地球系统构建中的六边形网格重力场北大核心CSCD

为提升大地测量学科在服务人类社会活动方面的能力,应集成包括地球重力场在内的,实现模型与观测资料融合的地球系统,以最大限度地提高地球系统仿真和预测的效益,极大地推动地球系统科学的发展和增强领域服务能力。顾及地球六边形网格体系在地球系统中的广泛应用及其在实现地球重力场建模、数据处理、多源数据融合中的自身优势,本文总结了传统地理网格系统下地球重力场求解的局限性及球面六边形网格在重力场求解中的优势和潜力。六边形网格体系下的地球重力场研究,将会对地球重力场求解效率和精度的提升、多地球系统模型之间的统一发挥重要作用。     

重力卫星及其应用进展

现代大地测量学的重要任务之一就是确定地球重力场模型和大地水准面,卫星重力计划就是基于这一任务的。本文简要介绍了重力卫星发展的现状及其局限性,在发射时间、轨道倾角和主要星载设备等方面比较了CHAMP,GRACE和GOCE三颗重力卫星,最后简述了它们在地质构造、海洋学以及资源勘探等方面的最新应用,显示了重力卫星在科研和生产中不可替代的重要作用。     

确定地球外部重力场的虚拟压缩恢复法

无论是Stokes理论、Molodenskii理论还是Bjerhammar理论,均不能根据给定边值(即给定地球表面的重力位或重力)求出外部重力场精确解。Stokes理论以大地水准面为边界,需要对大地水准面外部的物质(质量)进行调整,但我们不     

一种适用于局部重力场的傅里叶表达式

本文从局部重力场在直角坐标系下的最基本原理边值问题出发,讨论了边值问题在二维和三维直角坐标系下的求解过程,得出了适用于局部重力场的普通解的傅里叶级数表达式;根据傅里叶表达式中三角函数的正交性,得出了其傅里叶系数的积分表达式;根据大地测量学中各物理量之间的关系,分别求得了重力异常和重力梯度垂直分量在二维直角坐标下的傅里叶系数关系式,以及重力场扰动位和重力异常、重力场扰动位及其重力梯度分量在三维直角坐标下的傅里叶系数关系式,并根据实际算例验证了上述表达式的有效性。