GRACE时变重力场滤波方法研究

用3种不同的滤波方法获得了2007年相对于2005年的卫星重力变化图像,并与同期地面重力测量的结果进行比较,对比分析GRACE月重力场滤波方法的优缺点。结果表明,去相关平滑滤波算法优于高斯滤波和直接截断法,且去相关平滑滤波DDK5处理得到的卫星重力动态变化图像与地面观测结果符合最好,表明GRACE卫星时变重力场可以用来分析大区域重力动态变化。     

GRACE时变重力场滤波方法研究北大核心CSCD

用3种不同的滤波方法获得了2007年相对于2005年的卫星重力变化图像,并与同期地面重力测量的结果进行比较,对比分析GRACE月重力场滤波方法的优缺点。结果表明,去相关平滑滤波算法优于高斯滤波和直接截断法,且去相关平滑滤波DDK5处理得到的卫星重力动态变化图像与地面观测结果符合最好,表明GRACE卫星时变重力场可以用来分析大区域重力动态变化。     

华北地区长期重力变化监测

利用GRACE卫星重力资料,计算了华北地区的长期重力变化结果,利用6个测站的绝对重力观测资料,获取了测站的重力变化时间序列,同时获取了北京、泰安测站的GRACE卫星月重力变化时间序列。卫星重力观测结果显示华北地区地下水流失严重,绝对重力观测结果表明地面沉降严重。     

GRACE重力卫星在陆地水储量变化监测中的应用

介绍了GRACE重力卫星,并对GRACE重力卫星数据在陆地水储量变化中的应用现状进行分析,总结了GRACE重力卫星数据在陆地水储量变化检测中的数据获取、计算方法和精度分析,以及Grace数据在不同区域尺度陆地水储量变化估算中的应用情况,最后,指出GRACE在水储量应用中的不足和未来的研究方向。     

利用GRACE卫星Level-1B数据反演陆地水储量变化的方法研究

卫星重力探测技术为监测陆地水储量变化提供了新的技术手段。对利用GRACE卫星Level-1B数据反演地球陆地水储量变化的重力位差法和Mascon方法的数学模型作了详细推导分析,总结两种方法的特点和解算处理步骤。推导过程表明:重力位差法和Mascon方法在反演时只采用卫星飞临研究区域上空时的观测数据,能够提高反演结果的空间分辨率,比传统的球谐系数法更具优势;Mascon方法在解算时还引入了时空约束方程,进一步提高了反演结果的时空分辨率。     

GOCE卫星重力梯度数据反演重力场的滤波器设计与比较分析

地球重力场和海洋环流探测（gravity field and steady-state ocean circulation explorer,GOCE）卫星重力梯度数据有色噪声和低频系统误差的滤波处理是反演高精度地球重力场的一个关键问题。针对GOCE卫星重力梯度数据的滤波处理,基于移动平均（moving average,MA）方法和CPR(circle per revolution)经验参数方法设计了两类低频系统误差滤波器,并分别将这两类滤波器与基于自回归移动平均（auto-regressive and moving average,ARMA）模型设计的有色噪声滤波器组合起来形成级联滤波器。为了分析滤波器处理的实际效果,基于空域最小二乘法采用70 d的GOCE观测数据,并联合重力恢复与气候实验（gravity recovery and climate experiment,GRACE）数据分别反演了224阶次的重力场模型GOGR-MA(MA+ARMA级联滤波)和GOGR-CPR(CPR+ARMA级联滤波)。将反演模型与采用同期数据求解的第一代GOCE系列模型及GOCE和GRACE联合模...     

联合Argo浮标、卫星测高和GRACE数据研究海平面变化

卫星测高、GRACE、Argo等数据为监测海平面变化提供了丰富的观测数据,利用Argo数据计算的比容海平面变化,可以更加深入地理解卫星测高以及卫星重力获得的海平面变化。利用2004年1月至2010年12月间Argo浮标采集的温度和盐度数据,通过数值积分方法计算了65°S~65°N间的比容海平面异常,并通过最小二乘拟合得到比容海平面变化的长期趋势为0.63±0.45 mm/a,与Llovel得到的结果吻合较好。利用卫星测高数据得到该时间段内海平面变化趋势为2.52±0.71 mm/a,GRACE反演得到的海水质量变化引起的海平面趋势为1.84±0.13mm/a,结果表明海水质量变化成为引起海平面变化的主要因素。最后对联合卫星测高、GRACE得到比容海平面变化与相应Argo浮标数据计算结果的空间分布特征进行了比较。     

青藏高原GRACE卫星重力长期变化研究

青藏高原隆升是地球上新生代以来最壮观的地质事件之一,对东亚乃至全球大陆动力学研究具有举足轻重的作用,一直是国际地球科学研究的热点区域.随着近年来现代大地测量技术(如GPS、卫星测高、绝对重力、雷达干涉测量等)的蓬勃发展,特别是2002年GRACE重力卫星的成功发射,为研究全球物质分布和季节性变化提供了重要参考依据,同时也为研究青藏高原动力学提供了可靠的观测数据和便捷的观测手段.GRACE卫星发射至今已超过13年,随着资料的累积和数据处理方法的改进与成熟,用GRACE卫星资料研究长期性变化成为新的热点.     

贵州省地下水数据管理与评价分析系统研究

针对贵州省地下水水文地质条件复杂,难以开展地下水资源的管理与评价分析工作的问题,本文首先介绍了水均衡法和GRACE卫星重力法等两种地下水资源量的计算方法及流程;然后,基于此从系统架构、功能体系等方面对贵州省地下水数据管理与评价分析系统进行了详细设计,并开发出了应用系统;最后,以贵州省区域内地下水基础数据、33个站观测资料和多种遥感数据等作为实验数据,实现贵州省地下水数据资源的集成管理以及基于GRACE卫星重力法与水均衡法等两种方法的水资源量计算,并得到GRACE卫星重力法计算结果与实测结果具有更高拟合度。实验表明:该系统中的GRACE重力卫星法能监测省级中等尺度岩溶地下水资源变化且较水均衡法有更好的可行性、适用性。此外,该系统不仅有利于贵州省地下水数据资源的存储与管理,同时对于贵州省地下水数据资源的共享与服务也起到了一定的促进作用。     

基于旋转模型的青藏高原重力变化研究

用数值模拟方法研究了地壳旋转运动与空间重力变化的关系,得出地壳划分的长方体的旋转运动引起的重力变化呈中心对称分布。青藏高原地区的研究资料表明,该区域绕青藏高原东构造存在顺时针旋转运动。文中结合该地区的数字高程以及GPS观测速率数据,计算了青藏高原块体旋转运动引起的重力变化,并与GRACE卫星重力观测结果进行了对比分析。     

GRACE时变重力位系数扇形滤波算法分析

卫星重力探测技术为监测全球陆地水储量变化提供了新的技术手段。采用Level-2 Release-05版本GRACE时变重力场模型数据计算了2010年全球陆地水储量的月变化;着重研究了扇形滤波对反演结果的影响;并结合GLDAS水文模型数据对反演结果进行了验证分析。实验结果表明:GRACE反演结果 GLDAS水文模型结果在时空分布上符合较好;扇形滤波能够削弱GRACE时变重力场模型的高阶项误差影响,有效去除反演结果中的条带状噪声。     

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。     

小波分析在重力界面反演中的应用

基于Parker-Oldenburg反演方法，分析了低通滤波器B（K）的不同阈值对位场分离的影响。分别采用小波变换和低通滤波对青藏高原地区布格重力异常进行了位场分解和莫霍面反演，并将反演结果与地震资料作比较。结果表明，在重力位场分解中小波多尺度分解可以代替低通滤波器B（K），避免了闻值的选取。     

Simulation study of a follow-on gravity mission to GRACE

The gravity recovery and climate experiment (GRACE) has been providing monthly estimates of the Earth’s time-variable gravity field since its launch in March 2002. The GRACE gravity estimates are used to study temporal mass variations on global and regional scales, which are largely caused by a redistribution of water mass in the Earth system. The accuracy of the GRACE gravity fields are primarily limited by the satellite-to-satellite range-rate measurement noise, accelerometer errors, attitude errors, orbit errors, and temporal aliasing caused by un-modeled high-frequency variations in the gravity signal. Recent work by Ball Aerospace & Technologies Corp., Boulder, CO has resulted in the successful development of an interferometric laser ranging system to specifically address the limitations of the K-band microwave ranging system that provides the satellite-to-satellite measurements for the GRACE mission. Full numerical simulations are performed for several possible configurations of a GRACE Follow-On (GFO) mission to determine if a future satellite gravity recovery mission equipped with a laser ranging system will provide better estimates of time-variable gravity, thus benefiting many areas of Earth systems research. The laser ranging system improves the range-rate measurement precision to ~0.6 nm/s as compared to ~0.2 μm/s for the GRACE K-band microwave ranging instrument. Four different mission scenarios are simulated to investigate the effect of the better instrument at two different altitudes. The first pair of simulated missions is flown at GRACE altitude (~480 km) assuming on-board accelerometers with the same noise characteristics as those currently used for GRACE. The second pair of missions is flown at an altitude of ~250 km which requires a drag-free system to prevent satellite re-entry. In addition to allowing a lower satellite altitude, the drag-free system also reduces the errors associated with the accelerometer. All simulated mission scenarios assume a two satellite co-orbiting pair similar to GRACE in a near-polar, near-circular orbit. A method for local time variable gravity recovery through mass concentration blocks (mascons) is used to form simulated gravity estimates for Greenland and the Amazon region for three GFO configurations and GRACE. Simulation results show that the increased precision of the laser does not improve gravity estimation when flown with on-board accelerometers at the same altitude and spacecraft separation as GRACE, even when time-varying background models are not included. This study also shows that only modest improvement is realized for the best-case scenario (laser, low-altitude, drag-free) as compared to GRACE due to temporal aliasing errors. These errors are caused by high-frequency variations in the hydrology signal and imperfections in the atmospheric, oceanographic, and tidal models which are used to remove unwanted signal. This work concludes that applying the updated technologies alone will not immediately advance the accuracy of the gravity estimates. If the scientific objectives of a GFO mission require more accurate gravity estimates, then future work should focus on improvements in the geophysical models, and ways in which the mission design or data processing could reduce the effects of temporal aliasing.     

EIGEN-GL04C重力场模型的精度分析

本文对GFZ发布的GRACE EIGEN-GL04C重力场模型从球谐系数分析、误差阶方差分析两方面进行了精度评价。研究表明,相较于以往的重力场模型,EIGEN-GL04C重力场模型精度对120阶以下(未包含J2项)的地球中长波部分具有明显的改善。GRACE重力卫星测量已经成为获取地球重力场信息的重要手段。     

利用卫星重力测量确定地球重力场模型的进展

卫星重力测量是当前探测全球一致、高精度和高分辨率地球重力场的高效技术手段,主要包括高低卫星跟踪卫星测量（satellite-to-satellite tracking in high-low mode, SST-hl）、低低卫星跟踪卫星测量（satellite-to-satellite tracking in low-low mode, SST-ll）和卫星重力梯度测量（satellite gravity gradiometry,SGG）。系统总结了利用卫星重力测量技术（包括SST-hl、SST-ll和SGG及多模式组合）反演地球重力场的主要方法,评述了利用挑战性小卫星有效载荷（challenging mini-satellite payload, CHAMP）、重力恢复与气候实验（gravity recovery and climate experiment, GRACE）/ GRACE继任者（GRACE follow-on, GRACE -FO）和地球重力场和海洋环流探索器（gravity field and steady-state ocean circulation explorer, GOCE）卫星重力数据构建静态和时变重力场模型的最新进展,并对当前具有代表性的地球重力场模型精度进行了分析和评估,以期对未来的地球重力场研究及其地学应用提供参考。     

Precise orbit determination for the GRACE mission using only GPS data

The GRACE (gravity recovery and climate experiment) satellites, launched in March 2002, are each equipped with a BlackJack GPS onboard receiver for precise orbit determination and gravity field recovery. Since launch, there have been significant improvements in the background force models used for satellite orbit determination, most notably the model for the geopotential. This has resulted in significant improvements to orbit accuracy for very low altitude satellites. The purpose of this paper is to investigate how well the orbits of the GRACE satellites (about 470 km in altitude) can currently be determined using only GPS data and based on the current models and methods. The orbit accuracy is assessed using a number of tests, which include analysis of orbit fits, orbit overlaps, orbit connecting points, satellite Laser ranging residuals and K-band ranging (KBR) residuals. We show that 1-cm radial orbit accuracy for the GRACE satellites has probably been achieved. These precise GRACE orbits can be used for such purposes as improving gravity recovery from the GRACE KBR data and for atmospheric profiling, and they demonstrate the quality of the background force models being used.     

根据人卫激光测距、GRACE和地球物理模型求解地球低阶重力场季节变化

本文利用2002年4月至2010年10月的Lageos1和Lageos2两颗激光卫星观测数据、GRACE以及地球物理模型三种独立的方法计算地球低阶重力场系数J 的变化,根据大气压强数据计算 J 时分别按反变气压计（IB）和非反变气压计(NIB)两种假设进行计算。通过分析 J 的季节特性表明,大气在NIB假设下得到的周年振幅比在IB假设下得到的振幅大3倍左右,相位相差47°;大气和陆地水的质量变化对 J 周年变化的贡献占主导地位,海洋的影响最小;大气、海洋和陆地水得到 J 半年振幅和相位值与SLR得到的振幅和相位值吻合较差,尤其是在IB假设下大气得到的结果与SLR结果相差最大; SLR、GRACE和地球物理模型三种独立方法得到的 J 周年项之间吻合相对较好,GRACE得到的周年振幅比SLR得到的周年振幅大50%左右, SLR观测得到的 J 周年振幅介于在NIB和IB两种假设下地球物理模型得到的结果之间;GRACE与SLR得到的 J 半年项的振幅相同,在IB假设下AOW得到的 J 半年振幅和相位与SLR结果差异最大。