卫星重力发展及应用

卫星重力资料在恢复地球重力场方面具有全球高覆盖率、高空间分辨率、高精度和高时间重复率等优点,为大地测量和地球物理学科的发展开辟了新的途径。本文简要回顾了卫星重力的发展历程,介绍了四种卫星重力探测技术的原理和发展状况,并分析了三颗重力卫星的优点和不足,最后对卫星重力在地球科学中的的应用情况进行了简要总结。     

基于小波分析的磁测数据处理流程及解释方法

对某地区高精度磁测数据,为了有效分析地下场源的异常特征,作者采用小波分析方法对磁异常进行多尺度分析,获取不同深度层次的场源信息,结合平面、剖面资料的反演处理解释,利用2.5维模型反演建立了地下场源的地球物理模型.通过分析,认为小波多尺度分析可以更好的揭示深部场源的赋存信息,计算精度可靠,较传统的延拓、滤波等方法有更高的分辨率.     

利用谱组合法实现GOCE卫星的SST和SGG数据融合处理

不同类型重力测量数据的融合处理,是地球重力场模型化研究的难点和热点问题之一.基于调和分析方法推导了由GOCE卫星SST和SGG数据构建地球重力场模型的谱组合公式及对应谱权的具体形式,给出了多种类型重力测量数据联合处理的谱权及谱组合的通用表达式.结果表明,SST数据能够有效改善SGG数据解算模型在低阶部分的精度,从而提高了解算的地球重力场模型的质量和可靠性并拓宽了其频谱范围,使其精度和空间分辨率有更进一步的提高.      

小波变换在确定桩裂缝、断桩及浅部缺陷中的应用

利用小波变换多分辨率分析的Mallat二进小波快速算法,引入Db5小波对桩身具有裂缝、断桩及浅部缺陷的基桩桩顶瞬态响应曲线进行多尺度小波变换。从小波变换结果的高尺度部分可以明显地发现缺陷反射波和桩底反射波,进而精确地确定缺陷位置,为补救措施的制定提供依据。     

小波多尺度分析在青藏高原东缘重力场的应用

在印度板块与欧亚板块的碰撞作用下,青藏高原的深部塑性物质在碰撞挤压作用下向外挤出,青藏高原东缘发育多条东西向伸展南北走向断裂构造带,构造背景复杂,地震活动频繁.基于WGM2012地球重力场模型,采用小波多尺度分析对青藏高原东缘卫星重力数据进行处理,利用径向平均功率谱计算分析多尺度小波分解后的重力异常的物源平均深度,结合...     

小波细菌的微分特征及其在重力场断裂分析中的应用

利用小波细节的微分特征对重力场进行断裂分析。理论分析和模型计算结果表明，小波细节具有水平一阶导数的特征，利用该特征对地质体边界的重力场进行小波变换，并结合频谱分析方法估算重力场小波的场源深度，由此可获得不同深度上断裂的空间位场及特征。与传统的向上延拓和求水平一阶导数来分析断裂的方法相比，该方法克服了向上延拓异常特征模糊化，使重力场的断裂分析更加准确和可靠。应用该方法分析了东秦岭地区的断裂分布。     

球面小波分析技术及在全球重力模型中的应用

在介绍球面小波理论的基础上,推导和比较了几种球面小波,分析了最新地球重力模型-EGM96,以此为依据,把球面小波多分辨分析用于计算全球自由空气异常及重力大地水准面,并对处理结果做出解释。     

桂西地区重力场小波多重分解及地质意义

重力场包含了各种密度不均匀体的叠加效应.为了更好地划分重力异常,尝试利用具有多尺度分析功能的小波分析进行重力场的分离.通过对桂西地区重力场进行小波多重分解,分离出埋藏较浅、尺度较小的源体和埋藏较深、尺度较大的源体,反映了不同深度和尺度地质体密度的不均匀性,较好地圈定了构造盆地、深部隐伏岩体,并直观地显示了其产状变化特征.因此,利用小波分析进行重力场分解具有较好的效果,值得进一步推广使用.     

新疆玛纳斯湖景观演化及其生态环境效应

遥感影像以多分辨率记录了地表的覆盖特征。影像的空间分辨率限定了遥感对地观测的最小单元。地理环境特征监测的基本空间尺度的适宜性对遥感提出了多分辨率的需求 ,同时 ,多种全球变化模型对土地覆盖类型及空间格局需求的尺度也不同。因此 ,作为模型重要参数的土地覆盖特征的多分辨率遥感监测对满足不同模型的需求以及对利用实测数据进行尺度转换研究是重要的。本文在遥感、地理信息系统支持下 ,从遥感数据采集的空间分辨率的角度定量化判断空间分辨率放大过程对土地覆盖特征监测的影响。研究区域选定在ＮＥＣＴ(中国东北样带 )的西部 (42°～ 46°Ｎ、1 1 0°～1 2 1°Ｅ)。采用美国地球资源观测系统数据中心提供的     

基于小波多尺度分析的重力异常分离CSCD

在利用小波多尺度分解重磁场中,实际上并非所有的小波都适合于位场分离。这里采用对称性、紧支撑性较好的Daubechies小波对重力场多尺度分解,依照重力背景场的地质意义提取重力异常背景场,并在此基础上计算重力异常异常场。最后通过模型试算和实例分析进一步表明了该方法的有效性和实用性。     

Spectral and Multiscale Signal-to-Noise Thresholding of Spherical Vector Fields

The basic concepts of spectral and multiscale selective reconstruction of (geophysically relevant) vector fields on the sphere from error-affected data is outlined in detail. The reconstruction mechanism is formulated under the assumption that spectral as well as multiscale approximation is well-representable in terms of only a certain number of expansion coefficients at the various resolution levels. It is shown that spectral denoising by means of orthogonal expansions in terms of vector spherical harmonics reflects global a priori information of the noise (e.g., in form of a covariance tensor field), whereas multiscale signal-to-noise thresholding can be performed under locally dependent noise information within a multiresolution analysis in terms of spherical vector wavelets. An application of the multiscale formalism to Earth's magnetic field determination is presented.     

异构并行算法快速构建全球扰动重力梯度全张量图

扰动重力梯度是扰动重力位的二阶导数,相对于其他重力场元素能更多地反映变化的不规则地球产生的高频信息。在使用高阶次球谐系数模型获取大范围高分辨率的扰动重力梯度数据时,存在重复运算多、计算效率低下、耗时较长的问题。针对该问题,推导了简化计算公式,将中间变量提取出来作为全局参数和局部参数单独进行计算、存储,从而有效减少重复运算;并在简化公式的基础上,提出了扰动重力梯度张量快速异构并行算法,利用CUDA（compute unified device architecture）实现了梯度全张量在GPU端的并行计算。根据Txx、Tyy、Tzz三个分量满足Laplace条件验证了算法可靠性,并与传统串行算法进行了计算效率对比,实验结果表明,相较于串行算法,所提算法可减少90%以上计算耗时,可将计算效率提高60倍以上。最后利用该算法基于2 190阶EIGEN6C4模型快速构建了5′×5′分辨率的全球扰动重力梯度全张量图,计算结果显示了扰动重力梯度同地形、地球质量分布变化的相关性及其在全球范围内的数值特征。     

地球坐标系内的磁场转换方法

为了满足卫星磁测资料解释的需要,作者提出了地球坐标系内的磁场转换方法,包括:（1）非同一球面上磁场换算同一球面上磁场的“曲化平”方法;（2）不同球面磁场互换的“延拓”方法;（3）由测量方向与磁化方向均与基本地磁场一致的场T,换算测量与磁化方向均指向地心的场Z,的“化向地磁极”方法。所有方法均建立在球谐分析的基础上,且均可以应用于地球表面的局部区域。     

A support for the existence of paleolakes and paleorivers buried under Saharan sand by means of “gravitational signal” from EIGEN 6C4

The goal of this study is to demonstrate that and how the recent gravitational and topographic data support the findings made by geologists and others as for the existence of the paleolakes and paleoriver systems, now buried under the sands of Sahara. It is always important and useful to have such an independent analysis supporting certain results, and this paper is such a case. We make use of the gravity disturbances (or anomalies), the Marussi tensor of the second derivatives of the disturbing geopotential, the gravitational invariants and their certain ratio, the strike angle and the virtual deformations. The geopotential is represented by the global combined (from satellite and terrestrial data) high-resolution gravity field model EIGEN 6C4 (till degree and order 2160 in spherical harmonic expansion). The topography is derived from the ASTER GDEM and ETOPO 1 models (both are used). With all these data, we confirm the existence of huge paleolakes or paleoriver systems under the Saharan sands known or anticipated in an independent way by geologists for the lakes MegaChad, Fazzan and Chotts; for Tamanrasset river valley; and Kufrah Basin, presumptive previous flow of the Nile River. Moreover, we suggest a part of the Grand Egyptian Sand Sea as another “candidate” for a paleolake and hence for a follow-up survey.     

Geodetic reference systems for crustal motion studies

The behaviour of geodetic reference systems as a function of time cannot be ignored in determinations of position for secular geodynamic modelling. While non-specialist users are likely to appreciate the uncertainty surrounding the concept of a “fixed” point in regional surveys for crustal motion, its extension to global surveys based on techniques in dynamic geodesy is not widely understood. Such solutions are related to the natural coordinate system defined by the instantaneous geocentre (earth's centre of mass) and the instantaneous rotation axis whose location in earth space cannot be expected to be time invariant.The effect of such movements of the natural system of reference on the coordinates of points at the earth's surface is computed for a plausible model of the former. The resulting changes in solutions for three-dimensional position from dynamic considerations are discussed. It is shown that for the model adopted, the earth-space variations of the natural reference system with time produce coordinate changes with magnitudes not dissimilar to those resulting from reasonable variations in the earth's figure, though with different wavelengths, when computed from three-dimensional considerations alone.The resulting displacements, along with an accepted model for plate motions, are used to study changes in the shape of the level surfaces of the earth's gravity field with time. It is shown that plausible models for the deformation of the earth's figure produce significant changes in the geopotential and the shape of the geoid. However, the transfer of mass implied in extreme models of plate motion produce no significant changes in the datum level surface for crustal motion studies over periods as long as 10² yr.     

地球重力模型及中国大陆重力场的计算

融多颗卫星数据、地面重力值和其它资料一起的地球重力模型EGM 96 ,为研究中国大陆的重力场及相关问题提供了一个高精度 36 0阶的球谐系数。在分析EGM 96的基础上 ,计算并简单解释了中国大陆的自由空气异常和布格重力异常。计算所得重力场的精度和分辨率大大高于常用的1∶140 0 0 0 0 0自由空气异常图及布格重力图     

Factors affecting FFT gravimetric geoid determination precision

The Fast Fourier Transformation (FFT) has become a routine mathematical tool for the refinement of the Earth's gravity field, such as the computation of precise gravimetric geoid and terrain corrections, particularly over a large area. This paper presents ideas and methodologies to evaluate the accuracy of geoid undulation computations using FFT. A global geopotential model is used as a ‘ground truth’ gravity field model to assess the geoid determination precision by using FFT technique. It is demonstrated that special considerations must be given for a high precision FFT gravimetric geoid determination. A maximum of a few decimetres error could be introduced by the FFT algorithm if the gravity anomalies are not long wavelength filtered and/or no zero padding is applied.     

地磁场模型的计算和评述

评述了计算地磁场区域模型的各种数学方法,如:利用多项式方法可以计算地磁场的Taylor多项式模型和Legendre多项式模型,利用球冠谐和分析方法可以计算出磁场的冠谐模型。本文指出了建立区域模型各种方法的优缺点,指出球冠谐和分析方法是计算地磁场三维模型的好方法。     

常用小波及其时频特性

小波分析以其良好的时频局部化效果,能够用来分析时间序列不同频率的非稳定能量特征。目前,有许多可供选择的小波函数,这些函数的时频特征各不相同,根据研究目的选择合适的分析小波函数就显得非常重要。针对常用的几个实数和复数小波函数,以Nino3海面季度平均温度时间序列(1871-1996,5oS~5oN, 90o~150oW)为例,分别研究它们的时频特征,希望为实际应用过程中选择合适的分析小波提供依据。研究发现,消失矩越大,时域小波越窄,时间分辨率增强,波动幅度越大;而频域小波与时域相反。复数的Morlet小波具有良好的频率分析能力,而Mexican hat小波(Gauss函数的二阶导数)则具有优秀的时间分辨能力。相对小波的总能量谱,复数小波的实部或虚部的能量谱能够明显提高分析结果的时间分辨率,但并不影响小波的频域分辨力。