海潮模型差异对GNSS坐标时间序列周期信号及噪声特性影响分析

选取FES2004、EOT11a、TPXO7.2和Chinasea2010等4种海潮模型分别对23个CMONOC沿海测站进行海潮负荷位移改正，分析不同海潮模型对中国沿海区域测站坐标时间序列的影响。定量比较高频潮波参数模型间差异对周期信号的影响，结果表明，周日、半日潮波参数差异对海潮负荷位移改正后序列长周期信号、周年信号和半周年信号功率的影响最大可达4.3%、2.6%、2.0%和9.1%、0.7%、9.6%。基于Chinasea2010和TPXO7.2海潮模型的OTL改正使WN+FN+RWN测站噪声组合所占比例增至43%，而基于FES2004模型的OTL改正对测站速度不确定度的改善最大，39%的测站得到60%~98%的改善。     

海潮模型对陆态网络GNSS观测的影响

选取FES2004、NAO.99b、FES2014b、EOT20、GOT4.10c、TPXO9.5a海潮模型分别对253个陆态网络GNSS测站进行海潮负荷位移(ocean tide loading displacement, OTLD)改正,分析未模型化或模型不准确的OTLD对陆态网络GNSS高程时间序列和天顶对流层延迟(zenith tropospheric delay, ZTD)估计的影响。结果表明,OTLD影响越大,不同海潮模型改正对GNSS高程时间序列的w_RMS改善效果和差异越明显,改善效果最高可达52%以上,最大差异可达11%;海潮模型差异造成的GNSS最大混叠信号振幅约为4 mm,对应周期主要为14.8 d、365 d; OTLD与ZTD偏差存在准线性关系,使用的海潮模型实用性越好,两者线性关系越明显;FES2014b模型对GNSS高程时间序列的w_RMS、混叠周期、ZTD估计的OTLD改正效果均最优。     

利用PPP反演海潮负荷位移参数

选取高纬地区的3个CORS站以及中纬地区的SHAO测站,利用PPP浮点解计算测站未经海潮负荷位移改正的坐标时间序列,采用傅里叶变换方法提取分潮的周期信息,进而反演其中8个主要分潮的海潮负荷位移参数,将其与5个全球海潮模型DTU10、EOT11a、GOT4.8、TPXO.7.2、FES2004计算得到的海洋负荷位移参数比较。结果表明,PPP反演得到的8个主要分潮的海潮负荷位移参数与海潮模型计算结果具有较好的一致性,两者均方根差异为mm级,说明利用PPP反演海潮负荷位移参数是可行的。     

FES2004和GOT4.7海潮模型改正对全球PPP的影响特征及差异分析

针对目前少有全球范围PPP海潮负荷影响特征分析的问题,对比FES2004与GOT4.7海潮模型改正前后20个IGS站静态和动态PPP的解算结果,探讨2种模型下的潮波差异。实验结果表明,海潮负荷引起全球沿海站点的U方向位移达5 cm,但在地中海及波罗的海等陆间和内陆海域,并非单纯随站点离海岸线越近位移越大;海潮负荷在世界范围24 h静态PPP中对坐标误差RMS的影响达数mm,改正后收敛时间提升率最高达30%,但在某些岛屿和陆海交界地带对E、N方向的改正效果较差;基于2种模型计算的全球M₂分潮U方向差异在近海区域最大可达13 mm,且地理分布上与海潮本身无必然联系,负荷形变差异具有与海潮类似的周期性特征,在马来群岛附近达数mm,且半日潮差异高于周日潮与半月潮。     

利用短期静态PPP结果反演海潮负荷位移

采用香港11个GPS测站的观测资料进行1 h、2 h、3 h和4h静态PPP解算，获得4组PPP坐标序列，利用调和分析求取11个测站处8个主要分潮的负荷位移参数（振幅和相位），将其与海潮模型计算的负荷位移参数进行对比，并比较分析PPP反演值与海潮模型值改正海潮负荷信号的效果。结果表明，垂直和水平方向上，不同PPP结果反演8个分潮的负荷位移分别具有约5 mm和7 mm的差异；PPP反演8个分潮垂向负荷位移优于全球海潮模型，但水平方向上的反演效果稍弱。     

CG型重力仪用于海潮负荷观测的可行性

为验证便携式相对重力仪用于短时重力潮汐观测的可行性,在厦门地震台进行同址对比测试。以利用gPhone重力仪的长观测时段数据修正的FES2004海潮模型为参考,分离出gPhone、CG-5和CG-6型重力仪的静态观测残差序列。结果表明,CG-5和CG-6型重力仪在1 CPD(circle per day)和2 CPD附近的噪声水平(非线性漂移)与gPhone重力仪接近,对主要的全日分潮和半日分潮分析影响较小,观测精度能满足短时海潮模型修正的需要。以CG-5型重力仪在平潭岛的短时重力潮汐数据修正FES2014海潮模型得到测站海潮模型,并回测35 d前绝对重力观测时段的重力海潮负荷值。改正后组均值残差标准差从FES2014模型的2.7μGal降至1.8μGal,由此验证了CG型便携式相对重力仪用于海潮负荷观测的可行性。     

不同海潮模型对GNSS站负荷位移计算的影响

基于古登堡平均地球模型和积分格林函数方法,利用中国近海海潮模型Chinasea 2010、Naoregional 1999和全球海潮模型EOT11a,计算中国沿海GNSS连续运行站上的海潮位移负荷影响,并对其均方根RMS及和方根RSS进行综合分析。结果表明,2种近海模型分潮波位移负荷差异水平分量大部分为亚mm级,垂直分量普遍为mm级,最大达5.8 mm;Chinasea 2010模型比Naoregional 1999模型在中国海域覆盖面积大,2种模型在黄海和东海海域差异较大,在渤海和南海海域差异较小;模型差异与测站位置及潮波频率均有关系,应比较观测资料的负荷改正效果,择优采用适宜本区域的模型。     

CG型重力仪用于海潮负荷观测的可行性北大核心CSCD

为验证便携式相对重力仪用于短时重力潮汐观测的可行性,在厦门地震台进行同址对比测试。以利用gPhone重力仪的长观测时段数据修正的FES2004海潮模型为参考,分离出gPhone、CG-5和CG-6型重力仪的静态观测残差序列。结果表明,CG-5和CG-6型重力仪在1 CPD(circle per day)和2 CPD附近的噪声水平(非线性漂移)与gPhone重力仪接近,对主要的全日分潮和半日分潮分析影响较小,观测精度能满足短时海潮模型修正的需要。以CG-5型重力仪在平潭岛的短时重力潮汐数据修正FES2014海潮模型得到测站海潮模型,并回测35 d前绝对重力观测时段的重力海潮负荷值。改正后组均值残差标准差从FES2014模型的2.7μGal降至1.8μGal,由此验证了CG型便携式相对重力仪用于海潮负荷观测的可行性。     

中国区域GPS站海潮负荷形变特征分析

讨论5个全球海洋潮汐模型NAO99b、FES2004、GOT4.7、TPXO7.2和EOT11a在中国区域的差异性和适用性,并基于这些全球海潮模型和高分辨率区域海潮模型,分析中国区域GPS站海潮负荷形变特征。采用GIPSY软件对中国区域GPS站长时间观测数据进行处理,分析高精度区域海洋潮汐模型对中国沿海GPS站高精度位置时间序列的影响。分析表明,加入区域海洋潮汐负荷形变后,对GPS时间序列垂向的影响最大可达5.01 mm,可能会引起GPS时间序列中包含15 d和173 d 的虚假周期信号。     

海潮负荷地心运动对GPS坐标时间序列周期信号的影响分析

分别采用地球系统质心（center of mass of the whole earth system, CM）和固体地球质心（center of mass of the solid earth, CE）框架的海潮负荷(ocean tide loading, OTL)改正计算132个全球站的静态精密单点定位PPP坐标,分析海潮负荷引起的地心运动对GPS坐标时间序列的影响。结果表明：1）海潮负荷地心运动在水平和垂直方向上引起的坐标差异分别为0.7 mm和1.3 mm,海潮负荷地心运动对坐标时间序列的影响具有显著的区域分布特征;2）在CM-OTL和CE-OTL中,海潮负荷效应引起的周期信号明显减小,海潮负荷改正所属框架与GPS轨道所属框架的不一致将引入GPS交点年信号、14 d、9 d信号;3）利用IGS精密轨道进行PPP计算时,应采用CE框架进行海潮负荷改正。     

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非潮汐海洋负载效应对近海岸IGS测站坐标时间序列的影响

根据均匀分布在全球各大洲的IGS测站信息,选取105个数据质量良好的近海岸测站以及29个内陆测站,利用ECCO发布的海底压力数据计算得到由非潮汐海洋负载引起的IGS测站位置N、E、U方向上的位移。分析了由地理位置差异导致的测站受非潮汐海洋负载效应的影响存在的差异,并修正了SOPAC提供的IGS测站坐标时间序列,探讨了非潮汐海洋负载效应引起的测站位移对近海岸测站坐标时间序列的影响。结果表明,近海区域（<50 km）测站受到非潮汐海洋负载影响U方向平均量级为5 mm,远大于内陆（>500 km）测站U方向的影响;经过非潮汐海洋负载修正,71%的测站高程坐标时间序列RMS值得以减小,其中最大可使RMS值降低13%;大西洋、太平洋西海岸受其影响比东海岸大,考虑到其受非潮汐海洋负载效应影响显著,使用大西洋与太平洋西海岸地区测站坐标时间序列前必须进行非潮汐海洋负载修正。     

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