时段选取对大气负荷重力效应的影响分析

针对当前重力观测数据处理中大气负荷效应改正的不确定性问题,该文提出一种分时段改正方法。通过采用不同时段观测数据,基于回归分析方法系统讨论时段选取对大气负荷重力效应改正的影响。利用高精度Wettzell台站超导重力观测数据进行实验分析。实验结果表明:采用不同时段观测数据,大气导纳值差异最大值约为-0.1μGal/hPa;采用不同时段的观测数据进行大气效应改正,其最大差异整体上可以达到2μGal。本文的研究可为精确计算大气负荷重力效应提供一定参考。     

基于短时间序列重力观测数据的潮汐改正方法

对于没有长期连续潮汐观测站和无精密潮汐模型的地区,研究高精度潮汐改正方法具有重要意义。给出了基于短时间序列重力观测数据的高精度潮汐改正方法,并利用全球动力学计划中TIGOConcepcion、Kamio-ka和Hsinchu三个台站的超导重力观测数据对该方法进行了试验分析。研究结果表明,利用一天或数天重力观测数据可建立高精度潮汐模型,其振幅因子和相位延迟解算精度分别优于0.01和0.5°,潮汐改正精度可以达到μGal量级,验证了该方法的正确性和有效性。本文方法为无精密潮汐模型区域的潮汐改正提供了新的途径。     

武汉基准台气压对重力潮汐观测的影响

武汉基准台超导重力仪观测重力残差和台站气压的相关分析结果表明,重力残差信号主要是由气压变化引起的。本文在频率和时间域内分别测定了大气重力导纳值,结果说明在时域内的导纳值为－０．３０７μＧａｌ／（１Ｇａｌ＝１ｃｍ／ｓ＾２）,而在频域内的大气重力导纳值变化范围在０．３￣０．５μＧａｌ／ｈＰａ之间,这一结果与理论模拟计算相符。对实测资料作气压改正的结果表明气压改正效果非常显著,各频段内的观测残差振幅均有     

陆态网络绝对重力基准的建立及应用

利用陆态网络100个基准站的首期观测数据,建立了基本覆盖我国大陆范围的高精度绝对重力基准,各基准站点值精度均小于5.0μGal/a,为相对重力联测提供了高精度起算基准点,可获得真实的相对重力联测平差结果,避免重复重力观测获得的重力场动态变化图出现畸变。成都基准台重复重力观测获得的重力变化规律表明,汶川地震前长期重力变化率达5.01±0.7μGal/a,如此大的震前重力变化很可能是由于地下物质运移引起的。联合绝对重力和GRACE卫星长期测量数据,根据二者系统偏差确定了武汉地区的地壳沉降速率,为-3.27±0.65mm/a。     

大气负荷引起的重力与位移变化理论计算的精度估计

讨论了实测大气观测资料计算气压变化引起的重力和位移效应的精度问题。基于区域分布的实测资料和格林函数褶积计算方法 ,讨论了数据网格划分、气压平均估值、空缺数据插值和不同地球模型对重力和位移负荷效应理论计算精度的影响。结果说明 ,在气压采样时刻 ,大气变化对重力、垂直和水平位移的计算精度分别为± 0 .1 95μGal( 1 Gal=1 cm/ s2 )、± 0 .0 43 cm和± 0 .0 1 2 cm,对提高重力、GPS、SL R和 VLBI观测结果精度大有裨益。但在非大气观测采样时刻 ,特别是寒潮和气压旋变化激烈时刻 ,内插数据精度没有保证 ,上述各分量的误差较大     

重力固体潮观测数据的自动化预处理

研究了重力固体潮汐观测数据的预处理方法,给出了对原始观测数据降采样的平均滤波和小波滤波处理方法以及处理中断数据的线性插值和三次样条插值方法,研制了重力固体潮汐观测数据自动化预处理软件APTsoft,实现了异常数据(包括尖峰、台阶、中断等)的自动标定与改正功能.实验结果验证了本文预处理方法及APTsoft软件的有效性,APTsoft可应用于重力固体潮观测数据的自动化预处理.     

FG5绝对重力仪观测数据的实测重力潮汐改正

基于中国计量科学研究院北京昌平院区的超导重力仪iGrav-012实测重力潮汐数据,以FG5绝对重力仪为例研究了绝对重力观测中的实测潮汐改正问题,分析了用高精度超导重力仪获得的实测合成重力潮汐与理论合成重力潮汐间的差异。并采用iGrav-012超导重力仪和FG5X-249绝对重力仪两种实测数据对实测潮汐改正效果进行了验证。结果表明, FG5绝对重力仪中用的理论合成重力潮汐在考虑海潮重力影响后的结果与实测合成重力潮汐之差在1μGal之内,因此理论合成重力潮汐经过海潮重力影响改正后的结果可满足绝对重力观测精度要求,从观测精度来讲,无需对绝对重力的实测数据实施潮汐改正即可满足绝对重力观测的精度要求。但是FG5X-249绝对重力观测数据的潮汐改正结果表明,不同的潮汐改正方法对绝对重力观测值的影响不同,但这种影响较小,在0.1μGal的量级,因此建议只在高精度绝对重力观测中考虑实测重力潮汐改正。     

2009-07-22湖北地区日全食期间的重力观测

利用武汉市九峰站CWR C032型超导重力仪和沙洋地区的Lacost G型、ET型弹簧重力仪,对2009-07-22发生在长江沿线的日全食进行了重力观测。首先,对超导重力仪在日全食期间的观测数据扣除重力固体潮汐及气压影响后,分析其幅度变化,没有发现日全食期间及前后出现幅度异常的＂重力谷＂。同时,对G型和ET型重力仪观测数据采用数字滤波器法及多项式拟合重力潮汐法扣除固体潮汐影响后,同样也没有发现日全食期间及前后出现幅度较大的异常。重力实测数据处理和分析表明,2009年日全食期间并未发现＂重力谷＂现象。     

GT-2A航空重力仪静态测量实验及性能分析

设计静态测量实验和升降台实验对GT-2A航空重力仪的零漂率、分辨力和尺度因子进行分析。利用GT-2A定点静态连续观测数据、相对重力仪同步观测数据和固体潮模型计算的重力固体潮数据，计算了GT-2A的零漂率。固体潮改正之前和之后的计算结果表明，采用GT-2A连续静态观测数据计算的零漂率差值最大可达7.4 μGal/h；采用施测前后校准测量数据计算零漂率引入的代表误差最大为13.7 μGal/h。以上结果表明固体潮对零漂率的确定具有较大影响。测试GT-2A观测重力固体潮的能力，通过频域分析发现幅值超过30 μGal的分潮波会对GT-2A测量结果的幅-频特征产生影响，认为GT-2A的分辨力约为30 μGal。升降台实验中利用GT-2A测定重力垂直梯度，与相对重力仪测得的重力垂直梯度比较，计算出GT-2A实验量程内观测数据的尺度因子为-0.003 4 ±0.011 6。     

水文气象因素对中国北疆流动重力变化的影响

水文气象因素引起的重力变化是影响地震重力变化成果解释的重要因素。以中国北疆地区为研究区域,借助全球陆地数据同化系统（global land data assimilation systems,GLDAS）全球水文模型数据、大气模型数据,计算2016-01—2017-12时段内水文气象因素对研究区域的重力影响。计算结果表明,陆地水影响的年变化为1.3 μGal,两期陆地水影响空间分布的差异低于1 μGal;大气影响的年变化为8 μGal,两期大气影响空间分布的差异达到6 μGal。利用2016-04、2016-08和2017-06三期流动重力测量数据,对比扣除水文气象因素前后的重力变化,可以看出,在中国北疆流动重力数据处理中,大尺度水文因素可以不予考虑,气象因素应予考虑。同时,为更好分析流动重力变化,建议流动重力测量过程中同时开展测点附近的土壤湿度、大气气压等观测。     

一种基于PSO-BP神经网络的重力数据插值方法

重力数据在使用上需要通过进一步的精化和融合,并利用精确的插值技术进行加密处理,以满足实际应用的重力数据基础。本文提出一种基于粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO)优化BP神经网络的方法,并应用于重力数据推估。通过仿真实验对比分析了PSO-BP神经网络、普通BP网络和传统克里金方法在重力异常插值上的效果,发现本文方法在均方差、差值稳定性上具有一定优势,但运算时间较长。利用澳大利亚中部的重力观测数据对PSO-BP神经网络进行训练,结果表明,本文方法在整个区域的插值效果上优于BP神经网络和克里金方法,补充高程数据作为PSO-BP神经网络的输入,能进一步提升利用该方法推估自由空气重力异常场的精度。     

连续重力观测异常模式的多分辨率识别算法

在小波多孔算法的基础上,提出了一种综合信号频率信息和幅值信息的连续重力观测数据多分辨率异常模式识别算法,利用小波分解得到高频区域的能量作为频率指标,与幅值相结合,对信号及其多孔小波分解结果进行多分辨率异常模式识别。利用模拟数据和实际超导重力观测数据对算法的有效性进行了验证,结果表明,该算法能够准确地在带有噪声的信号中识别模拟数据的异常模式,可应用于连续重力观测台网数据分析处理,对于提升台网观测数据质量以及地震预测等实际应用都具有重要意义。用此方法分析拉萨和武汉的3台超导重力仪2015-04-25尼泊尔地震前一天的秒采样数据后,得到一段27 min的在频率指标上有超过90%相似性的异常模式,这一结果的更深层次物理解释仍需要进一步研究。     

利用超导重力数据探测内核超速旋转的研究

内核存在约(0.27°~0.53°)/a的超速旋转,由此导致的全球年平均重力变化强度约为0.08~0.16μGal(0.8~1.6 nms-2)。除地震数据外,时变重力数据有可能成为探测内核超速旋转速率的重要信息源。对武汉九峰台站超导重力仪观测数据进行了潮汐改正、大气负荷改正、极移改正和日长变化改正,得到了经过各项改正后的时变重力信号;采用小波分析方法对上述时变重力信号进行了处理分析,得到了可供参考的结果;针对目前利用超导重力仪数据探测内核超速旋转所存在的困难提出了几个解决方案和建议。     

武汉九峰地震台重力变化与地壳垂直形变分析

长期的重力变化和地壳形变观测是研究地下物质运动的重要手段。基于武汉九峰地震台2013—2020年的绝对重力和全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）观测数据,计算了长期的重力与地壳垂直形变的变化趋势,并以1年、2年和3年的时间间隔分段,进行线性趋势拟合,分别获得不同时间段的绝对重力年变化率、地壳垂直形变速率以及对应的比值。研究结果表明,武汉九峰地震台长期的重力年变化率为0.479 9 μGal/a,地壳垂直形变速率为-1.2 mm/a, 两者的比值为-0.399 9 μGal/mm,与理论值存在一定的偏差,可能与该区域的地下水活动有关。将不同时间段的重力变化与地壳垂直形变的数据展布在一张图中,发现数据点离散分布在不同区域,由此可初步判断地下物质运动过程,为区域动力学机制解释提供参考。     

武汉基准台超导重力仪重力潮汐观测结果

本文采用重力残差信号对武汉基准台超导重力仪的原始观测数据（２０秒采样）作预处理，将原始观测信号分解成重力潮汐和残差两部分，在残差信号中消除一些已知的干扰因素的影响。利用ＥＴＥＲＮＡ软件作调和分析，两主波（Ｏ１和Ｍ２）的重力潮汐参数（振幅因子和相位滞后）为：Ｏ１：１．１７８８±０．０００６，－０．５９７５°±０．０２８°；Ｍ２：１．１７１３±０．０００２，－０．５８７３°±０．００８°经海潮改正以后，Ｏ１和Ｍ２波的潮汐参数与Ｗａｈｒ－Ｄｅｈａｎｔ潮汐模型值相比，振幅因子的偏差优于０．１％。     

FG5X-246绝对重力仪准确度测试

利用最新研制的一套弱力测试平台,对FG5X-246绝对重力仪观测值准确度指标进行了测试试验。通过弱力测试平台升降装置改变扰动质量体与测量点之间的距离,从而改变测量点处叠加的扰动引力场大小。通过比较FG5X-246绝对重力观测值变化量与理论扰动引力场变化量之间的差异,从而确定FG5X-246绝对重力观测值的准确度。测试结果显示当扰动质量体从1.810 4 m高度降到1.409 9m高度时,外部扰动引力场变化了48.81 μGal(1Gal=1cm/s~2),FG5X-246绝对重力仪感应到48.0 μGal的重力变化,FG5X-246绝对重力仪测量值与理论值之差为0.81 μGal。当扰动质量体从1.810 4m降到1.010 1m高度时,外部扰动引力场变化了-15.44 μGal,FG5X-246绝对重力仪感应到-16.20 μGal的重力变化,测量值与理论值之差为0.76 μGal。当扰动质量体从1.409 9 m降到1.010 1m高度时,外部扰动引力场变化了-64.20 μGal,FG5X-246绝对重力仪感应到-64.25 μGal的重力变化,测量值与理论值之差为0.05 μGal。上述测量结果表明,此次FG5X-246绝对重力仪感应到外部引力变化的误差均不超过1 μGal,即其测量值准确度优于1 μGal。     

几种重力异常内插方法的最佳参数选取

使用反距离加权平均法、多项式法、Shepard法以及克里金法分别对我国不同地形区域的重力异常数据进行插值,并得到每一种插值方法的最佳参数;当分辨率一定时,插值方法最优参数的选取是唯一的,与地形无关;当采用不同分辨率计算时,Shepard方法的拟合因子选取1、多项式的计算阶数选取2阶、克里金方法采用球状模型时得到的插值精度最佳,这几个参数的选取与已知数据的分辨率无关。     

利用GRACE、GPS和绝对重力数据监测斯堪的纳维亚陆地水储量变化

重力卫星GRACE(gravity recovery and climate experiment)监测斯堪的纳维亚半岛陆地水储量变化会受到冰川均衡调整(GIA)信号的严重影响。首先根据该地区绝对重力和GPS并址观测数据计算了GIA重力和垂直位移的实测线性比值,利用该比值和GPS网观测的垂直位移速度场得到了GIA重力。然后,对GRACE观测的重力变化速率进行GIA重力改正,进而可分离陆地水储量变化趋势,避免了使用GIA模型所带来的巨大不确定性,并根据观测数据完整估计了所得结果的不确定性。最后与水文模型作对比分析。结果表明,实测的GIA重力-垂直位移线性比值为0.148±0.020μGal/mm(1Gal=10-2 m/s2),该结果检验了Wahr的理论近似值且与北美实测的结果非常接近。2003年1月至2011年3月期间,斯堪的纳维亚半岛陆地水储量存在明显的增加趋势,信号的主体位于半岛南端的维纳恩湖附近,总的水量增加速率为4.6±2.1km3/a,数据观测期间的累积增加水量为38±17km3。研究结果与WGHM水文模型的结果有较好的一致性,相关系数达到0.69,而与GLDAS水文模型的相关性略小。     

Legendre多项式神经网络在重力数据插值中的应用

当前重力背景场构建所需的高精度、高分辨率重力数据,已可通过多种方式获取。神经网络与重力场结合的研究方兴未艾,考虑到神经网络使用的特点,其适用于重力数据处理的插值拟合过程。本文针对重力离散数据格网化插值过程精度降低的问题,提出一种基于正交多项式神经网络对重力数据进行插值的新方法。勒让德多项式神经网络(LPNN)模型具有复杂非线性映射能力,能够对重力数据推估建模,但由于其单层结构,LPNN的计算复杂度低。通过与现有方法进行比较,本文方法获得结果的准确性和可靠性,最后在中国南海实验区域上进行高精度重力数据插值成图,进一步验证了方法的可行性。     

CG-5相对重力仪野外实验精度分析

针对CG-5相对重力仪零点漂移规律对测量精度的影响及仪器系统阐述欠缺等问题,通过静态、动态和布设相对重力网实验对CG-5相对重力仪进行测试,研究CG-5型相对重力仪的漂移规律、性能及精度。结果表明,仪器的静态零点漂移线性度很好,6d的零漂率变化不大,总体呈下降的趋势。经过零点漂移改正后的动态零漂率很小,仅为5μGal/h,动态实验的动态误差为2.207μGal,在限差10μGal之内。相对重力网平差精度较高,均在限差5μGal之内。CG-5相对重力仪在测试中表现出了较稳定的状态,测得数据精度较高,符合厂商提供的标称精度。