重力梯度张量计算重力场元

根据体谐函数一阶、二阶水平导数（广义球函数）也是球面正交函数系的性质,详细推导了水平重力梯度边值问题的级数解.根据扰动位与重力场元的微分关系,导出了由水平重力梯度计算重力异常、垂线偏差的公式.完善了全张量重力梯度的有关应用.     

基于Clenshaw求和法的重力场元计算

重力场计算中,经常需要计算以有限阶球谐级数表示的重力场元。常规计算中除需存储(N 1)^2个系数值外,还需迭代计算出(N 2)(N 1)／2个完全正常化勒让德函数值。Clenshaw求和法不需要计算单个球谐函数值而直接计算级数和,因而计算速度上有所提高。总结了球谐函数的零阶导数级数和,并推导了一阶导数级数和。通过数值试验,对于任意点的重力场元,使用C1enshaw求和法计算零阶导数球谐函数和比常规方法节省一半的时间,一阶导数球谐函数之和的计算速度提高幅度不大,并分析了其中的原因。     

利用EGM2008模型快速构建扰动重力梯度基准图

重力梯度张量是重力位二阶导,相比重力异常能够更好反映局部区域的细节特征。因此重力梯度导航理论上能为惯性导航提供更好的辅助。重力梯度导航的关键技术之一是背景基准图的构建,推导了扰动重力梯度张量与扰动位在局部指北坐标系中的关系式,并基于EGM2008地球重力场模型构建了一块范围的海域扰动重力梯度张量基准图。为了快速构建基准图,选取了合适的勒让德函数,并将每一个梯度张量的计算式改变求和顺序来提高同一纬度圈上的计算点的计算速度。最后利用梯度张量对角线上三元素满足拉普拉斯约束条件的原理验证了所得基准图的正确性。     

利用卫星测高垂线偏差计算其他重力场元的特性分析

利用卫星测高技术确定海洋重力场,垂线偏差数据作为导出观测量在实际工作中被普遍采用。利用物理大地测量边值问题的定义以及扰动位在球面边界条件下的解,给出了由垂线偏差计算大地水准面高、重力异常和扰动重力的公式。分析了不同积分计算公式在重力场阶谱表达形式下对垂线偏差误差的抑制作用,也分析了不同积分核函数的变化特性,得出基本结论:在利用卫星测高数据求解海洋重力场时,当以格网化海面垂线偏差数据计算重力场参数时,求解的大地水准面高的有效性和稳定性优于重力异常和扰动重力。     

不同Legendre函数递推公式对计算球谐函数定积分的影响

针对球谐函数定积分计算中Legendre函数递推问题展开研究,分析了标准向前列推法、Belikov法、跨阶次法、X数法以及顾及麦克劳林级数展开式对球谐函数定积分计算的影响。利用Eigen6c-4地球重力场模型计算扰动引力梯度径向分量,分析不同方法之间的差异。实验表明,不考虑麦克劳林级数展开式时4种方法的相对精度在高纬度地区较差,但计算模型扰动引力径向分量的精度一致,结合麦克劳林级数式可提高高纬度地区定积分计算的相对精度,但会降低中低纬度地区定积分计算的精度,并且对高纬度地区扰动引力径向分量的影响极小,但会严重降低低纬度地区扰动引力梯度计算的精度。     

重力异常延拓计算积分半径的选择及远区效应

基于球谐展开和两分量模型,推导了基于Poisson积分方程的重力异常延拓的远区效应截断误差的函数表达;研究了近区半径、移去重力场阶次、延拓高度与远区效应截断误差之间的相互关系.数值分析表明,当延拓高度为1 000m时,移去360阶的重力场模型,积分半径大于0.5°能保证远区效应截断误差可以忽略;当移去2160阶的重力场...     

多分辨率数据输入输出法确定大地水准面

为从量化角度分析在采用输入输出法计算局部大地水准面中,输入数据(重力异常)的分辨率对计算结果的影响,以Moritz协方差函数模型估计功率谱密度函数,基于EGM2008模型重力异常计算了3种不同分辨率的输入数据下大地水准面高,仿真实验结果表明,随着分辨率的提升,将有更多的点能够参与拟合理论协方差函数模型系数,从而使得协方差函数模型在表征局部重力场特性上更加细化,大地水准面高的计算精度随分辨率的提升而提高。     

几种卫星测高海洋重力场模型精度比较分析

以中国南海部分海域作为试验区,依据测区船载重力测量结果分别对S&S V28.1、S&S V29.1、DTU15和DTU17卫星测高海洋重力场模型开展了精度评估与分析工作。首先利用EIGEN6C4超高阶位系数模型计算得到的参考重力异常,使用多项式拟合技术对船载重力异常进行了长波误差改正;然后借鉴3σ准则进一步控制船载重力测量结果质量;最后以RMS作为精度主要评价指标,完成了对4种海洋重力场模型精度评估。结果表明,4种海洋重力场模型检核精度整体相当,其中S&S V29.1检核精度略高于S&S V28.1,4种重力异常模型在试验海域精度大致在1.5~6mGal之间。试验结论对于后续重力场模型应用具有一定参考价值。     

基于窗口移动中误差模型探测船载重力数据粗差

粗差探测是评价船载重力测量数据成果质量的重要内容。卫星测高反演重力场技术提供了海域全覆盖的重力场数值模型,其精度水平已满足探测船载重力测量数据粗差的精度要求。以卫星测高反演重力场模型为基础,提出了基于窗口移动中误差模型探测船载重力测量粗差的数据处理方法,其基本思路是:以卫星测高反演重力场数值模型作为背景场,计算船载重力测点处的测高重力值的差值,以差值作为输入量,等权构建中误差背景场,以开窗中误差背景场作为参考,按照平差思想探测船载重力测量数据的粗差。实验结果表明,依据本文方法能有效探测船载重力测量数据的粗差。     

利用高精度地球重力场模型计算扰动重力垂直梯度

探讨了利用地球重力场模型计算扰动重力垂直梯度的理论方法,介绍了高精度地球重力场模型和最新的EGM2008模型,并利用EGM2008模型的360阶和720阶完全规格化地球位系数,分别计算了西太平洋区域和全球范围的扰动重力垂直梯度。从绘制的计算结果分布图可以看出,扰动重力垂直梯度能够清晰反映并显示地球地质构造的变化特征与陆地边界轮廓。统计分析表明,随着位系数截断阶次从360阶增至720阶,计算结果的变化较为明显,均值接近于零,其数值分布近似服从正态分布。     

Acoustic radiation from a pulsating spherical cap set on a spherical baffle near a hard/soft flat surface

Radiation of sound from a spherical piston, set in the side of a rigid sphere, undergoing harmonic radial surface vibrations in an acoustic halfspace is analyzed in an exact fashion using the classical method of separation of variables. The method of images in combination with the translational addition theorems for spherical wave functions is employed to take the presence of the flat boundary into account. The analytical results are illustrated with numerical examples in which the piston is pulsating near the rigid/compliant boundary of a water-filled halfspace. Subsequently, the basic acoustic field quantities such as the acoustic radiation impedance load and the radiation intensity distribution are evaluated for representative values of the parameters characterizing the system. Numerical results reveal the important effects of excitation frequency, source position, and cap angle on the acoustic radiation impedance load and the radiation intensity distribution. The presented work can lead to a better understanding of dynamic response of near-surface underwater transducers.     

Determining the Gravitational Gradient Tensor Using Satellite-Altimetry Observations over the Persian Gulf

With the advent of satellite altimetry in 1973, new scientific applications became available in oceanography, climatology, and marine geosciences. Moreover, satellite altimetry provides a significant source of information facilitated in the geoid determination with a high accuracy and spatial resolution. The information from this approach is a sufficient alternate for marine gravity data in the high-frequency modeling of the marine gravity field quantities. The gravity gradient tensor, consisting of the second-order partial derivatives of the gravity potential, provides more localized information than gravity measurements. Marine gravity observations always carry a high noise level due to environmental effects. Moreover, it is not possible to model the high frequencies of the Earth's gravity field in a global scale using these observations. In this article, we introduce a novel approach for a determination of the gravity gradient tensor at sea level using satellite altimetry. Two numerical techniques are applied and compared for this purpose. In particular, we facilitate the radial basis functions (RBFs) and the harmonic splines. As a case study, the gravitational gradient tensor is determined and results presented in the Persian Gulf. Validation of results reveals that the solution of the harmonic spline approach has a better agreement with a theoretical zero-value of the trace of the Marussi gravitational gradient tensor. However, the data-adaptive technique in the RBF approach allows more efficient selection of the parameters and 3-D configuration of RBFs compared to a fixed parameterization by the harmonic splines.     

南黄海辐射状沙脊成因的沉积动力学研究

自南黄海辐射状沙脊被发现，尤其是江苏省海岸带和海涂资源综合调查揭示了其全貌，并同时测得辐射状沙脊区存在辐射状潮流场(任美愕，1986)以来，对南黄海辐射状沙脊的成因，主要包括其形成的水动力条件、物质来源、形成机理与形成过程等，本领域学术界一直存在争论1)(李从先等，1979；任美锷，1986；李成治等，1981；周长振等，1981；万延森，1982；刘振夏，1983；刘振夏等，1983，1995；耿秀山等，1983；夏东兴等，1984；夏综万等，1984；杨长恕，1985；黄易畅等，1987；张光威，1991；赵松龄，1991；朱大奎等，1993；杨治家等，1995；朱玉荣等，1995，1997；张东生等，1996；李从先等，1997)。 南黄海辐射状沙脊的形成机理及形成过程是与其形成的水动力条件、物质来源紧密联系在一起的。持该区的辐射状潮流场是受海底地形与(或)局部弶港海湾形态控制而形成观点的学者，多认为辐射状潮流场形成的同时或之后会反作用于海底地形，逐渐将海底地形改造成辐射状沙脊1)(任美锷，1986；李成治等，1981；万延森，1982；张光威，1991)，并且认为辐射状沙脊的形成需要几千年的时间1)，或是一个历史过程(李成治等，1981)，或经过最近一百多年的改造而形成(万延森，1982)，或形成于距今4000年前以来(张光威，1991)。这种观点的本质在于认为辐射状沙脊的辐射状形态是由海底地形的初始辐射状形态决定的，辐射状潮流场的作用在于使具初始辐射状形态的海底地形的辐射状形式更好，即认为辐射状潮流场对辐射状沙脊辐射状形态的形成不起决定作用。认为辐射状潮流场是由东海传入黄海的前进潮波与山东半岛南部的旋转潮波相交汇而形成，并且认为辐射状潮流场有可能自全新世海侵影响本区，或自7000年前以来就一直存在(对古海岸时辐射状潮流场存在的认识只是推测，尚缺乏证据)的学者，多认为辐射状沙脊的辐射状形态是由该区潮流场的辐射状形态决定的(周长振等，1981；刘振夏,1983；夏综万等,1984；杨长恕,1985；黄易畅等，1987；朱大奎等,1993；朱玉荣等，1995，1997),即认为辐射状潮流场对辐射状沙脊的辐射状形态起决定作用。这两种观点根本对立。     

Collocation resolution of the oceanic geoid based on satellite altimetry

The approach presented is directed toward a specific adaptation of the least‐squares collocation with noise, yielding smooth predictions of geophysical quantities. The smoothing corresponds here to a truncated gravity field equivalent to an (n’, n') spherical‐harmonic expansion. This is reflected in the truncation, at the degree n‘, of the pertinent covariance and cross‐covariance functions in most (but not all) instances. The smooth predictions of geophysical quantities, made in an equilateral grid corresponding to the truncation degree n‘, serve in constructing contour maps after having been densified for the needs of a contour routine. Such a densification is carried out efficiently via errorless collocation with the degree truncation n‘ throughout. Consistent with this procedure, “residuals” at observation points (i.e., discrepancies between the contour map and the data) are computed using the same algorithm. The complete collocation approach is utilized for a 2° resolution of the earth's gravity field with emphasis on the oceanic geoid, based on the residuals from a global spherical‐harmonic adjustment of SEASAT altimetry. The presented results include contour maps of geoid undulations and gravity anomalies. They are compared to the results of a point‐mass adjustment, another technique based on the spherical‐harmonic adjustment. The agreement between these two techniques is found to be excellent.     

小波分析与解析延拓方法相结合研究东海深部构造

东海是环太平洋活动构造带的重要组成部分,是探讨西太平洋边缘及边缘海形成演化的重要窗口。向上延拓主要用来削弱局部异常,突出深部异常,小波分析是重磁场位场分解的有效工具,不仅能提取深部异常,还能更好地将区域异常和局部异常分离。本文利用东海及邻域最新的布格重力异常数据资料,将小波分析与解析延拓方法相结合,分析对比向上延拓20 km的布格重力异常结果与小波分析4阶逼近布格重力异常结果,结合东海及邻域莫霍面的深度,对重力场及莫霍面深度进行初步研究。其中小波4阶逼近结果代表莫霍面形态,小波4阶细节结果代表东海及邻域凹陷凸起形态。     

江苏沿海波浪多重嵌套模拟研究

根据24年CCMP风场资料和江苏沿海4个方向(N、NE、E和SE)百年一遇风速,构建西北太平洋、东中国海和江苏沿海上述4个方向的百年一遇风场。首次建立一个基于第三代海浪模型SWAN的自西北太平洋、东中国海至江苏沿海的三重嵌套数值模型,以AVISO卫星观测数据和江苏沿海定点实测数据进行验证。以三个计算域4个方向百年一遇风场为驱动风场,驱动该多重嵌套模型,高精度数值模拟江苏沿海4个方向百年一遇有效波高分布并进行分析。结果表明,江苏沿海辐射沙洲地形对有效波高分布影响显著;E向百年一遇风场作用下海域有效波高最大,NE向次之,N向和SE较小。     

Distribution of 9 Principal Tidal Constituents and Tide Prediction for the East China Sea

By use of the hydrodynamic model,the harmonic constants of 8 principal tidal constituents(Q_1,O_1,P_1,K_1,N_2,M_2,S_2andK_2)are obtained for the East China Sea,and the harmonic constant ofS_a is calculated by two-dimensional interpolation.The calculated results agree well with the observed dataaround the sea.The harmonic constants can be used to predict the tide in the East China Sea.The cotidalcharts of the 9 tidal constituents reveal their distribution.