利用多代卫星测高数据计算海洋重力场

联合Jason-1/2、T/P、Envisat、ERS-1/2、Geosat等多代卫星测高数据计算中国近海及邻域（0°~42°N,100°~140°E）2′×2′重力异常。对卫星测高数据分别进行共线处理和自交叉点平差,并以T/P卫星测高数据为基准进行多星数据联合平差,有效削弱了卫星测高数据的时变影响和不协调性;利用逆Vening-Meinesz公式计算重力异常,与船测重力相比,均方根误差为5.4mGal。结果表明,通过引入高精度的卫星测高数据,结合多项平差处理手段,提高了海洋重力异常的计算精度。     

利用多代卫星测高数据计算中国近海及邻域重力异常

为提高海洋重力场数据的精度和空间分辨率,联合Jason-1/2、T/P、Envisat、ERS-1/2、Geosat等多代卫星测高数据计算中国近海及邻域(0°~42°N,100°~140°E)2′×2′重力异常。对卫星测高数据分别进行共线处理和自交叉点平差,并以T/P卫星测高数据为基准进行多星数据联合平差,有效削弱了卫星测高数据的时变影响和不协调性;利用逆Vening-Meinesz公式计算重力异常,与船测重力相比,均方根误差为5.4 mgal。结果表明,通过引入高精度的卫星测高数据,结合多项平差处理手段,提高了海洋重力异常的计算精度。     

联合多代卫星测高资料反演中国南海重力异常

联合HY-2A、Geosat、ERS1/2、Envisat、T/P、Jason1/2等多颗测高卫星,通过共线处理和交叉点平差削弱海面时变效应和径向轨道误差等影响,以Jason-1测高卫星作为参考,对多代测高卫星进行基准统一,消除测高数据的不一致性,基于全球EGM2008重力场模型,采用移去恢复技术和逆Vening-Meinesz公式反演中国南海(0°~23°N,103°~120°E)2'×2'重力异常,与船测重力数据比较,均方根误差为4.9m Gal。     

用T/P测高数据反求海域重力异常

本文以反Stokes公式为数学模型,应用由T/P测高数据计算的大地水准面高反演了海洋平均重力异常,并与船测平均重力异常和OSU91A位模型计算的平均重力异常进行了比以分析,得出了一些有益的结论。     

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。     

HY-2A测高数据对重力异常反演精度的影响分析

通过联合HY-2A、TP、Envisat卫星的高度计数据,分析HY-2A测高数据对中国南海重力异常影响。首先,将HY-2A和TP、Envisat数据进行对比,通过共线处理和交叉点平差前后的不符值RMS统计分析表明,HY-2A数据精度优于TP变轨后及Envisat数据精度;利用逆Venning-Meinesz公式分别计算中国南海海域(0°~23°N,103°E~120°E)15'×15'的重力异常,将反演结果与船测结果对比,HY-2A数据加入反演得到的重力异常精度在±6.13m Gal,其精度要优于没有HY-2A反演得到的结果,并分析反演重力异常与船测重力差值分布规律。结果表明,HY-2A数据对于提高海洋重力异常计算精度具有一定意义。     

西太平洋海域卫星测高重力异常反演与精度评估

联合T/P、ERS1/GM、ERS1/ERM、ERS2/ERM、GEOSAT/ERM、GEOSAT/GM等多源卫星测高数据,基于逆Vening-Meinesz公式和EGM2008模型,采用移去-恢复方法和快速傅里叶变换算法构建了中国西太平洋海域(0°~40°N,105°E~145°E)1'×1'重力异常模型,选取两个不同特征区域航线,将构建的重力异常模型、EGM2008重力异常模型、美国Scripps海洋研究所重力异常与船测重力数据进行比较分析。结果表明,构建的重力异常模型与船测重力总体趋势变化较为一致、与船测重力比较均方根差为4.16m Gal,总体精度与EGM2008模型重力异常、美国Scripps海洋研究所重力异常相当,反演精度和分辨率达到国际领先水平。     

垂线偏差反演重力异常中央区效应计算模型

为提高卫星测高反演重力场中央区效应的计算精度,以逆Vening-Meinesz公式为例,推导了包含4个网格的矩形中央区效应计算模型;基于"非奇异变换"思想,推导了中央区垂线偏差展开为泰勒级数式和二次多项式的非奇异变换法计算模型一和模型二。结果表明:矩形中央区积分法得到了与非奇异变换法模型一完全相同的中央区效应计算模型。设计了基于EGM2008模型数据的仿真计算,计算结果表明:该公式计算的重力异常中央区效应与将中央区视为圆域的传统方法算得的结果差值最大能够达到数个毫伽;与形式更为复杂的非奇异变换法算得的结果基本一致,说明在中央区效应计算中,使用矩形域中央区模型更为合理。     

高精度测高重力场反演南海海底地形

随着测高技术的不断发展,测高海洋重力场的精度不断提高,由其反演计算的海底地形精度也相应提高。利用Sandwell 2014年最新发布主要由Jason-1末期大地测量任务和Cryosat-2观测资料反演的测高重力场V23.1,采用重力地质法(GGM)反演了中国南海海域海底地形模型,并对结果进行了精度评价。该过程中首先直接计算一系列密度差下的反演结果,并通过船测数据检核选定优化的密度差范围,然后利用向下延拓的方法确定了最优密度差异常数为7g/cm3。与船测水深数据相比,反演得到的GGM模型与检核点船测水深数据差值的标准差达到了±70.32m;此外,还计算了由测高重力异常V15.2反演的海底模型,比较这两个模型发现:测高重力场短波部分的改善对海底地形反演精度的提升作用有限,为得到更高精度的海底地形模型,需引入短波更为敏感的重力梯度资料。     

2004年苏门答腊地震前后海面高趋势的变化

利用苏门答腊附近海域T/P、Jason-1测高卫星近20年的海面高连续观测资料,分别计算了该区域(80°E~105°E,5°S~20°N)在2004年苏门答腊大地震前后的海面高变化趋势,并与该区域对应时间段GRACE重力卫星反演的地表质量迁移结果进行比较。研究结果表明,由卫星测高观测资料估算的震区地震前后海平面趋势的变化与卫星重力反演结果基本一致。由于卫星测高沿轨观测具有高精度、高时空分辨率的特性,卫星测高资料估算的海平面趋势变化可以更为准确地反映震区海平面变化的局部特征。还对该区域震后形变特征进行了初步分析。     

多类资料计算南海重力垂直梯度的方法比较

重力垂直梯度在解决和解释地球表层地质和地球物理问题中的作用日益明显,因而获得其模型和分布是非常必要的。利用测高卫星可以得到空间大范围高精度、高分辨率的垂线偏差、重力异常以及大地水准面数据,利用测高重力资料和地球重力场模型,采用不同方法分别计算了南海海域重力垂直梯度,并对它们进行了比较。     

重力数据融合与重力垂直梯度异常反演

重力垂直梯度异常反应了重力异常的空间变化率,在地球物理勘探等多学科中得到越来越多的应用。利用南海局部区域实测重力异常数据和Sandwell测高重力异常数据,将搜索范围、距离和精度多种因素融合考虑并对Shepard算法进行改进,给出了南海局部区域(19°N~20.5°N,114°E~115.5°E)分辨率1'×1'的重力异常并反演了对应分辨率的重力垂直梯度异常。结果表明,基于Shepard改进算法的高精度船测重力和测高重力的有机融合,增强了单一测高重力数据反演重力垂直梯度异常的细节纹理,提高了反演重力垂直梯度异常的分辨率和精度。     

南海海底地形的卫星测高数据反演

深入讨论了重力异常与海深的关系 ,在考虑地壳均衡补偿效应影响的基础上 ,推导了由重力异常用FFT技术计算海深的模型。最后 ,利用推导的模型联合测高卫星数据和海洋重力资料反演了中国南海 2 5′× 2 5′海底地形     

卫星测高技术应用研究回顾与展望

简要介绍了笔者所在单位近十年来密切跟踪世界发展动态,灵活运用高新技术,致力于卫星测高技术应用研究所取得的一些有理论意义和实用价值的成果,这些成果主要包括四个方面：卫星测高径向轨道误差时域和空域特征分析、卫星测高反演海洋重力场、卫星测高反演海底地形以及利用测高重力异常扩展超高阶地球位模型研究成果。最后对这一研究领域未来的发展方向作了展望。     

卫星测高在海洋测绘中的应用

研究了卫星测高数据在海山探测以及无图海域水深预测方面的应用。介绍了匹配滤波法检测海山的理论与方法，并研究了反演海底地形时的重力导纳理论以及滤波窗口和滤波函数的选择。实践表明，利用卫星测高数据反演海底地形的精度可优于水深的10％。     

卫星测高中的垂线偏差法

卫星测高中的垂线偏差法是当前利用卫星测高技术研究海洋重力场的最优方法,包括利用卫星测高数据计算垂线偏差和利用该垂线偏差确定海洋重力场两部分。研究了Sandwell、Olgiafi、Hwang测高垂线偏差的计算方法和Molodenskii、Hwang利用测高垂线偏差确定海洋重力场的基本原理,分析比较了上述方法的异同,为科学地利用卫星测高资料反演海洋重力场提供理论依据。     

验后平差方法在Geosat/GM卫星测高数据处理中的应用

为了消除多代卫星测高数据之间的不协调性,利用两步处理法对Geosat/GM正常点海面高数据进行自交叉点平差及与T/P卫星测高数据联合平差,发现误差模型的系数计算出现异常,通过分析误差模型及正常点海面高数据的分布特征,找出了出现异常的原因,对计算方法进行改进后,大大提高了计算结果的稳定性和可靠性。     

利用卫星测高资料确定全球海洋重力场

详细描述了卫星测高数据的平滑处理、高斯低通滤波、交叉点剩余垂线偏差计算、网格化方法以及根据逆的威宁·曼尼兹公式利用 1DFFT技术反演海域重力异常的解算过程 ,介绍一种确定正常轨道地面轨迹交叉点位置的简便方法 ,导出了海面地形对垂线偏差影响的改正公式以及剩余网格垂线偏差模型值的计算公式。所确定的全球 82°S～ 82°N ,0°～ 36 0°海域 30′× 30′网格平均重力异常与船测平均重力异常比较表明 ,精度达到± 4 .1～± 4 .7毫伽。     

两种测高重力异常反演海底地形方法比较

针对基于测高重力异常反演海底地形理论众多、选取标准无法确定的情况,利用中国南海海域内的测高重力异常和船测水深数据研究比较了重力地质法(GGM)和SmithSandwell (SAS)法两种精度高、计算速度相对较快的海底地形反演理论。其中,GGM方法的密度差异常数Δρ由向下延拓技术确定为2.15 g·cm-3,SAS方法采用移去-恢复技术得到反演波段内重力异常和水深数据。结果表明:测线分布条件一定时,水深多在-1 000 m左右或反演区域岛礁、海山等复杂海底地形较多时选取SAS方法,水深主要在-3 000 m以深的区域或海底地形复杂程度不高时选取GGM方法则能获取更好的效果,其效果最优处与船测水深在检核点处的差值最优平均值能达-0.61 m,标准差可达14.67 m。     

海洋卫星重力异常及其应用

随着空间技术的发展 ,卫星测高精度不断提高 ,目前根据卫星测高数据得到的卫星重力异常在海区具有很高的异常分辨率 ,与船测重力资料相比其精度可达到5mGal,这将十分有助于海洋沉积盆地、板块构造及地球动力学的研究。