利用多代卫星测高数据反演海洋重力异常及大地水准面

联合多代卫星测高数据,研究并实现了多种测高数据联合交叉点平差方法,削弱了数据内部系统性偏差;采用沿轨迹加权最小二乘方法,选取适当的搜索半径,确定了浙江近海剩余垂线偏差子午分量ξ和卯酉分量η;基于移去 恢复方法和FFT技术,利用剩余垂线偏差,考虑最内圈带的影响,选取适当的积分半径,反演得到了浙江近海高分辨率的重力异常模型和大地水准面模型;将浙江近海重力异常与船测重力进行比较,差值的均方根为±5.231 58 mGal;将浙江近海大地水准面与EGM96及EGM2008模型大地水准面进行比较,差值的均方根分别为±0.694 57 m及±0.029 51 m。     

重力卫星观测俯冲带特大地震同震重力场变化

利用去相关的DDK3滤波器对得克萨斯空间中心（CSR）发布的GRACE RL06月重力场模型数据进行处理,采用多项式拟合时间序列分析方法成功提取了2004年苏门答腊M_W9.3、2010年智利M_W8.8和2011年日本东北M_W9.0三个地震事件的同震重力变化、大地水准面变化、垂线偏差变化及重力梯度变化。结果表明,3个震例的同震重力变化范围分别为-15.5~6.5 μGal、-9.1~2.1 μGal和-11.1~4.2 μGal;同震大地水准面变化范围为-5.9~0.8 mm、-3.0~0.8 mm 和 -3.2~0.5 mm;垂线偏差NS向变化范围为 -1.2~2.2 mas、-0.9~1.0 mas 和 -1.1~1.4 mas,EW向变化范围为 -1.8~1.0 mas、-0.8~0.8 mas和 -0.7~1.0 mas;重力梯度各分量数值中,rr分量同震变化最大,其次是rθ分量。3次地震的同震信号空间分布均表现为：同震大地水准面和重力变化信号呈非对称两极分布;垂线偏差呈负-正-负或正-负-正三极分布;重力梯度变化信号呈较复杂的多极分布。观测结果与现有的球体位错理论计算结果较一致,可作为重力卫星数据约束震源机制和地球粘度结构的可靠信号来源。     

EGMTools：重力场模型评估及重力量计算软件

高精度、高分辨率的地球重力场可用于统一全球高程基准及确定大地水准面等,因此全面评估重力场模型精度及其快速导出的各重力量（如高程异常等）具有重要意义。本文利用VS2015+Intel XE 2016平台及OpenMP等并行技术研发一套用于重力场模型评估及相关重力量计算的软件--EGMTools,该软件的主要功能有：1）可实现基于实测点或格网重力异常、高程异常及垂线偏差等数据对重力场模型截断至任意阶次的精度进行评估;2）可实现利用重力场模型计算任意点或格网（SRTM地形表面）重力异常、高程异常及垂线偏差等重力量;3）在全球范围内,可按照一定的格网间隔（如1°×1°）对不同重力场模型所表示的重力量（如高程异常等）按不同的阶次进行比较;4）重力场模型格式转换、阶方差分析及RTM重力量计算的数据预处理等。     

基于Gauss-Listing大地水准面定义的地球重力场模型评价方法

提出一种基于Gauss-Listing大地水准面经典定义的地球重力场模型评价方法。该方法依据经典大地水准面为重力等位面的特性,选取某大地水准面为参考面,计算不同地球重力场模型在该参考面上的重力位标准差,以此作为不同模型相对优劣的评价指标。利用该方法对不同地球重力场模型以及同一重力场模型在不同区域的精度进行评价,结果表明,EGM96模型、 OSU91A模型的大地水准面精度分别为±11.1 cm、±14.3 cm,EGM2008模型、EIGEN-6C4模型分别为±8.8 cm、±8.9 cm,说明后2个模型的精度相当,且优于前2个模型。该模型评价方法的研究结果显示,对于某全球大地水准面,EGM2008模型和EIGEN-6C4模型的大地水准面精度分别为±11.3 cm和±14.1 cm,即在cm级精度上EGM2008模型略优。     

海洋垂直重力梯度异常的计算及其在地形反演中的应用

将测高重力异常、局部大地水准面和垂线偏差作为输入数据,计算海洋垂直重力梯度异常。以中西太平洋海域作为研究对象,对垂直重力梯度异常和海底地形的相关性进行分析,在20~200 km波段范围内利用梯度异常推估海底地形。结果表明,反演地形的相对精度在7.14%左右,在多海山地区精度较差。     

大地水准面起伏对国际地磁参考场计算的间接影响

在利用国际地磁参考场模型计算主磁场时，往往采用海拔高而非大地高，并且忽略了大地水准面起伏的间接影响。通过全球的实际计算表明，若忽略大地水准面起伏，可引起地表主磁场的北向、东向、垂向与水平分量以及总模量的误差范围分别为-2.37~1.59 nT、-0.51~0.33 nT、-1.95~2.09 nT、-2.37~1.59 nT与-2.39~1.82 nT。     

利用EGM2008+DTM2006.0模型精化区域似大地水准面

由于地球重力场模型存在截断误差，在采用EGM2008模型计算长波高程异常的基础上，将采用DTM2006.0、SRTM模型计算的剩余地形模型(RTM) 高程异常和GPS/水准控制点上的残余高程异常作为短波改正项精化似大地水准面模型，比较研究采用不同积分半径组合得到的RTM高程异常模型精度及计算效率，并利用CGGM2015模型和GPS/水准检核点评价似大地水准面精度，验证结果的正确性。     

垂线偏差的确定方法及精度分析

基于美国GSVS2011计划完成的高精度GNSS水准数据及垂线偏差数据,研究确定地面垂线偏差的数值拟合法、GNSS水准法、地球重力场模型法和基于移去恢复技术的数值拟合法等方法的精度。结果表明,数值拟合法、地球重力场模型法和基于移去恢复技术的数值拟合法都具有较好的精度,其中Biharmonic(v4)直接拟合法效果较好,移去恢复技术能在一定程度上提高数值拟合精度,而GNSS水准法精度相对较差。     

重力数据误差对大地水准面模型建立的影响

基于Stokes理论建立的大地水准面模型,其精度受重力数据误差,即重力数据分辨率、精度以及积分范围的影响。针对这一问题,通过重力场谱特征分析,给出不同地形区域重力数据分辨率以及积分半径造成的大地水准面高频截断误差的量级大小,计算平均重力异常误差对大地水准面建模精度的影响。研究成果对不同地形区域cm级大地水准面模型的建立具有理论与指导意义。     

地形横向密度扰动对于区域大地水准面建模的影响

分别利用Helmert和KTH法模拟试算了不同地形起伏区域内横向密度扰动对于大地水准面的影响。结果表明,在地形起伏较小的平原或丘陵地带,横向密度扰动的影响一般不会超过cm级,在精度允许的范围内可以忽略其影响;在地形起伏较大的山区,横向密度扰动的影响可达cm甚至dm级,对于cm级大地水准面精化而言,需要考虑其影响。此外,基于Helmert与KTH法解算的结果在地形起伏剧烈的山区差异较大,由于Helmert法计算地形效应时忽略了外区地形质量的影响,其解算结果可能存在偏差。总体而言,在地形起伏剧烈的山区建模时,需利用多种计算方法基于实测数据分别进行试算,通过计算的变密度大地水准面与实测的GPS水准数据进行比较分析,得到适合该区域的大地水准面建模方法。     

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基于双精度与四精度的重力场解算精度分析

基于动力学方法比较分析了双精度与四精度模式下重力场模型的解算精度,主要包括缔合勒让德函数计算、数值积分器及重力场反演结果。结果显示,在勒让德函数计算方面,部分角度在双精度模式下计算至1 900阶以后会出现溢出问题,而在四精度模式下任何角度都满足精度要求,并且计算结果比双精度模式高8个量级。数值积分器Adams预测校正法积分1 d的位置和速度误差,在四精度模式下比在双精度模式下高4个量级。在精密轨道反演重力场计算方面,动力学方法在双精度及四精度模式下反演结果一致,统计其计算至60阶的累计大地水准面误差为1.29×10~(-5 )m,这是因为动力学方法的线性误差相对计算误差而言是主要误差;非线性动力学方法在四精度模式下比在双精度模式下高7个量级,其大地水准面误差分别为8.92×10~(-15) m和8.16×10~(-8) m。     

计算局部大地水准面变形的FFT方法

在确定局部大地水准面变形时,一般归结为求解Stokes和Vening Meinesz积分。而Stokes和Vening Meinsz积分是一种褶积积分形式。由于褶积的谱可由两个褶积函数的谱确定,因而本文采用FFT方法来计算局部大地水准面变形的褶积积分,并研究了在已知网格结节或网格平均值情况下的具体计算方法。作为实际应用,本文计算了同震位错和伴有质量迁移的地震过程引起的大地水准面变形。     

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