完全正常化缔合Legendre函数及其导数计算的综合分析

地球重力场模型的建立和应用,其数值精度和稳定性主要取决于完全正常化的缔合Legendre函数及其导数的计算精度和稳定性.总结了各种常见的计算缔合Legendre函数及其导数的方法,对各种方法进行了数值测试,分析了其精度和效率情况,提出了改进缔合Legendre函数及其导数计算精度和效率的几点意见.     

由GRACE RL05数据反演近10年中国大陆水储量及海水质量变化

利用CSR(Center for Space Research)提供的GRACE RL05数据反演2003—2012年中国大陆水储量及其周边海域海水质量变化趋势。采用改进去相关滤波算法,使拟合最高阶次位系数为55及数据系列两端球谐位系数无须作为滑动窗口中心可直接拟合,去条带效果相比传统方法更明显。结果表明,中国陆地水储量在华北平原、三峡地区及青海、新疆、西藏交界地区变化较大。十年间,华北平原地下水以4.1±1.3mm/a速度减少,陆地水和地表水变化主要集中在2004—2008年;三峡水库3次蓄水引起地区等效水高变化分别为52mm、18mm及7mm;青海、西藏、新疆3省区交界地区地表水变化引起陆地水、地下水分别以10.6±0.9mm/a及11.6±1.0mm/a的速度增加。扣除冰川均衡调整后,GRACE反演海水质量的变化结果显示,东海、南海、黄海海水质量分别以4.23±0.9mm/a、1.33±0.9mm/a及3.09±1.1mm/a的速度上升,东海海水质量在长江入口附近上升速度最快。     

适用于任意旋转角的三维直角坐标转换方法

直接从三维直角坐标转换的非线性方程出发,根据最优化问题的极值条件,采用基于同伦连续思想的Li-Yorke算法进行求解。结果表明,该方法是一种结果稳定、精度较高的大范围收敛方法,适用于任意旋转角的三维直角坐标转换。     

AutoCAD地形图的三维可视化研究

提出了一种AutoCAD与Surfer软件相结合实现地形图三维可视化的方法.该方法将AutoCAD的地形图文件(DWG格式)通过图形交换文件(DXF格式)输出,使用高级语言编程,转化为Surfer软件所对应的数据文件,快速生成二维或三维图形.     

利用ERA-Interim数据计算GRACE大气去混频模型

针对欧洲中程天气预报中心实时大气数据中由于水平及垂直分辨率变化所引起的大气压跳跃,利用再分析大气数据（ERA-Interim）及去平滑球谐分析方法计算重力恢复与气候实验卫星（gravity recovery and climate experiment,GRACE）大气去混频模型,从谱域、空域角度及利用主成分分析方法比较其与标准大气与海洋去混频模型的差距,并采用星间距离变率残差作为标准衡量两种模型的优劣。结果表明:两种模型之间精度相近,用于计算时变重力场模型时其影响可忽略,但在用于计算下一代卫星重力场模型时,需考虑其影响。     

基于EIGEN-CG03C地球重力场模型的GPS高程转换算法研究

针对地形起伏较大地区纯粹采用数值逼近方法进行GPS高程转换精度不高的事实,提出了一种在"移去-拟合-恢复"思路的基础上,综合利用EIGEN-CG03C地球重力场模型和数值逼近算法进行GPS高程转换的方法。通过某隧道实例验证了该方法的有效性和实用性,证实该方法在地形起伏较大的重山区能够达到较高的精度。     

基于GRACE的格陵兰冰盖质量变化分析

基于GRACE RL05数据反演2003-01~2012-12格陵兰岛的冰盖质量变化,构建去相关滤波和高斯滤波的组合滤波方式,采用线性及二次多项式拟合分析格陵兰岛冰盖质量变化速度及加速度。结果表明,格陵兰岛冰盖呈现加速融化趋势,冰盖融化主要在南部及西北地区。扣除泄漏误差及冰川均衡调整改正,冰盖质量融化速度及加速度分别为-157.8±11.3 Gt/a,-17.7±4.5 Gt/a2,其融化速度在2010年后明显加快,由2003~2009年的-132.2 Gt/a增加到2010~2012年的-252.5 Gt/a。东北部冰盖趋于稳定。中东部地区冰盖质量变化加速度呈现正增长,显示该地区冰盖融化逐年减缓,但2010年后加速融化。     

基于卫星轨道扰动理论的重力反演算法

为了更充分利用低轨重力卫星的高精度观测数据,根据卫星轨道的扰动理论,导出了应用卫星轨道与星间距离观测值联合反演地球重力场模型的算法.该算法的实质是将牛顿运动方程在卫星轨道处进行展开,转化为第二类Volterra积分方程,并采用基于移动窗口的9次多项式内插公式进行数值求解.给出了该算法的观测方程,用QR分解法消去局部参数矩阵,最后采用预条件共轭梯度法求解法方程.利用GRACE卫星2008-01-01~2008-08-01时间段内的轨道及星间距离观测数据,解算了120阶次的地球重力场模型SWJTU-GRACE01S,该模型在120阶处的阶方差为1.58×10^-8,大地水准面差距累计误差为22.29 cm,与美国GPS水准网比较的标准差为0.793 m,结果表明:SWJTU-GRACE01S模型精度介于EIGEN-GRACE01S与EIGEN-GRACE02S模型之间,从而验证了该算法的有效性.     

基于重力卫星数据监测地表质量变化的三维点质量模型法

利用卫星重力测量手段监测全球质量变化取得了巨大成功,本文基于牛顿万有引力定律在三维空间直角坐标系中导出利用重力卫星观测数据监测全球质量变化的三维点质量模型法,该方法可直接利用重力卫星的轨道和星间观测数据或时变重力场模型计算全球质量变化,由于利用卫星观测数据计算地表质量变化的向下延拓过程以及观测数据噪声的影响,需要采用合适的空间约束方程或正则化技术对解算结果进行约束或平滑处理.利用合成全球质量变化模型模拟一个月的GRACE双星轨道和星间距离变率数据计算全球质量变化,对三维点质量模型法进行分析验证,采用零阶Tikhonov正则化技术处理病态问题.结果表明,三维点质量模型法可有效用于重力卫星观测数据监测全球质量变化,为利用重力卫星观测数据监测全球质量变化提供一种可选的途径.     

基于实四元数的大旋转角三维坐标转换的改进谱修正迭代解法

提出一种基于单位实四元数的大旋转角三维坐标转换病态问题的新方法，该方法用单位实四元数构造旋转矩阵，可避免复杂的三角函数求导，易于线性化，系数矩阵更为简洁；考虑到模型法方程矩阵的病态性，引入岭参数和泛函矩阵，从而降低了方程病态性带来的不利影响，使方程求解达到稳定，同时方程迭代求解时解的估计值接近真值的程度较谱修正迭代法高。利用模拟及实测数据对算法进行验证，结果表明，该算法具有收敛速度快、不依赖转换参数初值、全局收敛、解为无偏、便于程序实现等优点，可为通用坐标转换提供一种新途径。