GRACE卫星关键载荷实测数据的有效处理和地球重力场的精确解算

首先对美国喷气推进实验室（JPL）公布的2007-06-01～2007-12-31时间段内的GRACE Level 1B卫星GPS轨道位置和速度、K波段系统星间速度、加速度计非保守力以及恒星敏感器姿态实测数据对应进行了轨道拼接、粗差探测、线性内插、重新标定、坐标转换、误差分析等有效处理;其次,基于改进的能量守恒法恢复了120阶GRACE地球重力场,在120阶处累计大地水准面精度为25.313 cm;最后,检验了本文地球重力场模型IGG-GRACE的可靠性,同时分析了IGG-GRACE解算精度在低频部分略优于德国波兹坦地学研究中心（GFZ）公布的EIGEN-GRACE02S地球重力场模型,而在中高频部分略低的原因.     

卫星跟踪卫星测量模式中星载加速度计高低灵敏轴分辨率指标优化设计论证

本文利用改进的能量守恒法开展了GRACE星载加速度计与K波段星间测速仪及GPS接收机精度指标之间的匹配模拟论证. 结果表明：（1）采用GRACE公布的其他载荷精度指标,当加速度计分辨率指标设计为ACC_X=(1～10)×10^-9m/s², ACC_Y,Z=(1～10)×10^-10m/s²时,在120阶处恢复累计大地水准面的精度为19～80 cm,恢复1.5°×1.5°累计重力异常的精度为0.3～1.3 mGal;(2)建议我国将来卫星重力测量计划中星载加速度计三轴分辨率指标设计为ACC_X=(1～5)×1010^-9m/s²,ACC_Y,Z=(1～5)×10^-10m/s²较合适,与GRACE其他载荷精度指标基本匹配.     

联合卫星测高和模式资料研究海水热含量变化

本文在考虑洋底压力变化的情况下,利用2003~2008年融合多颗卫星的测高资料估计了全球和中国近海的海水热含量变化.顾及洋底压力(OBP)变化以及热膨胀系数随海水深度变化的影响,提出的改进方法提高了对中高纬度地区热含量变化的估算精度.在OBP变化较为明显的北太平洋区域I(30°N~50°N,170°E~190°E)、南印度洋区域II(40°S~60°S,100°E~120°E)和南太平洋区域III(40°S~60°S,100°W~120°W),改进方法的均方差较传统方法分别降低了16.3%、60.5%和48.4%.同时研究表明,卫星测高的精度以及盐度变化是影响中高纬度地区热含量估计精度的重要因素.在中国近海地区,东海和黄海的热含量主要表现为周年变化;南海区域的热含量除周年变化外,还存在半周年项和年际变化项,且南海的海水热含量近年有增加的趋势.     

基于半解析法有效和快速估计GRACE全球重力场的精度

首先基于半解析法建立了新的GRACE卫星K波段测量系统星间测速、GPS接收机轨道位置和加速度计非保守力误差联合影响累计大地水准面的误差模型;其次,基于各关键载荷精度指标的匹配关系,论证了误差模型的可靠性;最后,基于美国喷气动力实验室（JPL）公布的2006年的GRACE Level 1B实测误差数据,有效和快速地估计了120阶全球重力场的精度,在120阶处累计大地水准面的精度为18.368 cm,其结果和德国地学研究中心（GFZ）公布的EIGEN-GRACE02S全球重力场模型符合较好. 本文的研究为将来国际卫星重力测量计划（如GRACE Follow-On, 360阶）中高阶全球重力场模型精度的有效和快速估计提供了理论基础和计算保证.     

利用运动学轨道提高GRACE时变重力场解算

基于变分方程法,本文利用GARCE高精度K波段星间测速数据KBRR,结合德国格拉茨大学发布的运动学轨道和GFZ发布的简动力学轨道作为两种伪观测值,分别解算了2005-2010年60阶全球时变重力场模型Hust-IGG01与Hust-IGG02.通过与GRACE官方机构发布的模型和其他国际主流权威模型进行对比,发现基于运动学轨道结合KBRR解算的模型Hust-IGGO1优于基于简动力学轨道结合KBRR解算的模型Hust-IGG02:在重力场系数C_(20)时间序列的统计数据上,Hust-IGG01比Hust-IGG02更接近SLR结果,在如C_(60)、C_(70)、C_(80)以及C_(90)等重力场低阶项上的数学统计均更接近CSR RL05;Hust-IGG01的重力场系数误差分布和GFZ RL05在同一水平,而Hust-IGG02的误差估计过于乐观;Hust-IGG02在主要质量变化区域上存在5%~10%信号低估,而Hust-IGG01能完全达到国际主流机构利用GPS观测数据的解算水平,Hust-IGG01与官方机构CSR、JPL和GFZ最新模型在格陵兰岛的冰川消融年际趋势分别是-125.4、-125.4、-127.3、-124.3 Gt·a~(-1),在亚马逊流域的平均等效水高周年振幅分别是17.56、17.40、17.46、17.22 cm,在撒哈拉沙漠的平均等效水高均方差分别是0.87、0.77、1.10、0.87 cm;另外在Hust-IGG01的实际应用上,本文分析了全球32个主要流域质量变化的年际趋势、周年振幅和半周年振幅三种信号模式,统计结果显示Hust-IGG01与CSR RL05结果基本吻合.     

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国际重力卫星研究进展和我国将来卫星重力测量计划

本文首先分别介绍了国际已经成功发射的专用地球重力测量卫星CHAMP、GRACE以及即将发射的GOCE、GRACE Follow-On和专用月球重力探测卫星GRAIL的研制机构、轨道参数、关键载荷、跟踪模式、测量原理、科学目标和技术特征;其次,阐述了当前相关学科对地球重力场测量精度的需求;最后,建议我国在将来实施的卫星重力测量计划中首选卫星跟踪卫星高低\低低模式,尽快开展轨道参数优化选取的定量系统研究论证和重力卫星系统的误差分析,依据匹配精度指标先期开展重力卫星各关键载荷的研制以及尽早启动卫星重力测量系统的虚拟仿真研究。     

冰川均衡调整对全球海水质量变化的影响

利用3个海平面变化冰川均衡调整(GIA)模型———RF3L20、Pau-5-Ra和Pel-5-VM4-R,分别对利用GRACE数据和联合卫星测高及海水温盐度数据解算2004~2010年海水质量变化趋势进行GIA改正。比较改正后的结果得到,用Pel-5-VM4-R模型改正后,以上两种方法得到的海水质量变化趋势较为一致,而用另外两个GIA模型改正后,两种方法得到的结果相差较大。本研究显示,在利用GRACE资料反演海水质量变化趋势时,用Pel-5-VM4-R模型进行GIA改正相对合适,并且在2004~2010年,海水质量变化对全球平均海平面变化贡献为1.5~2.0mm/a。     

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全球海洋对极移周年运动的激发

目前海洋对极移季节变化的激发尚未得到合理的定量结果.许多研究已经表明大气运动是极移季节变化最大的激发源,海洋运动是剩余部分最主要的激发源之一.利用新一代SODA海洋同化资料(SODA_1.4.2和SODA_1.4.3)以及ECCO海洋同化资料,深入研究了1992—2004年全球海洋对极移周年变化的激发以及激发随纬度的分布.结果表明,SODA海洋激发的季节变化与从测地激发函数中扣除大气、陆地水作用剩余部分的季节变化在所研究的大部分时段非常接近,二者的周年振幅和位相结果基本相当.此外,与早期SODA_Beta 7的结果比较,新一代的SODA海洋激发有了明显改善.SODA和ECCO海洋对极移周年激发的纬度分布,在格林威治方向上比较一致;在东经90°方向上有明显的差别.