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。     

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。     

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。     

联合重力异常和重力垂直梯度异常数据反演皇帝山海域海底地形

海底地形对开展海洋科学调查和研究十分重要。以多波束为主的回声测深技术测量成本高且效率低,几十年来仅实现了全球约20%的海床测绘。对于空白区（特别是深海区域）,可以借助重力异常和重力垂直梯度异常进行回归分析反演得到,但该方法得到的比例因子鲁棒性不强。为了解决这一问题,同时考虑到两种重力数据在表征海底地形长短波长的不同优势,本文结合滑动窗口赋权和稳健回归分析来反演海底地形。在太平洋皇帝山海域（35°～45°N,165°～175°E）的实验结果表明：在船测检核点处,本文构建模型的标准差为61.02 m,相比于单一重力数据反演模型,精度分别提高了14.92%（重力异常）和2.08%（重力垂直梯度异常）,能较好地反映皇帝海山链的地形走势。     

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。     

重力异常垂直梯度中央区效应的精密计算

为提高利用重力异常计算重力异常垂直梯度中央区效应的精度,视中央区为矩形域,将重力异常表示成双三次多项式插值形式,引入非奇异变换,推导出了重力异常垂直梯度中央区效应的精密计算公式。以低纬度区域分辨率为2＇×2＇的重力异常数据为背景场进行了仿真分析,结果表明在解算计算点所在的1个网格的中央区效应时,传统公式与本文导出公式计算结果差值的最大值达数E。该导出公式可为重力异常垂直梯度中央区效应的精密计算提供理论依据。     

插值切割法在南海重力数据处理中的应用

重力数据处理是进行重力反演和解译的必要环节,其中将区域场和局部场分离对于重力勘探有着重要的作用。相比于其他算法,插值切割法是一个优良的算法,算法中切割半径是一个重要的参数。通过计算比较局部异常和区域异常与原始数据及地形数据的相关性,认为可以通过相关性确定最佳切割半径,应用于南海的重力异常数据分离,并取得良好的分离效果。     

基于重力地质法反演南海海底地形

基于重力地质法(GGM)采用卫星重力异常数据反演了中国南海112°E~119°E,16°N~20°N范围1'×1'的海底地形模型,通过船测水深数据的直接格网化结果和ETOP01模型的检核进行了精度评价。结果表明,GGM模型较船测水深的直接格网化结果更为精细,在船测控制点分布均匀的海域,GGM模型能获得比ETOP01模型更高的精度。为进一步验证GGM模型受海底地形特征影响的情况,采用GGM模型与ETOP01模型分别内插出9356个检核点处的水深,并统计得到两模型差值的较差结果平均值为19.560m,标准差为130.156m,相对精度为4.79%。经分析得出:GGM模型与ETOP01模型在坡度变化平缓深海区有着较好的一致性,随着水深的依次变浅,二者的差异逐渐显现,在多海山的海域差异达到最大。最后,为充分发挥重力地质法在海底地形反演中的优势总结了其最佳适用条件。     

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Smith&Sandwell (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。     

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.     

利用卫星重力梯度恢复局部地球重力场的研究进展

简述了SGG数据恢复局部重力场的理论本质以及卫星重力梯度边值问题;详细介绍了当前国内外利用SGG进行局部重力场求解的研究进展,并将已有的求解方法总结归纳为三类：模型法、计算法和组合法,同时对各种方法的概念和研究现状作了详细介绍;最后总结了SGG数据求解局部重力场的发展前景和思考建议。     

Gravity at sea

This is a review article on the types of gravity-measuring instruments used or tested at sea since 1903, on the various extraneous accelerations that affect sea measurements, and on results obtained in several gravity surveys using one type of meter. Free-air gravity anomaly maps are included of: (1) the Gulf of Mexico; (2) a strip west of the coast from northern California to the southern tip of Alaska; and (3) north of Hawaii. Hypothetical crustal and subcrustal sections, consistent with gravity anomalies and seismic refraction data, are included for selected regions.     

地球重力场确定与重力场匹配导航

简要介绍了全球重力场确定的现状与进展，并对近期重力测量卫星的发射情况作了简单的介绍和评述，最后探讨了依托现有重力场数据和高精度重力仪、重力梯度仪进行重力场匹配导航的可能性。     

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。     

顾及仪器参数和基准的高精度重力控制网抗差估计

考虑观测仪器系统参数以及异常观测数据对参数估值的影响,讨论了平差中系统参数、重力基准的选择,并采用抗差剔除或削弱异常观测数据的影响,采用实际观测数据进行了试算。     

借助EGM2008的海域重力异常反距离加权插值算法

构建高精度高分辨率的海域重力异常模型,是将海洋重力测量数据应用于全球高程基准统一和水下重力匹配导航等技术领域的关键步骤之一。针对反距离加权插值算法仅利用了海域重力观测值的空间信息,没有考虑重力观测值物理特性的缺陷,提出一种借助EGM2008重力场模型构建海域重力异常模型的反距离插值算法。以DTU10重力异常数值模型为基础数据,设计了海域重力测量数据格网化实验,结果表明本文算法能有效改进海域重力异常格网模型的计算精度。     

多类地球重力场模型精度分析

分析了重力卫星数据构建的地球重力场模型EIGEN-CHAMP03S(140)、ITG-Grace2010s(180)、GO_CONS(240)、GOCO02s(250)的内符合精度,还与综合性地球重力场模型(EGM2008)进行了比较。然后,选用我国范围内854个AB级GPS/水准点,检核各模型分阶次确定的高程异常与实测值之间的差异,以体现其外符合精度。结果表明:以重力卫星数据构建地球重力场模型能以较高精度来表征重力场的中长波部分,与EGM2008模型的精度相当。在我国范围内,计算似大地水准面都能够达到米级精度,其中GOCO02s(250)模型精度最好,能达到0.5m的精度。     

空间扰动引力的谱分析

基于重力场的频谱理论，给出了扰动引力在全球平均意义下的功率谱表达式，揭示了扰动引力的传播特性。通过数值试验，给出了扰动引力随高度变化规律，并分析了不同高度上，扰动引力恢复重力场的最高阶数及相应分辨率。从理论上分析了航空重力测量探测重力场中高频信息的能力，对制定飞行方案有一定参考价值。     

Comparison of Satellite Altimetric Gravity and Global Geopotential Models with Shipborne Gravity in the Red Sea

The determination of high-resolution geoid for marine regions requires the integration of gravity data provided by different sources, e.g. global geopotential models, satellite altimetry, and shipborne gravimetric observations. Shipborne gravity data, acquired over a long time, comprises the short-wavelengths gravitation signal. This paper aims to produce a consistent gravity field over the Red Sea region to be used for geoid modelling. Both, the leave-one-out cross-validation and Kriging prediction techniques were chosen to ensure that the observed shipborne gravity data are consistent as well as free of gross-errors. A confidence level equivalent to 95.4% was decided to filter the observed shipborne data, while the cross-validation algorithm was repeatedly applied until the standard deviation of the residuals between the observed and estimated values are less than 1.5 mGal, which led to the elimination of about 17.7% of the shipborne gravity dataset. A comparison between the shipborne gravity data with DTU13 and SSv23.1 satellite altimetry-derived gravity models is done and reported. The corresponding results revealed that altimetry models almost have identical data content when compared one another, where the DTU13 gave better results with a mean and standard deviation of ?2.40 and 8.71 mGal, respectively. A statistical comparison has been made between different global geopotential models (GGMs) and shipborne gravity data. The Spectral Enhancement Method was applied to overcome the existing spectral gap between the GGMs and shipborne gravity data. EGM2008 manifested the best results with differences characterised with a mean of 1.35 mGal and a standard deviation of 11.11 mGal. Finally, the least-squares collocation (LSC) was implemented to combine the shipborne gravity data with DTU13 in order to create a unique and consistent gravity field over the Red Sea with no data voids. The combined data were independently tested using a total number of 95 randomly chosen shipborne gravity stations. The comparison between the extracted shipborne gravity data and DTU13 altimetry anomalies before and after applying the LSC revealed that a significant improvement is procurable from the combined dataset, in which the mean and standard deviation of the differences dropped from ?3.60 and 9.31 mGal to ?0.39 and 2.04 mGal, respectively.