联合多代测高数据建立中国海域重力异常模型

本文联合T/P数据、T/P新轨道数据、ERS数据、GFO数据、GeosatGM数据和ERS-1/168数据,用测高卫星记录点的位置信息直接计算沿轨大地水准面的方向导数,结合测线轨迹方向的方位角在交叉点处推求垂线偏差,然后利用逆Vening-Meinesz公式计算了中国近海(0o～41oN,105o～132oN)2′×2′格网分辨率的海域重力异常模型。将其与CLS_SHOW99重力异常模型比较,统计结果表示与该模型差异的RMS为8.15mgal,在剔除差值大于20mgal的点(剔除3.3%)以后,RMS为4.72mgal;与某海区船测重力异常比较的RMS为8.91mgal。     

联合TOPEX/Poseidon,ERS2和Geosat卫星测高资料确定中国近海重力异常

处理了 TOPEX/Poseidon(第 9周期至第 2 4 9周期 ) ,ERS2 (第 0周期至第 44周期 )和Geosat/GM(第 1周期至第 2 5周期 )以及 Geosat ERM(第 1周期至第 66周期 )卫星测高资料 ,求解了各自卫星任务的交叉点和垂线偏差 ,利用逆 Vening- Meinesz公式确定了 2 .5′×2 .5′中国近海海洋重力异常 ,并与我国南海船测重力异常作了比较 ,其精度为± 9.3m Gal( 1 Gal=1 cm/s2 )。本文同时导出了严密的 2维平面卷积公式 ,它与 1维严密卷积公式计算结果差值的标准差为± 0 .1 m Gal,而 2维球面公式为± 0 .5 m Gal     

联合多种测高数据确定中国海及其邻域1．5′×1．5′重力异常

联合多种测高资料和Geosat/GM波形重构数据,基于EIGEN_CG01C重力场模型,采用沿轨迹加权最小二乘方法和逆Vening-Meinesz公式,确定了中国海及其邻域1.5′×1.5′重力异常。将计算结果与最新船测资料进行了比较,标准差为3.37×10-5m.s-2。     

中国海域大地水准面和重力异常的确定

从莫洛金斯基(Molodensky)等1960年给出的由垂线偏差计算大地水准面空域积分公式出发,导出了其相应谱域1维严密卷积和2维球面及平面卷积公式。由Topex/Poseidon,ERS 1/2及Geosat/GM,ERM测高资料求解的垂线偏差计算了我国海域及其邻区大地水准面,其中计算格网为2.5′×2.5′。为了检核,将测高垂线偏差由逆维宁 迈尼兹(Vening Meinesz)公式反演重力异常,与海上船测重力值进行了外部检核;同时还利用司托克斯(Stokes)公式,由上述反演的重力异常计算大地水准面高,与莫洛金斯基公式直接解得的相应结果进行比较作为内部检核。前者的中误差为±9mGal(1Gal=1cm/s2),后者为±0.025m。本文在积分计算中充分应用了2维平面坐标形式和1维卷积严格公式,并做了比较和自校核。     

平均重力异常的计算及精度分析

本文介绍了测绘科学研究所研制的重力数据库中存储的平均空间重力异常的计算方法。并分析了不同格网(5′×5′,15′×15′,30′×30′等)平均重力异常的精度。选取北纬25°～32°,东经100°～107°作为试验区进行了研究。计算证明,利用参数拟合法,在我国一般地区,可以求得优于±10毫伽的5′×5′以上格网的平均空间异常。特殊困难地区,经特殊处理后可以求得优于±10毫伽的15′×15′以上格网的平均空间异常。     

不同坐标系统平均空间重力异常之间差别的研究

研究了不同系统平均空间重力异常之间的差别 ,认为是坐标、椭球参数及正常重力公式引起的差别 ,但主要是坐标系统不同引起的。我国大地坐标系统下的 5′× 5′平均空间重力异常与地心纬度系统的相比 ,相差几十毫伽相当普遍。椭球参数和正常重力公式的影响在我国一般不超过± 3 m Gal(1Gal=1cm/s2 )。不同坐标系统引起的平均空间重力异常之间的差别无法进行简单而精确的转换     

高分辨率区域重力场模型DQM2000

基于局部积分谱权综合法 ,选择国外重力场模型OSU91A和EGM96作为基础模型 ,利用中国地域2 0′× 2 0′、1 5′× 1 5′、1 0′× 1 0′和 5′× 5′平均重力异常 ,解算了一组高分辨率地球重力场系列模型DQM2 0 0 0 ,即DQM2 0 0 0A、DQM2 0 0 0B、DQM2 0 0 0C和DQM2 0 0 0D ,其完整阶次分别为 5 40、72 0、1 0 80和 2 1 60 ,采用内部符合和外部检核的方法以评价新模型的精度。     

用谱分布法确定航空重力测量数据分辨率

根据重力异常在不同高度上的谱信息分布 ,给出了不同高度测定不同分辨率重力异常时航空重力测量系统应达到的精度 ;从系统误差源综合分析得出 ,当前航空重力测量系统的测量精度约为± 3× 1 0 - 5ms- 2 ;最后给出了航空重力测量系统能可靠地测定分辨率 1 0′、条件较好时分辨率 5′的重力异常的结论。     

我国陆地均匀重力测量补点问题的研究

推导了重力布点公式，应用全国重力点检验了原有代表误差系数的可靠性，估计了我国目前和将来5′×5′平均高的精度，阐述了陆地重力测量布点系统的建立方法和应用方法，给出了我国陆地重力点补测方案，应用它即可确定我国陆地每个5′×5′内应补测的重力点数及其分布。     

用FFT计算川西地区的高程异常

川西地区地势复杂,进行常规测绘工作很艰难。若采用GPS作为1:5万航测图的控制,既可以减轻大地测量工作的困难,也有很好的经济效益。但在高程方面,必须将GPS测定的大地高转换为正常高。如此需有高分辨率的似大地水准面。本文用平面近似的Stokes公式,并顾及Molodensky一阶项,用FFT计算了Δφ=14°Δλ=12°川西地区5′×5′的似大地水准面,结果与该区的天文重力水准及GPS水准比较,精度约为±1米,并认为顾及剩余重力异常较单纯用位系数模型的结果精度高20％。此外,还认为用0.5′×0.5′的DTM,再顾及Molodensky一阶项,精度还可提高20％。     

High precision vertical deflection over China marginal sea and global sea derived from multi-satellite altimeter

On the basis of gravity field model (EIGEN_CG01C), together with multi-altimeter data, the improved deflection of the vertical gridded in 2′×2′ in China marginal sea and gridded in 5′×5′ in the global sea was determined by using the weighted method of along-track least squares, and the accuracy is better than 1.2″ in China marginal sea. As for the quality of the deflection of the vertical, it meets the challenge for the gravity field of high resolution and accuracy. It shows that, compared with the shipboard gravimetry in the sea, the accuracy of the gravity anomalies computed with the marine deflection of the vertical by inverse Vening-Meinesz formula is 7.75 m·s?2.     

Role of ocean variability and dynamic ocean topography in the recovery of the mean sea surface and gravity anomalies from satellite altimeter data

Procedures to calculate mean sea surface heights and gravity anomalies from altimeter-derived sea surface heights and along-track sea surface slopes using the least-squares collocation procedure are derived. The slope data is used when repeat track averaging is not possible to reduce ocean variability effects. Tests were carried out using Topex, Geosat, ERS-1 [35-day and 168-day (2 cycle)] data. Calculations of gravity anomalies in the Gulf Stream region were made using the sea surface height and slope data. Tests were also made correcting the sea surface heights for dynamic ocean topography calculated from a degree 360 expansion of data from the POCM-4B global ocean circulation model. Comparisons of the anomaly predictions were carried out with ship data using anomalies calculated for this paper as well as others. Received: 19 August 1996 / Accepted: 14 April 1997     

航空重力测量在近海区域的精度评估与分析

利用泊松积分法和点质量法对澳大利亚West Arnhem Land区域的航空重力测量数据进行了精度评估,两种方法得到精度结果基本一致,评估结果表明GT-1A测量系统2′分辨率数据的测量精度优于3×10-5 m/s2,5′分辨率数据的测量精度优于2×10-5 m/s2。利用交叉点平差和泊松积分法、点质量法对渤海区域的航空重力测量进行了内部交叉点平差和外部精度评估,结果表明,内部评估精度与外部评估精度存在一定的差异,以外部评估为准则,CHAGS测量系统在渤海区域5′分辨率的航空重力数据精度优于3.5×10-5 m/s2。综合国内外试验情况分析得到,在近海区域,航空重力数据的分辨率和精度受测量仪器的性能而不同,整体上对于5′分辨率数据而言,可以达到或优于3×10-5 m/s2的精度。     

联合多源重力数据反演菲律宾海域海底地形

对比分析重力-海深的“理论导纳”和实际数据的“观测导纳”,获得研究海域有效弹性厚度理论值为10 km。联合重力异常和重力异常垂直梯度数据,应用自适应赋权技术,采用导纳函数方法构建菲律宾海域1'×1'海底地形模型。试验发现,当重力异常垂直梯度反演海深结果与重力异常反演海深结果的权比为2∶3时,所构建的海深模型检核精度最高。同时,联合多源重力数据反演海深能够综合重力异常和重力异常垂直梯度在对待不同海底地形上的反演优势,生成精度优于单独使用重力异常数据和重力异常垂直梯度数据反演的海底地形模型。以船测数据作为外部检核条件,反演模型检核精度略低于V18.1海深模型,而相较于ETOPO1海深模型和DTU10海深模型检核精度分别提高了27.17%和39.02%左右;反演模型相对误差的绝对值在5%范围内的检核点大约占检核点总数的94.25%。     

由垂直重力梯度异常反演全球海底地形模型

本文给出了海底地形起伏与垂直重力梯度异常之间的响应函数关系。据此,联合船测海深和垂直重力梯度异常数据,构建了全球75°S~70°N范围内1′×1′海底地形模型。以船测海深为检核参考,考察了本文模型在印度洋南部和西北太平洋地区的精度。结果表明,在考察区域内,本文模型精度优于ETOPO1、GEBCO和DTU10模型,且在印度洋南部与SIO的最新海底地形模型V15.1精度相当,在西北太平洋地区略优于V15.1。探讨了高次项和地壳均衡现象的影响量级,发现两者对反演结果的影响很小,可以忽略。通过与重力异常反演结果的比较,发现垂直梯度异常反演在中短波长部分（100~200km）表现较优。在西北太平洋地区,联合重力异常和垂直梯度数据进行海底地形反演计算,反演结果的精度较V15.1模型提高了约29.5％,说明联合这两种数据可以计算精度更高的海底地形模型。     

联合多种测高数据确定中国边缘海及全球海域的垂线偏差(英文)

On the basis of gravity field model （EIGEN_CG01C）, together with multi-altimeter data, the improved deflection of the vertical gridded in 2＇×2＇ in China marginal sea and gridded in 5＇×5＇ in the global sea was determined by using the weighted method of along-track least squares, and the accuracy is better than 1.2^# in China marginal sea. As for the quality of the deflection of the vertical, it meets the challenge for the gravity field of high resolution and accuracy, it shows that, compared with the shipboard gravimetry in the sea, the accuracy of the gravity anomalies computed with the marine deflection of the vertical by inverse Vening-Meinesz formula is 7.75 m.s ^-2.     

Coastal Gravity Anomalies from Retracked Geosat/GM Altimetry: Improvement, Limitation and the Role of Airborne Gravity Data

We process geophysical and waveform data records of the Geosat/GM (geodetic mission) satellite altimeter mission for waveform retracking and applications. An improved threshold retracker is developed. The performances of the Beta-5, threshold and improved threshold retrackers are assessed over waters around Taiwan. The improved threshold retracker outperforms the other two. The improvement in the accuracy of sea surface height (SSH) is investigated according to marine zone and the distance of waters to the shore. The improvement rate increases closer to the land, with the largest improvement rate of about 20% in waters within 10 km of the shore. Over waters around islands and coasts, there are still retracked SSHs with large errors. Least-squares collocation is used to compute gravity anomalies from the Geosat/GM altimeter data. Use of retracked SSHs improves the accuracy of gravity anomalies by about 11%. Adding airborne gravity data further improves the accuracy, especially in the immediate vicinity of the coasts. Tide model errors over coastal waters remain a problem in altimetry applications, even if the waveforms are properly retracked.     

扰动重力梯度的球冠谐分析建模

从球冠谐理论出发,详细推导了球冠坐标系下扰动重力梯度的无奇异性计算公式。基于Tikhonov正则化方法,利用GOCE卫星实际观测数据解算局部重力场球冠谐模型。数值计算表明,基于扰动重力梯度的球冠谐分析建模方法能够有效地恢复局部重力场中的短波信号,与GO_CONS_GCF_2_DIR_R5模型的差异在±0.3×10~(-5) m/s~2水平。     

基于Laplace方程的垂线偏差法反演全球海域重力异常

海洋重力场模型反演的质量主要依赖于采用测高数据的精度、空间分辨率和数据分布密集程度。本文联合Geosat GM/ERM、ERS-1 GM/ERM、TOPEX/Poseidon、Envisat、Cryosat-2、Jason-1 ERM/GM和SARAL/AltiKa等多种测高观测数据集,深入比较了多种波形重跟踪算法的效果,回波数据重跟踪处理后的沿轨海面高标准差。统计表明,Sandwell算法优于MLE-4算法、Davis阈值法、改进阈值法和β参数拟合法;基于不同测高数据波形重采样的结果给出了沿轨海面梯度计算中低通滤波的参数选择方法,并采用Sandwell提出的垂线偏差法,反演了全球海域1′×1′的重力场模型。检核表明,反演结果与DTU13和SIO V23.1模型检核的差值均方根分别为3.4、1.8 mGal,与NGDC船测数据的检核精度为4~8 mGal,且本文模型在部分典型海区内精度更优。     

解析延拓高阶解的推导方法与比较分析

利用迭代求导法、直接求导法推导了解析延拓高阶解公式,并与经典递推方法进行了比较分析。利用迭代求导法得到了重力异常径向导数在球近似下的通用递推公式,该公式表明,解析延拓的经典递推求解方法实际上是忽略小项的近似,在忽略小项后,迭代求导法与递推法的形式是一样的。虽然直接求导法可以提高计算速度,但利用5°×5°实验区的重力数据进行解析延拓实验的结果表明,直接求导法获得的犵2项数值较其他方法偏小0.1～0.4mGal,这种差异的产生主要由于计算误差引起的。