根据人卫激光测距、GRACE和地球物理模型求解地球低阶重力场季节变化

本文利用2002年4月至2010年10月的Lageos1和Lageos2两颗激光卫星观测数据、GRACE以及地球物理模型三种独立的方法计算地球低阶重力场系数J 的变化,根据大气压强数据计算 J 时分别按反变气压计（IB）和非反变气压计(NIB)两种假设进行计算。通过分析 J 的季节特性表明,大气在NIB假设下得到的周年振幅比在IB假设下得到的振幅大3倍左右,相位相差47°;大气和陆地水的质量变化对 J 周年变化的贡献占主导地位,海洋的影响最小;大气、海洋和陆地水得到 J 半年振幅和相位值与SLR得到的振幅和相位值吻合较差,尤其是在IB假设下大气得到的结果与SLR结果相差最大; SLR、GRACE和地球物理模型三种独立方法得到的 J 周年项之间吻合相对较好,GRACE得到的周年振幅比SLR得到的周年振幅大50%左右, SLR观测得到的 J 周年振幅介于在NIB和IB两种假设下地球物理模型得到的结果之间;GRACE与SLR得到的 J 半年项的振幅相同,在IB假设下AOW得到的 J 半年振幅和相位与SLR结果差异最大。     

月球平均运动和地球自转速率长期变化的潮汐耗散

利用1983～1994年(共11年)期间,全球人卫激光测距(SLR)观测网对Lageos-1卫星的观测资料,估算二阶重力场系数和潮汐参数。SLR和卫星测高的潮汐解被用来计算月球轨道根数相对黄道坐标系的长期变化和地球自转速率的长期变化。SLR确定的总的潮汐耗散引起的月球平均运动的长期变化为-24.78″/世纪2,与激光测月结果（(-24.9±1.0)″/世纪2) 非常一致。日月潮汐引起的地球自转速率的长期变化为 -5.25×10-22rad /s2,顾及地球扁率变化（2）的非潮汐效应,对应的日长变化为1.49 ms/世纪,与1620年以来的天文月掩星结果（1.4 ms/世纪）十分相符。本文还联合卫星测高和人卫激光测距确定的潮汐解,在月球平均运动和地球自转速率的长期变化中,分离出固体地球和海洋的耗散效应。     

利用GPS卫星轨道确定地球二阶带谐系数的研究

重力恢复和气候实验(gravity recovery and climate experiment,GRACE)任务受限于卫星的低轨极地轨道性质和编队模式,确定的重力场模型C₂₀项存在不足。与之相比,全球定位系统(global positioning system,GPS)卫星为倾斜轨道,卫星数量多,将GPS卫星的精密轨道数据作为伪观测值,使用动力学方法进行C₂₀项确定的可行性研究。结果显示,2017年C₂₀项时间序列的平均值比GRACE更接近卫星激光测距(satellite laser ranging,SLR)的结果,且不存在明显的约160 d的周期信号,表明利用GPS卫星解算C₂₀项具有可行性。同时估计了光压模型P1参数,与GAMIT软件解算结果接近,进一步验证C₂₀项解算结果的可靠性。     

低阶地球引力场长期变化的确定

利用约11年的Lageos人卫激光测距（SLR）资料,反演了地球引力场系数J2和J3变化的时间序列,分析得到每年的2＝(-2.6±0.4)×10-11,3＝(-1.2±0.4)×10-11及18.6年固体潮Love数k2=0.3154±0.0070,相位滞后ε=3.1°±2.0°.由此可以对地幔滞弹和地球各圈层的动力学变化及相互作用提供高精度的天文观测约束。为了提供高精度的J2和J3变化的时间序列,可能的误差源必须考虑,如自转速率变化引起的极潮,引力场系数Jn的低阶和高阶项之间的弱的耦合等。     

海洋非潮汐变化对时变重力场的影响

基于全球海洋数值模式，估计了海水质量非潮汐变化对低阶地球引力场季节性变化的贡献。激发模型预测的大气、地表水、海洋潮汐和非潮汐变化对引力场的组合影响被用来与卫星激光测距(SLR)的观测值进行比较。结果表明，在季节性变化时问尺度上，为克服海洋数值模式的体积守恒近似而采用的质量守恒改正对△J2具有较明显的影响，对△J3的影响可以忽略，SLR观测的△J2周年和半年振幅介于海洋、地表水、大气(IB)和(NIB)的组合结果之间。     

地球引力场与地球自转变化

本根据现代空间技术测定地球引力场变化的进展，提出了用实测的地球自转参数和实测的低阶重力场变化结合的方法以研究地球角动量变化。其突出的优点是可以使引起地球角动量变化的质量项和速度场项解耦，使原来较复杂的问题简化。作为本提出的方法的实例，我们用Lageos-1和Lageos-2两颗卫星的SLR资料求解ΔC20，计算出ΔLOD序列，与（ΔLOD－Wind)残差序列相比，有较好的一致性，显示出本方法的有效性。     

华北地区长期重力变化监测

利用GRACE卫星重力资料,计算了华北地区的长期重力变化结果,利用6个测站的绝对重力观测资料,获取了测站的重力变化时间序列,同时获取了北京、泰安测站的GRACE卫星月重力变化时间序列。卫星重力观测结果显示华北地区地下水流失严重,绝对重力观测结果表明地面沉降严重。     

基于SLR的GRACE卫星定轨中重力场模型对轨道精度的影响

以GRACE卫星为例,分析比较利用SLR观测资料进行卫星定轨时,采用不同重力场模型对GRACE卫星定轨精度的影响;以及重力场截断阶引起的积分轨道差异;同时,将定轨结果与采用GPS确定的定轨结果进行比较,分析与GPS定轨结果的差异.实验证明.重力场模型选择GGM02C的定轨结果优于选择JGM-3的定轨结果,基于SLR的定...     

顾及测量方式的地球自转参数差异性分析

随着甚长基线干涉测量(VLBI)、卫星激光测距(SLR)、激光测月(LLR)、全球卫星导航系统(GNSS)、多里斯系统(DORIS)等多种空间大地测量手段的使用,地球自转参数(ERP)的测量精度不断提高,为航天器导航、深空探测等诸多领域提供了高精度的国际天球参考系(ICRS)和国际地表参考系统(ITRS)之间的转换参数. 以国际地球自转与参考系服务发布的C04序列为基础序列,选取500天ERP序列,分析不同测量手段得到的ERP数据的误差分布情况,为研究利用不同数据之间的一致性进行精度检核的可行性及精度水平提供数据基础,同时也为ERP预报提供更多的数据选择.      

激光测距对静态重力场恢复精度的影响分析

鉴于下一代重力卫星设计中利用更高精度的激光测距技术代替微波测距,对激光测距提高地球重力场探测精度的问题进行了讨论。通过高精度的动力学重力场模型反演方法,推导了线性化的星间变率公式,并以一定的权融合卫星精密轨道与星间变率数据。通过模拟计算结果可知,当卫星轨道、定轨精度、加速度计精度与Gravity Recovery and Climate Experiment(GRACE)相同,星间变率精度依次从1.0×10~(–6) m/s提高到5.0×10~(–7) m/s、1.0×10~(–7) m/s、5.0×10~(–8) m/s、1.0×10~(–8) m/s时,累积大地水准面误差则在120阶时依次从85.14 cm降低为33.09 cm、7.33 cm、3.70 cm、3.59 cm。结果表明当采用高精度的激光测距后,采用低低卫卫跟踪模式,地球静态重力场模型的探测精度有望比GRACE提高1个量级。当激光测距精度提高至10 nm/s时,计算结果与精度为50 nm/s的计算结果无明显差别,这表明过高的星间变率测量精度相对于其他指标而言有冗余。本文建议在其他测量技术精度未有提高的前提下,只需将激光测距的精度提高至50 nm/s即可。