利用改进的动态PPP技术建立中国香港区域海潮负荷位移模型

利用GPS技术反演海潮负荷信息,相比传统重力及甚长基线干涉测量,有着全球覆盖、测站数多、全天候、成本低等诸多优势,为海潮模型的建立提供了有效的技术手段,也对海潮负荷效应的研究有着重要的理论意义和参考价值。利用动态精密单点定位技术（precise point positioning,PPP）反演海潮负荷位移,同时构建了区域海潮负荷位移模型。利用香港连续运行参考站8 a的GPS观测数据,精密测定了11个测站的三维海潮负荷位移参数,与高精度海潮模型提供的海潮负荷位移参数进行比较,发现除K₂、K₁潮波外,其他潮波的均方根误差均小于2 mm。与已有的动态PPP及静态PPP结果对比发现,采用改进的重叠时段动态PPP算法可有效改善K₁潮波的反演精度;该方法反演的海潮负荷位移精度可达到静态PPP反演海潮负荷位移的精度,且对于K₁潮波,在东西方向,动态PPP算法的反演精度较静态PPP略有改善。利用最小二乘曲面拟合法可有效建立中国香港地区GPS区域海潮负荷位移模型,可有效弥补沿海地区因验潮站稀少而导致的海潮模型适应性差的问题。     

利用GPS动态PPP技术求解海潮负荷位移

受特殊海岸线及复杂海底地形的影响,目前发布的全球海潮模型在局部沿海地区差异较大,需利用其他大地测量手段直接测定沿海地区的海潮负荷位移参数。GPS技术因具有全天候、精度高、成本低等优势,已成为获取海潮负荷位移参数的有效手段。本文基于GPS技术监测测站三维位移变化的灵敏度高于监测48个海潮参数的灵敏度这一基本思想,改进了利用GPS精密单点定位(PPP)技术估计48个海潮调和参数的方法,直接逐历元求解三维海潮负荷位移变化,再利用调和分析方法提取主要潮波(M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1)的海潮负荷位移建模参数(振幅与相位)。利用12个香港连续运行参考站(CORS)8年的GPS观测数据,计算各测站的海潮负荷位移建模参数。与传统方法比较,本文方法可有效加速K1潮波在东西方向的收敛。将GPS海潮负荷位移建模参数估值与中国近海海潮模型值比较,发现除S2、K2和K1潮波的均方根误差较大外,其他潮波的均方根误差均小于1.5mm。将香港2008—2014年验潮站数据反演的潮波参数与海潮模型值比较,结果表明:GPS与验潮站数据反演的潮波参数均与中国近海海潮模型及HAMTIDE2011.11A全球海潮模型符合较好,验证了GPS PPP反演海潮负荷位移的有效性。采用GPS PPP估计的8个潮波的振幅与相位值替换全球海潮模型中对应的潮波值,进行海潮负荷效应改正,可减弱GPS长时间序列中的半周年信号。     

海潮负荷对GPS精密定位的影响

根据海潮负荷理论,利用4种全球海潮模型分别计算了中国及周边地区IGS站的海潮负荷位移系数,分析并比较了海潮负荷位移对GPS单天解和短周期解的影响。结果表明,对于测站的单天解,不同海潮负荷位移改正对测站整体上没有影响,只在局部沿海地区测站的垂向方向存在差异;并且,4种全球海潮模型在黄海和东海的近海区域不够精确,需要利用我国近海区域的海潮资料进行修正;对于测站的短周期解,海潮负荷位移的影响随着测站远离海洋而减弱,特别是在沿海地区能显著提高测站的垂向坐标精度。因此,在短时的GPS精密定位中需要考虑海潮负荷位移改正。     

GNSS研究海潮负荷效应进展

随着全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)技术的快速发展以及其定位精度的不断提高,GNSS反演海潮负荷(主要是位移)相比重力测量、甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry, VLBI)研究海潮负荷有着方便、快速、经济、精确等独特优势,因此受到国内外众多研究学者的关注。当前研究重点已从通过引入海潮负荷位移模型以\     

用东海和南海潮汐资料修正全球海潮模型对中国及邻区重力场负荷计算的影响

利用卫星测高技术建立的全球海潮模型的精度和分辨率均有限,而高精度、高分辨率的近海区域潮汐观测资料,可用于改善和提高全球海潮模型在沿海地区的精度。利用中国东海和南海的近海海潮模型,对HAMTIDE11A.2011全球海潮模型中的中国近海区域进行了替换,并得到了修正前后模型计算的海潮负荷对不同区域GPS测站精密定位的影响。分析可得:(1)确认修正前后的全球海潮模型计算的海潮负荷对GPS测站精密定位的影响存在约5 mm的差异,并通过频谱分析得到修正后的模型在GPS精密定位中剔除海潮负荷影响的效果在半日、周日及半年周期处明显优于修正前的模型;(2)采用高精度近海模型进一步修正全球海潮模型,该成果对近海区域的GPS精密定位海潮负荷改正具有一定参考价值。     

海潮负荷潮的研究

本文讨论海水质量守恒改正和等潮图的差异对计算负荷效应的影响,并研制海潮主要分波的球谐模型。数值计算结果表明:在按Schwiderski全球1°×1°等潮数据计算中国大陆的海潮负荷效应时,须用我国更精细的近海潮汐资料对其进行修正,同时还应该进行海水质量守恒改正。用褶积和级数相结合的方法计算倾斜海潮负荷潮的精度为0.04ms。     

GPS精密定位中的海潮位移改正

根据海洋负荷潮理论，利用NAO99b全球海潮模型，计算了中国部分IGS站的海潮位移改正，并将海潮位移改正应用到GPS数据处理当中。在GAMIT软件的解算过程中，分别按加入和不加入海潮位移改正，对GPS基线分量和测站坐标分别进行了计算和比较分析。结果表明，海潮位移改正无论是对GPS基线分量还是对测站坐标，都有一定的影响。     

山东地区GPS测量中的海潮负荷影响

针对影响山东地区GPS测量精度的重要因素之一——海潮负荷,不同海潮模型在山东沿海地区差异较大的问题,该文以山东CORS数据为例,基于FES2004、NAO99b、CSR4.0、GOT00.2 4种全球海潮模型,使用GAMIT软件,分析了海潮负荷对山东地区GPS定位及基线解算的影响。通过对比分析,海潮负荷对山东地区GPS定位的影响主要体现在U方向上,振幅达到厘米级;海潮负荷对山东沿海定位的影响大于山东内陆,U方向达到了2cm,为内陆地区2倍以上;海潮负荷对基线解算的影响与基线方位和基线两端测站负荷差异有关,其中差异较大的基线U方向的影响接近8mm;除GOT00.2海潮模型以外,不同模型对山东地区较长观测时段的GPS数据解算结果的影响并无太大差异,但对于短时观测或实时的GPS高精度定位,半日分潮迟角的精度还有待提高,因此有必要精细化山东区域海潮模型。     

南极中山站重力潮汐观测的海潮负荷效应

综合分析了LaCoste-Romberg(LCR)ET21高精度弹簧重力仪1998年12月26日至2000年1月9日在南极中山站的重力潮汐观测资料，采用目前普遍使用的Schwiderski、Csr3.0和Fes96.2全球海潮模型研究中山站重力潮汐观测的海潮负荷改正问题。结果表明在南极地区，目前的海潮模型存在较大的不确定性，还不足以精密确定该区域的海潮负荷改正。经海潮改正后，重力潮汐观测结果与潮汐理论值之间还存在比较大的差异，观测的周日（01）和半日（M2）潮波重力振幅因子与相应的理论值之间的平均偏差分别为3．8％和7．8％。南极地区附近海域海水的变化半导致该地区海潮负荷响应非常明显的季节性系统变化。     

利用动态PPP技术确定海潮负荷位移

利用动态PPP对香港12个GPS测站2007—2012年的数据反演了海潮负荷位移,通过与7个全球海潮模型、1个区域模型和静态PPP反演的结果比较发现,相对于另外几个模型,动态PPP反演结果与TPXO.7.2、EOT11a、HAMTIDE和NAO99Jb模型的结果符合得更好。与静态PPP的结果比较发现其RMS与各模型的RMS大体上一致,只是在S2、K2和K1的E方向和M2、S2的N方向稍有增加。此外,除K2和K1潮波外,动态PPP与模型的RMS值在水平方向上均小于1 mm,在垂直方向上均小于2.5 mm,能达到和静态PPP相当的精度。本文反演的结果与NAO99Jb模型值存在明显的系统偏差,当去除系统偏差后,所有潮波的RMS值都有明显的减小,尤其在K1的垂直方向RMS从16.4 mm减少到1.3 mm。此外,通过将香港2012年验潮站数据反演的潮波参数与模型的结果进行比较发现,其结果同样与TPXO.7.2、EOT11a、HAMTIDE和NAO99Jb这4个模型更为符合,这进一步验证了动态PPP反演海潮的有效性,同时说明这4个模型比较适合香港区域。     

海潮负荷效应及利用GPS技术建立海潮负荷位移模型研究

正海潮负荷效应的影响对目前精度要求越来越高的导航定位而言,特别是对于近海区域高精度定位已成为不容忽视的重要影响因素之一。当前对于海潮负荷效应的研究主要是利用全球海潮模型予以修正,但现有全球海潮模型在公海区域精度较高,而在近海区域精度较差,从而影响了全球海潮模型的整体精度。因此,为有效提高定位精度,迫切需要构建高精度的海潮模型。随着全球导     

利用全球海潮模型确定海图深度基准面

比较并分析了FES99潮汐模型和NAO.99Jb潮汐模型在浙江近海的精度;利用调和分析法计算了浙江近海的8个主要分潮和3个浅水分潮的调和常数;研究了浙江近海海图深度基准面的计算方法;利用长期验潮站资料验证了本文方法的可靠性与准确性;利用径向基函数方法格网化了经验潮站海图深度基准值加密后的数据,最终得到了浙江近海分辨率为2.5'×2.5'的海图深度基准面模型.     

海洋潮汐对卫星重力梯度观测数据的影响分析

采用CSR4.0、TPXO7.2和FES2004三个不同海潮模型计算了2009年11月1日至2009年12月1日海洋潮汐对GOCE卫星重力梯度观测数据的影响,其影响量级都处于0.1m E,比GOCE卫星设计精度(3.2m E)略低,但其为有色噪声源,因此,必须在数据预处理中考虑这一部分的影响。除此之外,分析了三个不同海潮模型对地球重力场位系数的影响,三者对10阶以下位系数影响存在较大的差异,说明目前海潮模型之间还存在较大的差异,海潮模型的精度仍然需要提高。     

基于JSCORS的全球海潮模型比较研究

针对沿海GPS高精度测量的要求,进行海潮模型的效用分析。基于JSCORS网站的基准信息数据,通过试验设计与GAMIT软件解算处理,绘图对比CSR4．0、SCHWS0与FES2004等3种常用海潮模型的改化修正效果,并取得区域性选择海潮模型的合理结论。     

高精度大地测量中的海潮位移改正

鉴于目前IERS规范中缺乏海潮对多数中国测站位移的改正，基于表面负荷形变理论，本文采用CSR3．0全球海潮模型和Farrell的格林函数结果，计算了中国测站的海潮位移改正。部分结果同IERS公布结果引比，符合很好，可以用于高精度大地测量，对中国地壳形变监测特别是沿海地区地壳形变监测具有重要的实用价值。     

潮汐模型对利用卫星测高数据研究海平面变化的影响

利用T/P测高数据反演了中国近海及西北太平洋海域的潮汐参数,构造了CSR3.0、FES95.2和T/P反演的海潮模型改正下的海面高时间序列,通过海面高变化曲线及功率谱的比较确定了利用测高数据发现的海平面季节内变化主要是潮汐模型误差的贡献。