GRACE离散时变重力场的大尺度动态变化模型构建分析

针对GRACE月时变重力场的离散球谐系数,提出联合经验正交函数分解和多通道奇异谱分析的方法,在有效实现空间维数压缩和条带噪声去除的同时,提取、分析其动态变化特征并构建相应的变化模型。结果表明,GRACE离散球谐系数存在显著的周年项和长期趋势项变化成分,其中,周年项模态的方差贡献达到50.6%,扣除周年项成分后长期趋势项的累积方差贡献达到77.4%。以长期趋势项和周年项成分构建的非线性模型能较好地反映离散球谐系数及其反演结果的动态变化特征,其对全球陆表等效水柱高的拟合标准差介于0.3~14.0 cm,平均标准差为1.8 cm。研究结果可为分析地球重力场各参量变化特征及地球动力学变化提供重要参考。     

多类重力场模型的精度分析

分析国际公布的EGM2008、GECO和EIGEN-6C4等超高阶重力场模型及GOCO03S、GOCONSGCF2DIRR5和GOCONSGCF2TIMR5等低阶重力场模型的内符合精度。利用实测的GNSS/水准数据对各模型进行外符合精度的检核。分析6个模型在不同阶次组合的精度,进而选取可靠的截断阶次确定组合重力场模型。计算结果表明:EGM2008、GECO、EIGEN-6C4及DIRR5四个重力场模型的阶方差均保持在mm级,而GOCO03S在191阶之后的精度达到dm级,TIMR5模型在228阶之后的精度达到dm级;6个重力场模型中,EIGEN-6C4模型的累计阶方差最小;EGM2008、GECO模型的互差阶方差在高频部分呈现差异,而在超高阶部分两种模型的互差阶方差符合性好;与EGM2008模型相比,其组合重力场模型高程异常精度最优可达0.063 m,精度提升幅度为15%,与GECO模型相比,其组合重力场模型高程异常精度最优可达0.060 m,精度提升幅度为23%,与EIGEN-6C4模型相比,其对应的组合重力场模型高程异常精度最优可达0.064 m,精度提升幅度为18%,因此,组合重力场模型能提高重力场模型高程异常的精度。     

组合重力场模型的精度及其适用性分析

针对EGM2008、GECO及EIGEN-6C4重力场模型存在长波误差的情况,利用GNSS/水准数据在分析EGM2008、GECO及EIGEN-6C4模型高程异常精度基础上,分析GOCO03S、GO_CONS_GCF_2_DIR_R5、GO_CONS_GCF_2_SPW_R2、GO_CONS_GCF_2_TIM_R5 4个纯卫星重力场模型与EGM2008、GECO及EIGEN-6C4模型在不同阶次组合的精度,进而选取可靠的截断阶次确定组合重力场模型。计算结果表明:与EGM2008、GECO及EIGEN-6C4模型相比,各自对应的组合重力场模型高程异常精度最优分别可达0.061m、0.054m和0.059m,对应精度提升幅度分别为18%、31%和24%,因此,组合重力场模型能提高重力场模型高程异常的精度;利用EGM2008、GECO及EIGEN-6C4模型进行高程拟合的精度与利用组合重力场模型进行高程拟合的精度相当,这说明EGM2008、GECO及EIGEN-6C4模型存在的长波段误差也可通过一定的拟合模型进行削弱。     

中国区域SST卫星重力场模型精度分析

通过比较最新SST地球重力场模型EIGEN_GRACE02S、GGM02S和EGM96模型在中国区域与WDM94模型重力异常残差的差异,分析差异产生的原因及分布,研究新一代卫星重力方法对于提高区域重力场模型精度的潜力以及存在的问题。结果证明,卫星跟踪卫星方法对于现有模型中低阶部分有明显改善。     

月球重力场模型质量及可靠性的分析评定

月球重力场模型球谐函数展开式的核心是一组正常化位系数。介绍了当前几种主要月球重力场模型建立所采用的探测器跟踪数据的特点;分析了重力场信号随模型轨道高度、阶次变化的特性。同时以考拉（Kaula）准则为标准比较了各模型位系数的阶方差曲线与考拉曲线的吻合情况。从信噪比的角度出发,提出了对模型进行可靠性分析的方法。通过计算对比各模型的信噪比来反映其空间频谱信号和频谱误差的强度关系,从而对模型质量和可靠性做出分析评定。     

月球重力场模型质量及可靠性的分析评定

月球重力场模型球谐函数展开式的核心是一组正常化位系数。介绍了当前几种主要月球重力场模型建立所采用的探测器跟踪数据的特点;分析了重力场信号随模型轨道高度、阶次变化的特性。同时以考拉(Kau la)准则为标准比较了各模型位系数的阶方差曲线与考拉曲线的吻合情况。从信噪比的角度出发,提出了对模型进行可靠性分析的方法。通过计算对比各模型的信噪比来反映其空间频谱信号和频谱误差的强度关系,从而对模型质量和可靠性做出分析评定。     

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...     

月球重力场模型发展现状及展望

探讨了月球探测多重意义及月球重力场在月球探测中的重要作用,介绍了月球重力场模型发展的历史及现状,给出了利用我国“嫦娥一号”轨道跟踪数据解算月球重力场模型。     

利用ERA-Interim数据计算GRACE大气去混频模型

针对欧洲中程天气预报中心实时大气数据中由于水平及垂直分辨率变化所引起的大气压跳跃,利用再分析大气数据（ERA-Interim）及去平滑球谐分析方法计算重力恢复与气候实验卫星（gravity recovery and climate experiment,GRACE）大气去混频模型,从谱域、空域角度及利用主成分分析方法比较其与标准大气与海洋去混频模型的差距,并采用星间距离变率残差作为标准衡量两种模型的优劣。结果表明:两种模型之间精度相近,用于计算时变重力场模型时其影响可忽略,但在用于计算下一代卫星重力场模型时,需考虑其影响。     

各向异性组合滤波法反演陆地水储量变化

地球时变重力场模型反演陆地水储量变化已为全球气候变化研究作出巨大贡献,考虑到时变重力场模型球谐系数中存在相关性,其高阶次项具有较大的误差,需采用最优的滤波方法进行空间平滑。本文提出一种新的各向异性组合滤波方法,其基本思想是将改进的高斯滤波法与均方根(root mean square,RMS)滤波法组合,即对球谐系数的低阶次采用改进的高斯滤波法,而高阶次采用RMS滤波法。首先分析了最新的GRACE RL05系列时变重力场模型系数误差特性,基于全球水储量变化反演结果,分析比较了高斯滤波、改进的高斯滤波、RMS滤波和DDK滤波与本文提出的组合滤波法的有效性及精度,并利用模型结果进行了验证,计算结果表明,组合滤波法的中误差最小。研究结果表明,本文提出的组合法相比于先前的滤波方法,可有效地过滤高阶次的噪声,消除南北条带误差,同时减少信号泄漏,提高信噪比,保留更多有效的地球物理信号,进而提高反演精度。     

GRACE模式确定重力场的关键技术探讨

美德合作的GRACE计划可以利用卫星跟踪卫星技术 (SST)获取有关地球重力场、大气和海洋等方面有史以来最为全面的信息。它们为广泛开展相关领域的科学研究提供了前所未有的丰富资料。其中 ,GRACE提供的稳态的和时变的地球重力场数据可以反映地球内部构造、地表水体运动等地球物理信息 ,是GRACE目标的最重要的方面。本文深入探讨了GRACE卫星有效载荷对于研究地球重力场的贡献 ,并给出相应结论。     

现有SST重力场模型的比较研究

分析了最新的卫星跟踪卫星(satellite-to-satellite tracking,SST)地球重力场模型EIGEN系列和GGM系列在欧洲大陆部分与GPM98C模型重力场异常残差的差异,研究了新一代卫星重力方法对于提高区域重力场模型精度的潜力以及存在的问题。比较结果说明,SST重力场模型的较高阶部分精度不理想,而在中低阶部分,SST模型表现出在原有经典重力场模型中并未包含的信息。     

基于GRACE卫星数据的高精度全球静态重力场模型

应用GRACE卫星数据反演高精度静态地球重力场是大地测量学界的热点之一。考虑到经典动力学法线性化误差随弧长拉长而迅速增长,本文以GRACE卫星轨道观测值为初值的线性化方法,建立了应用GRACE卫星轨道和星间距离变率反演地球重力场的改进动力学法理论模型。利用2003年1月至2010年12月的GRACE卫星姿态、轨道、星间距离变率和非保守力加速度等观测数据,解算了一个180阶次的无约束全球静态重力场模型Tongji-Dyn01s和一个采用Kaula规则约束的全球重力场模型Tongji-Dyn01k。与国际不同机构最新发布的纯GRACE数据解算的重力场模型(包括AIUB-GRACE03S、GGM05S、ITSG-Grace2014k和Tongji-GRACE01)进行比较,并利用DTU13海洋重力异常和GPS/水准高程异常进行外部检核,结果表明,Tongji-Dyn01s与国际最新模型精度处于同一水平,然而Tongji-Dyn01k模型总体上更加靠近EIGEN6C2重力场模型。     

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。     

利用参考重力场模型基于能量法确定GRACE加速度计校准参数

利用多个参考重力场模型分别对GRACE一个月的实测加速度计观测数据进行检校。数值计算结果的比较分析表明了利用参考重力场模型确定加速度计校准参数是有效的。     

高精度惯性导航系统对重力场模型的要求

分析了采用现有重力场模型EGM96进行重力补偿和INS所能达到的定位精度,分析了实施GOCE任务和改进的重力场模型对INS的定位精度的影响,并给出了未来高精度纯惯导系统对重力场精度的要求。     

运输工具对相对重力仪测量精度的影响分析

简要介绍了当前常用重力仪类型和标称精度,并就运输工具性能好坏、重力测段大小、路线距离长短和观测时间长短对相对重力仪的观测精度的影响进行测定分析,结果表明:影响重力仪观测精度的主要因素与汽车运输工具有关,选择越野性能好,减震效果好的汽车作为完成高等级流动重力测量任务的前提条件。     

基于能量守恒的星间距离变率与地球重力场频谱关系的建立与分析

基于能量守恒原理,建立了SST-ll星间距离变率观测噪声谱与重力场误差谱的关系,以GRACE相关指标模拟分析了卫星间距、卫星高度和距离变率精度对恢复地球重力场的影响。结果表明,增大卫星间距可提高恢复低阶次位系数的精度,卫星间距超过500 km对提高恢复重力场精度的作用已不明显;降低轨道高度可提高恢复高阶次位系数的精度,卫星高度每降低100 km,恢复位系数的有效阶次提高20阶以上;提高星间距离变率精度可大幅度提高恢复重力场的精度,距离变率精度每提高一个量级,恢复位系数的有效阶次提高约28阶。将模拟结果与GGM02S和EIGEN-GRACE02S模型进行比较,初步验证了本文方法的可行性。     

GRACE时变重力场位系数相关误差的滤波消除技术

利用UTCSR发布的2003-01~2013-07GRACE RL05月平均重力场模型,分析比较了高斯滤波、各向异性滤波、扇形滤波和维纳滤波,并结合去相关滤波在反演南极地区冰盖质量变化方面的差异。通过计算得到以下结论：①基于121组重力场模型阶方差分布得到维纳滤波与半径为300 km的高斯滤波效果最为接近,说明300 km滤波半径完全可以满足质量变化信号的提取;②在一定范围内,提高滤波半径能提高反演结果信噪比,建议南极区域的滤波半径为500 km;采用相同滤波半径,不同空间滤波算法计算的质量变化率基本一致,在南极区域可以选取任一滤波方法;③与其他算法相比,去相关滤波算法能在一定程度消除球谐系数中存在的系统误差,改善反演结果。