马尼希基海底高原重力均衡及其构造意义研究

采用三维导纳分析技术,联合海底地形和重力异常数据,对马尼希基海底高原重力均衡状况进行了分析研究,并结合地震学等研究成果,分析其构造意义。马尼希基海底高原海底地形与重力异常相干性在长波部分(大于100km)相对较小,说明高原地壳底部存在低密度异常,并且,根据Airy均衡分析,这种低密度异常并非完全由洋壳对海底地形的均衡调整引起,推测高原地壳底部存在由岩浆"板垫作用"(crustal underplating)形成的低密度异常体,即"底部载荷"。马尼希基海底高原短波海底地形符合Airy均衡,据此分析获得高原地区洋壳厚度为22.7km,与地震研究结果一致。岩石圈挠曲均衡分析表明,马尼希基海底高原岩石圈有效弹性厚度为2.5~5.5km,较优拟合值为3.5km,可能意味着高原形成时岩石圈年龄较小。根据顾及底部载荷的挠曲均衡模型进行分析,定量计算了底部载荷规模,约为地形载荷的30%,其体积约为9.3×105km3,平均深度为18km,是整个高原洋壳的重要组成部分,表明洋壳底部板垫作用在马尼希基海底高原形成和演化过程中产生过重要影响。     

SGM100i月球重力场特征分析

基于SGM100i和最新月球重力场模型GLGM-3比较,分析了月球自由空气重力异常和月球大地水准面起伏.利用SGM100i绘制了月球垂线偏差及其分量的全月分布图,并分析了垂线偏差与月球地形特征、质量分布之间的相关性,发现利用垂线偏差反演得到的月球地形、质量分布均与实际情况一致.     

球近似艾黎-海斯卡宁均衡模型分析

针对传统的均衡重力异常方式基于平面近似,积分范围较小、计算公式的适用性受限、表征的信息量有限的问题,该文在球坐标下分析艾黎-海斯卡宁(Airy-Hesikanen)均衡模型。以计算点向径为半径,将地形分为布格球壳和粗糙地形两部分,计算其地形影响和均衡改正。在实验区,选用补偿深度21km、密度差0.678g/cm3的模型参数,采用该文公式和传统公式计算均衡重力异常,并比较分析其计算值。结果表明,以球近似Airy-Hesikanen均衡模型计算均衡重力异常值,在小积分范围以及平坦地区,与传统公式计算值的精度相当;但随着积分半径增加,球近似Airy-Hesikanen均衡模型计算值精度不断提高、变化更平缓,说明球近似AiryHesikanen均衡模型代替平面近似Airy-Hesikanen均衡模型应用于重力问题研究更为符合地球实际情况。     

利用重力/地形导纳和岩石圈单一薄层模型的月球物理参数反演

针对月震数据分布不均,传统反演方法不易搜索全局最优解等问题,提出联合使用重力/地形导纳和非线性粒子群PSO算法同时反演月球物理参数的方法。结果表明,该方法构建的表面地形载荷模型和内部异常密度载荷模型合理,粒子群PSO算法能同时求解月球物理参数及其全局最优解。将方法运用于月球物理参数的反演,可为月球内部结构研究提供一定的参考。     

采用重力异常的导纳理论推估海底地形

系统探讨了采用重力异常的导纳理论推估海底地形的方法。在频率域内对海底地形和重力异常的相关性进行了分析,确定在20~300 km波段内两者相关系数最高,适合通过重力异常反演。以皇帝海山链为例,分别采用未补偿导纳模型和顾及挠曲补偿的导纳模型开展研究,其中涉及的地壳厚度和有效弹性厚度等参数通过均衡响应函数法得到。引入余弦低通滤波器,有效地解决了向下延拓过程中产生的高频震荡问题。算例结果表明,采用重力异常的导纳理论能够有效地反演海底地形,结果真实可靠,反演模型的相对精度在6%左右,与ETOPO1模型相当,且能够刻画出ETOPO1模型中未显现的地形细节。由于地形变化剧烈,反演模型在海山链沿线附近精度不甚理想。     

珠穆朗玛峰峰顶大地水准面与似大地水准面差值计算及其验证

本文利用登山路线上的实测重力点,通过试算分析确定了珠穆朗玛峰地区应采用的均衡模型及均衡深度,并利用该均衡模型推估了珠穆朗玛峰峰顶地形均衡重力异常与珠穆朗玛峰峰顶重力值。根据正常高和正高换算关系的需要,计算了珠穆朗玛峰峰顶沿垂线方向至黄海平均海平面的重力值的平均值与正常重力值的平均值,在此基础上完成了珠穆朗玛峰峰顶正常高和正高的换算,即大地水准面与似大地水准面差值计算,并对此结果采用其他方法进行了验证。     

基于径向泰勒级数展开的月球表面磁场快速球谐解算方法

在利用球谐模型解算月球起伏表面的磁场时,传统算法计算效率较低且存在不稳定性,因此提出一种基于球谐分析的径向泰勒级数展开法。首先采用450阶次的月球内源磁场球谐模型在月表地形起伏剧烈的背面区域进行不同泰勒级数展开次数范围以及不同平均半径的解算精度实验,验证了所提方法的有效性,并且通过与传统算法的对比证明了所提方法具有更高的计算效率和计算稳定性;然后将计算得到的月球全球起伏表面磁场分布与月球参考球面上的磁场分布进行了对比分析,结果表明,月表地形起伏面与参考球面上的磁场差异较大,磁场总强度在实际地形起伏面与参考球面上的差异和地形起伏呈现反相关性,磁场径向分量与地形起伏不存在相关性,这些说明月球内源磁场磁性载体埋深较浅且磁化方向并非径向。     

月球重力场模型GL0660B特征分析及其对绕月卫星轨道的影响

月球重力场可用来研究月球演化过程和内部结构,是影响绕月卫星精密定轨的重要因素。基于GRAIL任务数据解算的GL0660B重力场模型,极大提高了月球重力场空间频谱信号的强度和范围。本文首先通过计算相应重力场的阶方差和地形相关性分析,对GL0660B模型进行了精度分析;其次,利用GL0660B模型和其他几个月球重力场模型进行比较,对月球重力场的特征进行了分析;然后通过绘制GL0660B模型和LP150Q模型在月球外部不同高度处的重力异常图,分析比较了月球重力场模型在不同高度上所反映的月球重力场的特征和差异;最后,利用GEODYN软件模拟计算了不同高度卫星的轨道变化。可以看出绕月卫星离心率随时间的变化,以及周期性变化趋势,而且不同高度卫星轨道处质量瘤的摄动影响不同,远月点、近月点和偏心率的变化也存在差异。     

高原山区局部大地水准面精化方法研究

局部大地水准面精化的实质是精确计算出大地水准面的起伏变化情况。一般情况下,需要密度足够的重力数据,依重力异常密集计算大地水准面差距或高程异常。但是在大陆西部高原山区重力点密度是不够的,无法达到大地水准面精化的目的。本文从理论上证实了用地形和岩石密度数据进行局部大地水准面精化的可行性。     

利用低阶大地水准面异常反演大尺度核幔边界起伏

核幔边界（core-mantle boundary,CMB）是地球内部最重要的物理化学界面之一,地核和地幔通过核幔边界发生多种相互作用,这对地球重力场、地球自转及地磁场等都能产生重要影响。大地水准面异常是地球重力场的重要观测量,反映了地球内部的物质密度异常及界面变化等重要信息。推导了通过大地水准面异常反演核幔边界起伏的公式,利用2~4阶大地水准面异常反演了大尺度核幔边界起伏形态。结果显示,核幔边界起伏的径向幅度达±5 km、与Morelli的地震层析成像结果的幅度接近,但在形态上略有差异。以高为5 km、底边长为1 000 km的棱柱体模型模拟计算了核幔边界密度异常引起的大地水准面异常响应,结果与观测大地水准面异常比较接近。     

基于EGM2008地球重力场模型的广西似大地水准面优化研究

通过5′×5′EGM2008地球重力场模型求取高程异常,与广西96个一、二等水准点高程异常进行比较分析,得出EGM2008在广西点位误差达37.8cm。根据广西地形实际情况,对EGM2008在广西平原、丘陵和高山三区的普适性进行分析,和已建立的广西似大地水准面成果比对,得出在平原区,EGM2008模型的平滑性较好,成果精度最优,成果优于3cm;在丘陵区,通过适当增加已知水准成果纠正,可得到较好的转换精度,大部分成果精度优于5cm;而在高山区,存在较大偏差,应顾及地形均衡和重力异常等因素影响,来提高高山区的似大地水准面转换精度。综上所述,EGM2008在广西存在一定系统误差,剔除系统误差后,可在广西新一代似大地水准面成果优化中得到较好应用。     

基于Airy-Hesikannen均衡模型的莫霍面反演

本文主要针对利用Airy -Hesikannen均衡假说构制不同地形区域包括平原、丘陵、和小、中、大、特大山区以及高原地区的重力异常时 ,其均衡模型参数 -地壳正常厚度在任何地区均不变而导致的均衡归算精度不高的缺陷 ,推导了基于Airy -Hesikannen均衡模型反演莫霍面的公式 ,并进行了相应的数值检验 ,根据此公式可统计出不同地形区域的均衡模型参数 ,以期提高均衡异常的计算精度     

由SGM100i质量分析看SELENE的贡献

月球重力场是研究月球演化和深部构造的基本物理量,也是低轨月球卫星精密定轨的关键。SELENE以高-低卫星跟踪卫星模式历史上首次获得了月球背面重力场直接观测数据。与GLGM-3相比,增加了SELENE跟踪数据的SGM100i在各方面表现出较高的精度:其位系数误差阶方差在15～30阶减小超过10倍,最大达到66倍(15阶);位系数与地形的相关性系数在50～70阶高达0.9,而GLGM-3只有0.6～0.7;基于SGM100i计算的重力异常和月球大地水准面起伏也更好地揭示了月球背面与环形地形相关的重力场特征,从而验证了SELENE 4程Doppler数据对于月球重力场解算的贡献。     

重力均衡与地形波长——兼论均衡理论不适宜于珠峰重力值的推估

150多年来，重力均衡的理论已得到很大的发展，均衡异常与大地水准面差距在地球科学诸多学科中已得到了广泛的应用，各种均衡理论及其相应的重力异常在各种文献中已作了比较和评论；不同波长地形的重力效应，包括短波长的地形不能构成补偿也作了进一步研究。因此，在局部场中不宜用均衡补偿的方法作山区重力点值的推估，而曾经仅用地形（高程）的数据推估珠穆朗玛峰顶上的重力倒是适合的。     

基于遗传Elman神经网络进行矿区GPS高程拟合

目前,城市、平原地区的似大地水准面建立精度已经达到厘米级,但在矿区进行高程拟合时,由于地面高低起伏没有规则,其似大地水准面的拟合精度并不理想。针对此问题,本文提出利用遗传算法优化Elman神经网络的方法精化似大地水准面,采用移去-恢复法对残差进行建模,使用EGM 2008地球重力场模型和地形起伏信息来精化求解似大地水准面和参考椭球面之间的高程异常,同时着重分析了地球重力场模型以及地形变化信息对高程异常求解的重要性,并使用某矿区实测数据(GPS、水准)对所提方法进行验证,实验结果表明:文中所提方法的精度要优于二次曲面拟合模型和单一Elman模型,其外符合精度达到了1.14 cm,可以代替四等水准测量。     

利用改进的Stokes-Helmert边值理论解算高精度似大地水准面

利用改进的Stokes-Helmert边值问题实现了临沂市厘米级似大地水准面精化。首先,基于Stokes理论和Molodensky理论,联合精密确定地表及其外部扰动引力位的严密解算理论,给出Stokes-Helmert边值问题的数学描述,以及直接地形影响和间接地形影响的严密理论表达式;然后,利用多源观测资料,根据"移去-恢复"技术构建临沂高精度的重力似大地水准面模型;最后,利用GPS/水准高程异常对重力似大地水准面模型进行控制拟合,求得最终的大地水准面模型,其外符合精度达到1.6 cm。     

利用嫦娥二号微波辐射计数据的全月亮温制图

中国嫦娥绕月卫星在世界上首次搭载了微波辐射计,用于获取不同深度月壤的微波辐射亮温,而这正是月壤厚度研究和月壤表层参数信息反演的基础。基于嫦娥二号的微波辐射计2C级数据,建立4个频率通道(3.0、7.8、19.35、37.0GHz)在不同纬度下的亮温日变化模型,并通过该模型对亮温数据进行时角校正,得到了正午时刻的全月微波亮温图。结合CCD影像和DEM数据比较的结果表明,处理后的亮温数据很好地反映了月球的地形特征及月表的反射率信息。基于高频的亮温数据对月球亮温异常区域进行了分析,发现其都是哥白尼纪的新鲜撞击坑。     

顾及测站点上重力场信息的大地水准面高的拟合方法

利用测站点上的重力测量信息,根据Bruns公式研究了大地水准面高的变化特性,得出垂线偏差是大地水准面相对水准椭球面倾斜的线性改正,重力异常是大地水准面相对水准椭球面弯曲的线性改正,以及地形起伏效应构成大地水准面高的二阶变化等结论.在此基础上,提出了顾及测站点上重力场信息的大地水准面高的拟合方法,并分析了该方法相对于二次曲面函数拟合的优越性.     

河源市cm级似大地水准面模型的确定

综合利用地球重力场模型、数字高程模型、重力数据和高程异常数据,采用"移去-恢复"法和三次多项式拟合算法,确定了河源市cm级似大地水准面模型;研究了地形复杂的城市级似大地水准面模型计算的关键技术难点,并提出了优化方法。     

不同月球重力场模型的比较与分析

针对3个不同时期解算的月球重力场模型特点,对重力场模型的功率谱和地形相关性进行了分析。基于LP150Q、SGM100i和GL0660B月球自由空气重力异常的比较,研究分析了月球重力场的特征。结果表明,所有的重力场模型都能很好地反映月球正面的重力场特征。基于星间Ka波段测速数据解算的GRAIL系列模型不仅分辨率得到了较大的提高,而且能更好地反映月球背面的重力场信息。