武汉基准台气压对重力潮汐观测的影响

武汉基准台超导重力仪观测重力残差和台站气压的相关分析结果表明,重力残差信号主要是由气压变化引起的。本文在频率和时间域内分别测定了大气重力导纳值,结果说明在时域内的导纳值为－０．３０７μＧａｌ／（１Ｇａｌ＝１ｃｍ／ｓ＾２）,而在频域内的大气重力导纳值变化范围在０．３￣０．５μＧａｌ／ｈＰａ之间,这一结果与理论模拟计算相符。对实测资料作气压改正的结果表明气压改正效果非常显著,各频段内的观测残差振幅均有     

海潮负荷对自由核章动参数拟合的影响

基于武汉基准台超导重力仪重力潮汐观测资料 ,利用根据不同海潮模型获得的负荷重力改正值对观测数据作海潮改正 ,拟合了地球自由核章动 ( FCN)共振参数。结果表明 FCN的本征周期为 435 .2恒星日 ,品质因子为 4730 ,复共振强度为 ( - 6.34× 1 0 - 4,- 0 .0 9× 1 0 - 4)°/h。不同的海潮模型对 FCN本征周期和共振强度实部计算结果的影响很小 ,差异分别不超过± 1 .6%和± 7.7% ,对品质因子 Q值和共振强度虚部拟合结果的影响非常显著。基于 Ori96全球海潮模型得到的重力改正值可以很好地解释武汉基准台周日重力潮汐观测残差。     

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。     

大气负荷引起的重力与位移变化理论计算的精度估计

讨论了实测大气观测资料计算气压变化引起的重力和位移效应的精度问题。基于区域分布的实测资料和格林函数褶积计算方法 ,讨论了数据网格划分、气压平均估值、空缺数据插值和不同地球模型对重力和位移负荷效应理论计算精度的影响。结果说明 ,在气压采样时刻 ,大气变化对重力、垂直和水平位移的计算精度分别为± 0 .1 95μGal( 1 Gal=1 cm/ s2 )、± 0 .0 43 cm和± 0 .0 1 2 cm,对提高重力、GPS、SL R和 VLBI观测结果精度大有裨益。但在非大气观测采样时刻 ,特别是寒潮和气压旋变化激烈时刻 ,内插数据精度没有保证 ,上述各分量的误差较大     

利用卫星重力梯度数据确定地球重力场的单层位模型

本文提出了处理卫星重力梯度数据以确定高分辩力重力场模型的单层位法并对其中的独立估计法进行了误差分析，数字结果显示：当卫星高度为200km，卫星数据网格宽度为15′，卫星重力梯度数据的精度为2×10~(-3)E时，利用独立估计法可得到分辩力为1°×1°（100km）的全球重力场模型，其重力异常精度小于1（mgal）；若卫星高度降至160km，卫星重力梯度数据的精度达到3×10~(-4)E，则获得的重力场模型的分辩力可提高到0.5°×0.5°（50km），其重力异常精度仍小于1（mgal）。     

卫星测高数据的沿轨迹重力异常反演法及其应用

本文给出了一套基于直角坐标系下的垂线偏差求解重力异常公式 ,并将之发展成为一套新的沿轨迹重力异常求解公式。与其他方法相比 ,本方法无须求解交叠点处沿轨迹和跨轨迹方向的海面高斜率 ,仅需计算沿轨迹方向的海面高斜率 ,因而更为简洁、有效 ,而且分辨率可以更高并可与真正的沿航迹实际船测重力相比较、验证。据此 ,利用 Geosat/GM、ERS-1 /35天及TOPEX/Poseidon三种测高数据 ,反演了南中国海域 (0°～ 2 5°N,1 0 5°～ 1 2 2°E)的 2′× 2′重力异常—— IGG-S。通过与实际船测资料和国际同行提供的重力模型相比 ,IGG-S总体精度达到1 0× 1 0 - 5ms- 2。     

超导重力数据检测到的2011年日本东北大地震(Mw 9.0)震前重力异常及同震重力变化

高精度的超导重力数据已广泛应用于地球动力学的研究,对大地震前重力异常和同震重力变化的探测有助于震源机制和地震预警的研究,同时高精度的同震观测数据可用于断层滑动模型的反演。本文利用日本、中国及欧洲7个超导台站2011年3月的秒采样数据研究日本东北大地震（M_w 9.0）产生的重力变化,经潮汐、气压、漂移等预处理改正后,得到改正后的重力变化。对比同时段日本岛附近发生的2861次M_b≥4级地震,分析滤波后的重力变化数据,排除非主震的影响,发现0.12 Hz≤f≤0.18 Hz频段显示了明显的震前重力异常扰动信息,所有台站在震前89 h均开始出现重力异常扰动,Medicina站的震前最大异常扰动振幅达到28×10^-8 m/s²。另外,利用球形位错理论及地震的CMT解计算得到的地表同震重力变化理论值与超导重力观测值非常接近,同震重力变化绝对值与震中距成反比,近场站点的观测值比远场站点更接近于理论计算值,前者可作为断层反演的约束条件。     

利用卫星资料研究中国南海海底地形

基于海洋重力异常与海深之间的密切关系 ,推导了利用FFT技术由重力异常计算海深的模型 ;利用该模型联合卫星测高数据和海洋重力资料反演了中国南海 2 .5′× 2 .5′海底地形 ;探讨了各种地球物理信息对于反演海底地形的影响     

南极地区的重力固体潮观测与研究

研究了三台高精度LCR弹簧重力仪 (G5 89,ET2 0和ET2 1 )在南极长城站和中山站的重力潮汐数据 ,在武汉国际重力潮汐基准系统中确定了该地区的重力潮汐参数。研究了海潮负荷问题 ,经海潮改正后的观测结果与理论值间存在较大差异 ,说明海潮模型的不确定性。讨论了气压和温度变化对重力观测的影响。结果表明 ,气压重力导纳值随信号频率增加呈明显的下降趋势 ,可能存在“反变气压计”效应 ,而温度重力的影响主要集中在长周期频段。     

武汉和京都台站超导重力仪高精度潮汐重力观测结果

利用高精度潮汐重力场观测研究地球物理学和地球动力学问题已成为当今地学工作者的共识.由于某些信号十分微弱且具有区域和全球分布特征,相当一部分信号被混合在常规仪器的观测噪声水平上,因此获得全球分布的第一手高精度观测资料显得尤为重要.超导重力仪具有精度高,连续性和稳定性好等特征,期望能在测定区域和全球重力场的精细结构方面发挥重要作用.有18个台站参加的全球地球动力学合作项目于1997年7月份开始实施,其主要目的是解决诸如固体潮、地核近周日晃动、核模、地球自转和极移,地球和大气海洋的耦合机理以及由构造运动引起的重力场变化等热点问题.我们曾研究过中比法三国的超导重力仪潮汐观测资料,获得了欧洲和亚洲不同地区潮汐常数及分布特征.本文将利用武汉和日本京都三台超导重力仪观测资料研究亚洲地区大陆和海岛上的潮汐波振幅因子和相位滞后的时间变化特征以及各参数的误差估计等,同时将检测由大气和海潮变化产生的重力信号.文章分数据处理方法、潮汐参数测定、大气重力信号、海潮重力信号、潮汐参数的时间变化、非潮汐重力场变化特征等几方面叙述.     

Results of three year observation with a superconducting gravimeter at the GeoForschungsZentrum Potsdam

The superconducting gravimeter (SG) TT70 has been continuously recording gravity data at the GeoForschungsZentrum (GFZ) Potsdam absolute gravity site since July 1992. The recorded data are edited and preprocessed by spike and step detection and elimination and gap filling. An atmospheric pressure correction is carried out on gravity data in the time domain with a complex admittance before tidal fitting. The atmospheric pressure admittance is calculated from tide free output of SG data and local atmospheric pressure using the cross spectral method. The ground water level admittance is determined by a single coefficient. Improvements with these corrections are shown in analysis results. New tidal parameters for Potsdam site are determined and compared with recordings of an Askania spring gravimeter at a nearby site. Deviations against the Wahr-Dehant-model are shown. Polar motion data of the IERS (International Earth Rotation Service, Paris) are used to calculate variations of centrifugal acceleration caused by polar motion (pole tide). These are compared with the corrected tide free output of SG series. For drift determination the polar motion correction is applied on SG data. The nutation period equivalent to the Earth's Nearly Diurnal Free Wobble is calculated from the SG data with a value of T_FCN = (437.4 ± 1.5) sidereal days. This result is compared with those obtained from other SG stations. Received 19 December 1995; Accepted 13 September 1996     

我国陆海统一似大地水准面构建的三维重力矢量法

基于重力场水平分量-垂线偏差对地形信息敏感的特点,根据边值理论由重力与地形数据确定格网垂线偏差模型,在此基础上,首先利用三维重力矢量-格网垂线偏差与格网重力异常,联合格网高程数据求得格网点间高程异常差,然后通过GPS/水准点的控制,构成紧密的几何条件,进行严密平差,从而获得高分辨率、高精度似大地水准面的数值模型。按照本文方法,利用我国6600多个GPS/水准点、1'×1'的格网垂线偏差、格网重力异常、格网高程数据,整体平差计算了我国陆海统一的似大地水准面模型,经GPS/水准点检核,全国似大地水准面的绝对精度达到了4 cm,相对精度优于7 cm。     

用大地测量方法分析三江地区运动态势

本文利用绝对重力测量、重力场、形变和GPS测量资料浅析该地区水平和垂直形变态势。用5′×5′实测资料编绘了布格异常图,编绘了1975～1997年川西垂直形变速率图及多年绝对重力变化图等。经分析研究有以下初步结果：1.重力异常等值线展布形态与构造格局一致,由北向南倾。此外,还发现了一条东西向异常梯级带,估计是一条未被证实的东西向断层,且是一条与构造活动密切相关的断层,应予以关注;2.布格异常等值线的舌状态势反映了川滇菱形断块南南东向楔入的运动状态。另外断层若是水平错断,则在布格异常图上没有梯级带表现;3.研究结果表明,川西地区的垂直形变是以隆升为主的继承性运动,北部山区的隆升速率大,由北向南,垂直形变速率绝对值减小。滇西的垂直形变速率与绝对重力的时间变化率基本呈逆相关。洱源、丽江位于隆升速率大的地区,也是绝对重力变化负值大的点,下关则位于垂直形变速率平缓的零值附近,它的绝对重力变化值也最小。     

大气负荷响应计算误差估计模型

用数理统计技术，建立格林函方法计算大气变化引起重力和形焦等效应的精度评定模型，并利用中国及其邻区的大气观,蛭大气误差常数和一个计算方案的精度估计，其结果与固体潮汐检测在不同气候条件下的响应情况相一致，该系统也可应用于格林函数积分形式的其它物理模型的误差估计。     

空中重力异常代表误差在空域和频域的比较分析

在空域,利用严密的向上延拓公式将地面重力数据上延至空中不同高度,而后与相应的地面重力数据比较从而得到不同高度的代表误差.在频域,构建了新的代表误差模型,计算了不同高度、不同分辨率下的代表误差.实际算例表明,在空域,对于地形平坦区域,在1 km高度以下,5'空中重力数据直接代表地面重力数据的误差小于1×10-5 m/s2...     

Wavelet filter analysis of local atmospheric pressure effects on gravity variations

An efficient method is proposed for the analysis of atmospheric pressure effects on gravity variations. It processes gravity and pressure signals using an orthogonal filter bank derived from high-degree Daubechies wavelets. The method introduces the atmospheric pressure admittance, which is both time- and frequency-dependent, and thus provides more information about when and how the frequency components in the pressure signal influence gravity variations. We demonstrate the efficiency of the wavelet method by applying it to observations from the Wuhan (China) superconducting gravimeter station. The analysis of gravity and pressure signals in 14 sub-bands with different bandwidths covering a frequency range from 0.176 to 720 cpd (cycles per day) reveals that local atmospheric pressure fluctuations start to induce obvious effects on gravity variations in the seismic band 0.52–1.04 mHz (periods 16 to 32 min) and highly correlate with gravity variation in the long-period seismic mode band 0.26–0.52 mHz (periods 32–64 min). The harmonics of solar-heating-induced atmospheric tides play a leading role in interfering with the variation of gravity residuals in the frequency band 0.704–11.25 cpd (periods 128 min to 1.42 day). Local atmospheric pressure effects on gravity variation are very strong in the frequency band 0.176–0.704 cpd (periods 1.42–5.69 day). Accurately filtering quarter-diurnal tides into a narrow band further demonstrates the efficiency of the wavelet method. After removing secular gravity changes and long-period atmospheric pressure variations, we show that there are obvious variations of local pressure admittance on time scales of hours to days. We also reveal seasonal variability of pressure admittances in the band 0.176–0.352 cpd (periods 2.84–5.69 day) after removing the effects of solar-heating atmospheric tides.     

海洋重力场特征统计模型计算与分析

海洋重力场特征参数在地球重力场逼近计算和海上测量优化设计中具有重要的应用价值。基于卫星测高重力在海域具有覆盖范围广且分布均匀的独特优势,提出了利用最新卫星测高重力数据集开展海洋重力场特征统计模型计算和分析的研究方案,给出了代表误差和协方差函数模型参数的计算公式,定义并研究了海洋广义布格重力异常的变化特征,提出了等精度和非等精度拟合经验协方差函数的计算模型。利用中国近海及西太平洋海区超过50万个5'×5'方块的1'×1'网格卫星测高重力异常数据,首次计算得到一组有代表性的中国周边海域重力场特征统计模型参数,较好地揭示了海洋重力场有别于陆地重力场的变化特征,利用海面船测重力数据对计算结果进行了可靠性检核,提出了相应的模型参数修正方案和使用建议。     

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。     

水文气象因素对中国北疆流动重力变化的影响

水文气象因素引起的重力变化是影响地震重力变化成果解释的重要因素。以中国北疆地区为研究区域,借助全球陆地数据同化系统（global land data assimilation systems,GLDAS）全球水文模型数据、大气模型数据,计算2016-01—2017-12时段内水文气象因素对研究区域的重力影响。计算结果表明,陆地水影响的年变化为1.3 μGal,两期陆地水影响空间分布的差异低于1 μGal;大气影响的年变化为8 μGal,两期大气影响空间分布的差异达到6 μGal。利用2016-04、2016-08和2017-06三期流动重力测量数据,对比扣除水文气象因素前后的重力变化,可以看出,在中国北疆流动重力数据处理中,大尺度水文因素可以不予考虑,气象因素应予考虑。同时,为更好分析流动重力变化,建议流动重力测量过程中同时开展测点附近的土壤湿度、大气气压等观测。     

重力网的分段线性动态平差

为研究重力场的时变特性,考虑到我国全国重力网布设和观测的现状,引入一种分段线性动态平差模型,用于流动重力网的平差处理。与传统静态平差模型相比,该模型可以得到更可靠的重力场变化特征。为验证模型的有效性,对我国全国重力网数据和模拟数据分别进行了动态平差和静态平差处理。结果显示,对于全国重力网数据,两种平差方法得到的重力变化率的平均差值为13.4×10~(-8)m·s~(-2)/a,最大差值达50×10~(-8) m·s~(-2)/a,且动态平差精度明显优于传统静态平差。对于模拟数据,动态平差结果中80%以上的平差值与理论值差值在1×10~(-8) m·s~(-2)/a以内,只有两个差值超过2×10~(-8)m·s~(-2)/a,而静态平差结果中只有44.4%的平差值与理论值差值在1×10~(-8) m·s~(-2)/a以内,差值超过2×10~(-8) m·s~(-2)/a的占21%。因此,本文提出的分段线性动态平差模型与传统静态平差模型相比能更有效地反映真实重力场的变化信息。