基于Laplace方程的垂线偏差法反演全球海域重力异常

海洋重力场模型反演的质量主要依赖于采用测高数据的精度、空间分辨率和数据分布密集程度。本文联合Geosat GM/ERM、ERS-1 GM/ERM、TOPEX/Poseidon、Envisat、Cryosat-2、Jason-1 ERM/GM和SARAL/AltiKa等多种测高观测数据集,深入比较了多种波形重跟踪算法的效果,回波数据重跟踪处理后的沿轨海面高标准差。统计表明,Sandwell算法优于MLE-4算法、Davis阈值法、改进阈值法和β参数拟合法;基于不同测高数据波形重采样的结果给出了沿轨海面梯度计算中低通滤波的参数选择方法,并采用Sandwell提出的垂线偏差法,反演了全球海域1′×1′的重力场模型。检核表明,反演结果与DTU13和SIO V23.1模型检核的差值均方根分别为3.4、1.8 mGal,与NGDC船测数据的检核精度为4～8 mGal,且本文模型在部分典型海区内精度更优。     

根据地球重力场模型计算网格剩余垂线偏差

本文介绍一种根据重力场模型计算网格剩余垂线偏差的方法，导出了一组计算完全正规化连带勒让德函数积分的实用公式，经卫星测高数据处理的实际应用，证明这种方法是有效的。     

论地形垂线偏差中央区贡献的计算

本文根据Ｎｏｗｔｏｎ‘ｓ引力公式，推导出地形垂线偏差的求积公式，通过奇异积分变量变换，推出了一些新的地形垂线偏差计算公式，这些新的计算公式，有效的处理了中央区的奇异积分问题。     

ENVISAT测高卫星沿轨大地水准面梯度的海洋垂线偏差法研究

研究了利用沿轨大地水准面梯度数据计算海洋垂线偏差的最小二乘法,首先对ENVISAT测高数据进行各项地球物理改正得到近似测高大地水准面,然后计算沿轨大地水准面的梯度,接着用最小二乘法计算格网垂线偏差东西分量和南北分量的平均值。最后,用该方法计算了南中国海区域及其邻近海域(4°N～25°N,104°E～120°E)的5′×5′垂线偏差南北分量和东西分量,其精度优于7″,并与EGM96模型计算的垂线偏差值进行了比较,证明了该方法的有效性。     

卫星测高的垂线偏差格网化方法研究

针对卫星测高技术反演海洋重力场需要解算格网垂线偏差,不同的格网化方法影响垂线偏差的解算精度与空间分辨率的问题,结合Shepard格网化方法与沿轨最小二乘方法的优势提出了一种新的格网化方法,即基于Shepard 权函数的沿轨最小二乘方法.采用CryoSat-2卫星约7年的数据,选取中国黄海和南海及其周边海域作为研究区域,分别利用基于交叉点的Shepard法、距离加权沿轨最小二乘法和基于Shepard权函数的沿轨最小二乘法解算1'×1'格网的垂线偏差.将不同方法得到的结果与EGM2008模型的垂线偏差进行比较,利用本文提出的方法解算的1'×1'格网垂线偏差精度最高.研究表明,在基于Shepard权函数的沿轨最小二乘方法在垂线偏差格网化中是可靠的,且该方法可获得高精度结果.     

联合多种测高数据确定中国边缘海及全球海域的垂线偏差

联合多种测高资料,基于EIGEN_CG01C重力场模型,采用沿轨迹加权最小二乘方法确定了中国边缘海和全球海域格网垂线偏差(IGG2006_DOV),中国海域整体精度优于1.2″,满足了反演高分辨率、高精度海洋重力场对测高垂线偏差的精度要求。在南海海域,基于测高垂线偏差解算的重力异常与船测重力进行了外部检核,精度达到7.75 mGal。     

同步激光测高数据的垂线偏差解算与分析

针对传统的垂线偏差计算过程中东西分量与南北分量差异过大的问题,提出了利用新型ICESat-2海面高数据获取高精度东西分量的方法,选定南中国海域(0°～23°N、103°～120°E)作为试验区域,基于ICESat-2 ATL12海表面高度数据产品进行垂线偏差解算.与此同时,采用XGM2019e_ 2159模型检核,对比同时间序列长度的Jason-2解算结果,分析了ICESat-2多波束同步观测模式的垂线偏差解算优势.数值试验表明:ICESat-2获取的海面高观测值精度优于传统雷达测高模式,计算的沿轨垂线偏差精度与Ku波段测高模式相当.ICESat-2中间束强波束的垂线偏差解算精度优于两侧强波束,并且多波束组模式首次提供了跨轨方向的同步观测数据,解算的跨轨垂线偏差精度可靠,可以提升垂线偏差东西向分量的确定精度.     

联合多代卫星测高数据建立高分辨率浙江近海垂线偏差模型

联合多代卫星测高数据,研究共线平均理论,在时域上削弱测高数据短波误差影响。基于EGM2008重力场模型及DTU10海面地形模型,采用沿轨迹加权最小二乘方法,确定浙江近海2.5′×2.5′分辨率格网点垂线偏差子午分量ξ和卯酉分量η,将所得计算结果与EGM96、EGM2008、ITG-Grace2010s模型值进行比较。结果表明:浙江近海垂线偏差模型与EGM2008模型的精度较为相近,在子午圈及卯酉圈上的RMS分别为±0.15320″、±0.63061″。     

中国西太平洋海域1′×1′垂线偏差模型及精度评估

联合多种测高数据和重力异常数据,设计了观测点距离和测高精度融合的定权方法,采用最小二乘方法和Vening-Meinesz公式,分别构建了西太平洋海域(0°N—40°N,105°E—145°E)1′×1′网格化垂线偏差数字模型。选取两个不同特征区域,将垂线偏差的两个数字模型和EGM2008模型三者进行相互比较分析。结果表明:卯酉分量η的均方根差大于子午分量ξ的均方根差,海底地形复杂的南海特征区域的垂线偏差均方根差大于西太平洋中部的均方根差,构建的两个垂线偏差模型总体均方根差优于1.6″。     

我国陆地垂线偏差的精化计算

主要阐述了全国局部地形改正和1′×1′平均法耶异常的计算方法;重力资料充分地区和重力资料不充分地区的垂线偏差计算方法。用214个天文点的天文大地垂线偏差与本文相应方法计算的垂线偏差的不符值,算得的4地区垂线偏差中误差平均值小于±2″。     

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。     

Determination of Geoid over South China Sea and Philippine Sea from Multi-satellite Altimetry Data

A new computational procedure for derivation of marine geoid on a 2.5′×2.5′grid in a non-tidal system over the South China Sea and the Philippine Sea from multi-satellite altimeter sea surface heights is discussed. Single-and dual-satellite crossovers were performed, and components of deflections of the vertical were determined at the crossover positions using Sand-well's computational theory, and gridded onto a 2.5′×2.5′resolution grid by employing the Shepard's interpolation procedure. 2.5′×2.5′grid of EGM96-derived components of deflections of the vertical and geoid heights were then used as reference global geopotential model quantities in a remove-restore procedure to implement the Molodensky-like formula via 1D-FFT technique to predict the geoid heights over the South China Sea and the Philippine Sea from the gridded altimeter-derived components of deflec-tions of the vertical. Statistical comparisons between the altimeter-and the EGM96- derived geoid heights showed that there was a root-mean-square agreement of ±0.35 m between them in a region of less tectonically active geological structures. However, over areas of tectonically active structures such as the Philippine trench, differences of about -19.9 m were obtained.     

卫星测高在物理大地测量应用中的若干问题

总结了卫星测高在物理大地测量领域的应用，描述了卫星测高数据逼近地球重力场、确定海面地形、改善卫星轨道参数以及求解重力异常的数学模型和数学原理。     

利用卫星测高与验潮站数据监测越南近海海平面变化

利用卫星测高和验潮站资料计算分析了越南近海海平面变化。结果表明,两种数据得到的海平面变化过程具有很好的同步性,其中,由测高数据计算得到的1993-2015年越南近海整体上升速率为3.18 mm/a,沿岸验潮站海平面上升速率为4.1 mm/a。在整个验潮站观测时段,越南沿海海平面呈上升趋势,平均上升速率为3.02 mm/a。越南近海海平面表现为较强的季节性特征,在红河和湄公河三角洲沿岸地区,极易受到风暴潮和洪水等季节性气候的影响。     

根据多卫星高度计海面高数据推算南中国海及菲律宾海域重力异常

t Gravity anomalies on a2.5 ×2.5 arc-minute grid in a non-tidal system were derived over the South China and Philippine Seas from multi-satellite altimetry data. North and east components of deflections of the vertical were computed from altimeter-derived sea surface heights at crossover locations, and gridded onto a 2.5 × 2.5 arc-minute resolution grid. EGM96-derived components of deflections of the vertical and gravity anomalies gridded into 2.5 × 2.5 arc-minute resolutions were then used as reference global geopotential model quantities in a remove-restore procedure to implement the Inverse Vening Meinesz formula via the 1D-FFT technique to predict the gravity anomalies over the South China and Philippine Seas from the gridded altimeter-derived components of deflections of the vertical. Statistical comparisons between the altimeter-derived and the shipboard gravity anomalies showed that there is a root-mean-square agreement of 5.7 mgals between them.     

联合卫星测高和海洋物理数据计算近海稳态海面地形的可行性分析

在系统论的指导下 ,以测量平差中一个浅显的例子作对比 ,巧妙地阐述了联合卫星测高和海洋物理数据计算近海稳态海面地形的可行性 ,进而将可行的计算方案归结为具有本质联系的三类。     

西太平洋海域卫星测高重力垂直梯度分布

从地球重力场基本理论出发,推导了重力垂直梯度计算的数值积分公式,并利用由多颗测高卫星联合反演的2'×2'海洋重力异常资料,解算了西太平洋海域重力垂直梯度.将计算所得的重力异常垂直梯度与现有资料进行比较,其差值均方根为±10.08E,表明两者精度相当.此外,还对差值大小和空间分布进行了深入分析.     

利用卫星测高空间技术建立数字化海洋

论述了卫星测高空间技术的主要特征、科学意义及其在军事和经济建设领域的重要价值，阐明了国内外测高卫星系统的发展现状及利用卫星测高空间技术建立数字化海洋所取得的成果，分析卫星测高目前的研究方向，提出了发展我国卫星测高空间技术以及利用该技术建立数字化海洋的一些建议。