月球重力场对月球内部结构研究的作用

月球是人类深空探测的首要目标,而月球的内部结构则是我们了解月球与地月系形成与演化的重要窗口.相比于其他物理场,月球重力场模型具有全球均匀覆盖、精度和分辨率持续提高的特点,在月球内部结构研究中扮演着重要作用.本文对月球重力场在月球内部结构研究中发挥的作用进行了论述,包括月壳、月幔以及月核,其中重点介绍了高阶次重力场模型对...     

基于大倾角卫星轨道跟踪数据的月球重力场模型仿真解算

本文针对已有月球探测任务主要为极轨的特点,仿真分析了大倾角轨道卫星跟踪数据在月球重力场解算中的贡献.文中针对极轨道、77°倾角和极轨道结合77°倾角轨道三种情况各三个月的轨道跟踪数据进行了月球重力场模型仿真解算,通过重力场功率谱、基于解算模型位系数协方差矩阵的重力异常及月球大地水准面误差以及精密定轨等手段对解算模型进行了精度评价.结果表明结合大倾角的轨道可以较为明显地改进月球重力场模型的计算精度.     

月球探测中若干问题的研究及进展

本文主要介绍了在第二次探月高潮中对于月球重力场、月球天平动、月球耗散效应等月球物理特性的研究成果,以及建立月球参考框架以及布设月面控制网等月球大地测量方面的方法和进展,并探讨了月球探测过程中应用到的相关技术,最后,对月球探测的进一步发展做出展望.     

基于新近数据的月球地形、重力场及内部构造研究进展

月球地形、重力场和内部构造不仅对于研究月球起源和发展具有重要意义,而且对月球探测器轨道的飞行控制、月球着陆器的着陆区选择也有重要的影响.本文首先回顾了月球地形观测的方法和模型,并对新近嫦娥一号和Kaguya/Selene得到的地形模型做了分析和比较.其次,讨论了新近月球重力场研究的现状,并给出了综合新近及既往数据解算重力场的方法.最后,分析了综合地形和重力场,并给出利用新近数据研究月球内部构造的进展.     

空间跟踪技术的发展对月球重力场模型的改进

本文基于绕月卫星跟踪技术的三种模式,即地面跟踪模式、高低跟踪模式和低低跟踪模式,将月球重力场的发展历程分为四个阶段.分别介绍了各阶段跟踪模式的主要原理、技术特点以及所获取的具有代表性的重力场模型,并对这些模型的精度特征进行了评述.进而,通过分析不同阶段重力场模型所获取的月球重力异常特征和精度、不同阶段重力场模型的定轨精度,阐明了:空间跟踪技术的进步,极大地提高了月球重力场模型的精度,并且,有效地促进了对月球物质结构特征的认识和绕月卫星定轨的可靠性.最后对月球重力场模型中尚存在的问题以及探测技术的发展前景进行了分析和展望.     

在嫦娥一号探月工程中求定月球重力场

月球重力场制约着近月外空间物体的运动,同时环月飞行器的运动也反映了月球重力场的作用. 本文结合我国嫦娥一号探月工程,探讨了利用月球卫星的地面跟踪资料,求定月球重力场的基本理论和方法,分析了环月卫星的轨道高度、地面跟踪采样时间间隔和跟踪精度等对求定月球重力场的影响. 若单独利用我国嫦娥一号探月工程的地面跟踪数据,恢复30阶次左右的月球重力场模型是一个比较实际的目标. 地面跟踪最好能以75s的时间间隔进行采样,数据连续提供时间应不少于30个昼夜,月球卫星星下点的月面轨迹间距不大于110km.     

基于绕月单卫星和双星测量的月球重力场恢复仿真分析

月球重力场是月球科学研究的重要部分,是进一步了解月球内部结构和构造的基础,也是我国探月计划“嫦娥工程”一个重要的科学研究内容.本文针对“嫦娥工程”,利用GSFC/NASA/USA的GEODYNII/SOLVE轨道分析软件,分析计算了利用单星跟踪数据恢复月球重力场的能力,同时模拟计算了双星跟踪数据在恢复月球重力场方面的能力,结合可能的工程环境我们对两种情况分别给出了30天、60天和90天的计算结果.计算表明双星相比于单星对月球重力场的中低阶位系数有比较显著的改善.     

中国月球探测促进月球与行星科学创新发展

月球一直是人类探测太阳系的起点和首选目标.中国的探月工程(嫦娥工程)于2004年立项启动,目前已成功完成了“绕、落、回”三步走的探测规划.围绕地月空间环境、月表物质、形貌、地质构造、月球次表层结构与内部结构、月球的起源与演化等当前月球科学研究的基本问题取得了一系列瞩目的研究成果,进一步加深了人类对于月球的认识.文章简要回顾了中国探月工程的发展历程,对主要研究成果和科学认识进行了总结,并对中国月球与行星探测的未来发展做出了展望.     

基于嫦娥一号跟踪数据的月球重力场模型CEGM-01

本文介绍了嫦娥一号月球探测卫星轨道跟踪数据的特征,简要阐述了基于动力法精密定轨解算月球重力场模型的原理及策略.在嫦娥一号测控数据精度和覆盖均有限的条件下,独立使用嫦娥一号月球探测器6个月的在轨运行双程测距测速跟踪数据,成功得到了50阶次月球重力场模型CEGM-01.通过多种方式,如重力场模型频谱特性、实测数据定轨残差、月球重力异常特征、与地形的相关性及导纳值,对解算得到的CEGM-01月球重力场模型进行了精度评价,分析了相应的物理特性和效果.结果表明了CEGM-01解算过程的有效合理.在此基础上展望了我国月球重力场探测未来可能的发展方向.     

月球探测计划中影像数据的格式

月球影像数据是研究月球的地貌、地表形态,绘制全月地形图以及进行各种相关科学研究的基础.早期的Lunar orbiter,Apollo,Surveyor基本是以模拟影像格式传回地球,经过扫描后以照片形式发布.Clementine 的数据是通过PDS中心,以PDS的形式发布的.影像数据的保存与发布格式应遵循以下原则：数据格式要便于经常更新和补充;能够在各种平台和各不同目的使用人群中方便地使用;要符合国际标准,方便处理,能够与以前多次探测计划得到的数据结合使用.为中国嫦娥工程的影像数据格式提出建议.     

月球南北两极研究进展与发展趋势

本文着重对上世纪90年代开始的对月探测中关于月球南北两极的一些研究结果进行了综述,包括地质地貌,水冰及其光照条件等问题.笔者认为,在未来的对月球两极的探测活动中,获取月球两极更高空间分辨率的地形和地质等数据是非常重要的,而与此相关的光照,温度及同月球基地建设相关问题等研究将是主要的研究方向,且必将随着各国探测进程的发展取得更多和更深刻的认识.     

GOCE Gravity Field Processing Strategy

A processing strategy and the corresponding software architecture for the processing of GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) observables is presented and described, with the major objective to compute a high-accuracy, high-resolution spherical harmonic model of the Earth's gravity field. The combination of two numerical solution strategies, i.e. the rigorous solution of the corresponding large normal equation systems applying parallel processing (on a PC cluster) as the core solver, and the fast semianalytic approach as a quick-look gravity field analysis (QL-GFA) tool, is proposed. Such a method fusion benefits from the advantages of the individual components: the rigorous inversion of the system providing also the full variance-covariance information, and the quickness enabling the consecutive production of intermediate gravity field solutions, for the purpose to analyse partial and incomplete data sets and to derive a diagnosis of the performance of the GOCE measurement system. The functionality and operability of the individual components are demonstrated in the framework of a closed loop simulation, which is based on a realistic mission scenario both in terms of the orbit configuration and the coloured measuring noise. Special concern is given to the accuracy of the recovered coefficients, the numerical behaviour, the required computing time, and the particular role of the individual modules within the processing chain. In the case of the core solver, it is demonstrated that the assembling and rigorous solution of large normal equation systems can be handled by using Beowulf clusters within a reasonable computing time. The application of the quick-look tool to partial data sets with short-term data gaps is demonstrated on the basis of several case studies. Additionally, the spectral analysis of the residuals of the adjustment is presented as a valuable tool for the verification of the noise characteristics of the GOCE gradiometer.     

地球重力场时变性的研究进展

地球重力场是表征地球内部、表面或外部各点所受地球重力作用空间的物理属性.地球重力场不仅存在着空间变化而且存在着时间变化.从空间观测，地球重力场是地球系统质量分布的结果，质量在地球系统内的传输和变化将在地球重力场的变化中反映出来.重力场的时变有长期变化、季节性变化、不规则变化和其他多尺度的变化.本文主要介绍了时变的地球重力场领域近年来的研究进展，归纳和描述了引起地球重力场时变的主要因素.     

山东地区重力场时空动态演化特征

系统分析了山东地区1996—2010年期间流动重力测量资料,研究了重力场的时空动态演化特征。区域重力场总的趋势变化为山东地区以正值变化为主,鲁南地区变化平稳,幅度较小,胶东地区变化幅度稍大,胶东西部尤其潍坊西到滨州方向,重力变化以每年7×10-8m/s2的平均速率呈逐年递增的趋势。从近两年开始监测并引入绝对重力观测以来,变化最大的地区主要集中在鲁中北部(淄博—大山)方向。     

华南地区时变重力场建模实验和异常分析

陆面时变重力测量是监测地壳内部密度变化和物质运移的重要手段。为确定华南时变重力观测网络的场源监测能力和重力场变化特征,本文采用球面六面体单元构建重力场模型,开展重力场建模实验,对比不同建模方法与噪声条件下的局部重力场恢复效果,并对2015—2017年来5期实测流动重力观测数据进行计算和分析。结果表明,最小二乘配置方法的建模效果和抗噪声干扰能力较好。华南重力测网在地表等效可观测信号约±30×10^-8 m/s²的条件下,场源空间分辨能力约为55 km;实际重建的2015至2017年重力场累积变化基本趋势较一致,重力负异常在不同时间尺度下表现为持续增强和积累,且在局部出现正负波动的周期性变化。本文研究结果对评价陆地重力数据质量,指导地震重力观测网络系统改造升级,客观地开展重力场变化解释、分析强震孕育和物质变迁等科学问题具有重要的参考价值。     

北天山中段近期重力场变化特征研究

利用北天山中段最新的流动重力观测数据,通过整理计算平差,绘制该地区半年和一年尺度的重力场变化图像;选取横跨北天山中段乌鲁木齐、独山子两条测线,并分别绘制其重力剖面变化图;结合北天山中段地区动力构造环境,剖析该地区重力变化特征及其与地震孕育之间的关系。分析表明:北天山中段地区重力异常变化值不大,重力变化等值线图和剖面变化图均能较好地反映重力场随时空变化特征;北天山中段动态重力变化特征基本反映了该地区动力构造运动的外部环境;研究区域内的重力场空间格局分布特征较清晰,其重力变化具有明显的分区特征,山体和盆地之间的重力变化具有显著差异,山体与盆地边缘正负重力变化交替出现,且变化相对较平稳。     

辽宁地区时变重力场源变化特征分析

地震重力分析通过研究时变重力场变化获取地球内部介质物性变化信息。采用贝叶斯重力网平差方法对辽宁地区2011—2014年共计四年7期的流动重力观测资料进行处理,对研究区重力观测网总体监测能力做出分析,选用欧拉反褶积对研究区的重力变化场源深度及空间分布特征进行反演和解释。通过反演计算发现,在2013年灯塔M_S5.1地震前沈阳—辽阳地区重力变化较大,形成高梯度带,反映该地区地震活动性增强;而欧拉反褶积计算反演地下介质场源深度在10～40 km,与地震实际发生深度相符,且集中在断裂带附近。本研究可为研究辽宁地区深部孕震环境特征提供一定参考。     

山西地区几次地震前后的重力场变化

选取了山西测网1997年—2006年重力复测资料,主要研究了重力点值特征和重力场变化情况,认为,重力场变化与山西境内的地震有较好的对应关系。     

Steric Sea-Level Change and its Impact on the Gravity Field caused by Global Climate Change

It is sometimes assumed that steric sea-level variations do not produce a gravity signal as no net mass change, thus no change of ocean bottom pressure is associated with it. Analyzing the output of two CO₂ emission scenarios over a period of 2000 years in terms of steric sea-level changes, we try to quantify the gravitational effect of steric sea-level variations. The first scenario, computed with version 2.6 of the Earth System Climate Model developed at the University of Victoria, Canada (UVic ESCM), is implemented with a linear CO₂ increase of 1% of the initial concentration of 365 ppm and shows a globally averaged steric effect of 5.2 m after 2000 years. In the second scenario, computed with UVic ESCM version 2.7, the CO₂ concentration increases quasi-exponentially to a level of 3011 ppm and is hold fixed afterwards. The corresponding globally averaged steric effect in the first 2000 years is 2.3 m. We show, due to the (vertical) redistribution of ocean water masses (expansion or contraction), the steric effect results also in a small change in the Earth’s gravity field compared to usually larger changes associated with net mass changes. Maximum effects for computation points located on the initial ocean surface can be found in scenario 1, with the effect on gravitational attraction and potential ranging from 0.0 to −0.7·10⁻⁵ m s⁻² and −3·10⁻³ to 6·10⁻³ m² s⁻², respectively. As expected, the effect is not zero but negligible for practical applications.     

鲁西重磁场异常变化特征的综合分析

从时间上和空间上系统地分析了山东西部及邻区流动重磁资料的变化特征,着重对鲁西测区地磁资料自2001年观测以来的变化特征详细地阐述,并与冀鲁豫交界地区重力资料进行了对比,结合地震活动关系进行探讨,发现鲁西重磁场具有显著的阶段性特征,这可能反映了地震不同孕育阶段的特征,为以后深入分析重磁场变化特征的相关性及变化机理研究奠定基础。