利用高精度GNSS水准及垂线偏差数据分析重力场模型的误差特性

高精度的GNSS水准及垂线偏差等数据对全面评定重力场模型精度具有重要意义.本文利用美国GSVS2011、GSVS2014项目高精度的GNSS水准及垂线偏差等数据,通过谱组合方法分析了DIR-R5、GOCO05S和TIM-R5等具有代表性的重力场模型的可靠阶次,并分别与EIGEN-6C4形成组合模型DIR-R5-Com、GOCO05S-Com、TIM-R5-Com,在此基础上,进而分析了EGM2008、EIGEN-6C4与3个组合模型的误差特性.实验结果表明:(1)DIR-R5、GOCO05S和TIM-R5模型截断至220阶以前是可靠的;(2)整体上,重力场模型沿经圈走向(GSVS2011)的高程异常和垂线偏差精度要优于沿纬圈走向(GSVS2014)的精度;(3)重力场模型垂线偏差卯酉圈分量的精度要优于子午圈分量的精度;(4)模型高程异常在经圈上的相对精度整体上要优于在纬圈上的精度.     

利用MPI并行算法实现球谐综合的效率分析

分析了求解地球重力场参量的球谐综合计算公式,引入数组预存再调用方法来避免传统算法中对cos（mλ）、sin（mλ）及勒让德函数的递推系数的重复计算问题,并结合MPI（message passing interface）并行技术来提高计算效率。实验采用2 160阶次的EGM2008模型,以DELL PowerEdge R730服务器和超算“天河二号”为计算平台,计算了分辨率1°和5'的网格重力异常。结果表明,数组预存再调用的方式减少了中央处理器（central processing unit,CPU）的计算工作量,但同时增加了内存的访问次数,适用于CPU性能一般而内存频率较高的计算平台。MPI并行技术可充分发挥计算机的多核优势,并在进程个数等于逻辑CPU的个数时获得最大加速比。     

航空矢量重力测量水平分量向下延拓的输入输出法

研究航空矢量重力水平分量向下延拓的输入输出法,并以EGM2008计算的东向分量为例进行仿真实验,在不同的噪声水平下对比分析单输入单输出法和双输入单输出法的向下延拓效果。实验结果表明,当东向分量的精度为1.5 mGal时,单输入单输出法和双输入单输出法均能实现稳定向下延拓;当东向分量的精度为6 mGal时,单输入单输出法的延拓效果不可靠,而双输入单输出法能实现稳定向下延拓。     

利用GPS/水准数据检核EGM2008重力场模型的精度

介绍最新的超高阶地球重力场模型EGM2008,该模型的阶次完全至2 159,空间分辨率约为5′(约9 km).利用三个区域的GPS/水准数据,采用GPS/水准点检核法和高差检核法对该模型的精度进行统计分析,结果表明,EGM2008模型用于正常高转换的精度明显优于360阶的EGM96以及EIGEN-GL04C模型;而用于正常高差转换时,在地形起伏较大的测区,精度优于其他两个模型,在平坦测区,三个模型的精度基本相当.     

利用动力学法标校CHAMP卫星加速度计数据

给出了用于标校CHAMP卫星加速度计数据的动力学法，并推导了相应的计算公式。该方法不受先验地球重力场模型的影响，具有在求解住系数的同时对加速度计数据的尺度和偏差进行标校的优点。计算结果表明，该方法能明显改善重力场模型的恢复精度。     

GPS高程异常拟合的降维处理算法

探讨了基于拟合误差方程病态的降维处理算法 ,以期得到稳定的解。该方法的本质是截尾正则化算法 ,并利用实测数据进行了验证。结果表明 ,本方法非常有效。     

剩余地形模型高程异常计算的积分法及精度分析

以构建剩余地形模型高程异常的数字地形模型的分辨率及其参考面的选择为研究对象,系统分析两者对剩余地形模型高程异常计算效率及精度的影响。实验结果表明：1）将DTM2006.0模型作为参考面时,在海岸带区域产生较大的误差,而在陆地与RET2012和RET2014模型的计算结果相差不大;2）在构建我国东部地区剩余地形模型高程异常时,为保证计算效率及精度,计算时内外圈的积分半径分别取50 km和200 km,SRTM数据的分辨率分别采用7.5″和15″,参考面模型使用RET2012。     

利用GRACE重力卫星观测数据反演全球时变地球重力场模型

本文基于短弧长法开发了一套由低轨卫星数据解算重力场的系统ANGELS（ANalyst of Gravity Estimation with Low-orbit Satellites）,成功用GRACE Level1B数据解算出全球时变重力场模型（第一版IGG-CAS系列模型）,并与国际三大知名重力卫星相关研究机构：美国德克萨斯大学空间中心CSR （Center for Space Research）、德国GFZ地学研究中心（GeoForschungsZentrum）和美国宇航局JPL喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）发布的全球时变重力场模型（RL05模型）进行了详细的比较分析.通过每阶大地水准面差距的对比结果表明,IGG-CAS模型的精度接近RL05模型的精度.对以上四家机构在2004-2010年的时变重力场模型经过相同的去条带和高斯滤波处理,可以发现四家GRACE反演陆地水时变信号的空间分布十分接近,在长江流域反演的陆地水时变信号,两两之间的相关系数均大于0.8.通过反演撒哈拉沙漠干旱地区的时变信号来评估反演的精度水平,IGG-CAS、CSR-RL05、GFZ-RL05和JPL-RL05反演结果的均方差分别为1.5 cm、1.1 cm、1.1 cm和1.2 cm等效水柱高.综合表明IGG-CAS时变重力场反演模型的精度接近于目前国外主要机构最新公布的时变重力场模型.     

EIGEN-CG01C用于GPS高程转换的精度分析

介绍了综合CHAMP、GRACE卫星数据和地面重力数据得到的最新重力场模型EIGEN-CG01C,利用GPS水准数据探讨了该模型用于GPS高程转换的精度问题,并同EGM96模型进行了比较。统计结果表明:在我国西部某区域(2000km×2000km)的范围内、点间距100km的情况下,该模型用于GPS高程转换的精度约0.7m;在我国中、东部的3个小区域算例中,该模型的精度分别约0.13m、0.05m和0.06m,均优于EGM96模型的精度。     

利用新版GRACE时变模型反演珠江流域陆地水储量变化

本文以CSR05、GFZ05、JPL05、ITSG-Grace2016、CSR06、GFZ06、JPL06及ITSG-Grace2018等8种GRACE时变重力场模型作为研究对象,通过300 km高斯滤波和Swenson方法等数据处理策略去除时变模型的噪声,反演2005-01~2012-12珠江流域的陆地水储量变化,并利用ITSG-Grace2018模型、GLDAS水文模型、降水数据、实测地下水数据等资料对珠江流域的陆地水储量变化进行综合分析。结果表明：1）3大官方机构发布的2006版GRACE时变模型的解算精度较2005版有显著改善,ITSG-Grace2018模型的精度也较ITSG-Grace2016有一定的改善,且新版在不同时变模型间的差异更小;2）ITSG-Grace2018模型反演的珠江流域陆地水储量整体呈上升趋势,其季节性变化特征与GLDAS水文模型、降水数据及地下水测井监测数据具有较好的一致性。