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Moho面扰动重力梯度信息的提取

在运用重力和重力梯度资料反演Moho面时,关键步骤之一即是从原始测量信号精确提取只包含该层面单一密度信息的扰动(异常)值。本文主要工作有:1为减小GEMMA Moho团队的点质量模型计算误差而采用正演精度更高的空间域Tesseroid单元体和频谱域球谐分析与综合方法,并对这两种方法进行了结果对比;2如何合理利用地壳先验模型资料。本文中最后提供了基于GOCO03S模型可以用于后续Moho面反演的重力梯度主对角线分量的全球扰动值,并对所有试验数据进行了讨论和分析。     

利用先验重力场模型对GOCE卫星重力梯度观测值进行校准分析

GOCE卫星任务搭载了高灵敏度的重力梯度仪,其观测值用于恢复高精度高分辨率的地球重力场。本文利用EIGEN-5C、EGM2008、GOTIM3、GGM03S高精度全球重力场模型,确定了GOCE引力梯度张量的对角分量观测值(Vxx、Vyy、Vzz)的校准参数,分析了比例因子的稳定性,并讨论了相同模型不同阶次、同阶次不同模型以及是否估计漂移参数对比例因子、偏差参数及校准观测值的影响。研究表明比例因子的稳定性在10-4的量级,利用250阶的EIGEN-5C模型和EGM2008模型校准得到观测值的差异小于10-4 E,远远小于观测误差,以1d为周期估计校准参数时,是否估计漂移对校准结果的影响达到0.4E。同时,校准前后观测值差异的频谱说明校准过程主要影响Vxx、Vyy、Vzz观测值的低频部分,即来自先验重力场模型的中低(150)阶次,考虑到GOCE引力梯度的观测频带,校准后的观测值可用于恢复中高频的重力场信号。     

融合GOCE和GRACE卫星数据的无约束重力场模型Tongji-GOGR2019S

本文在法方程层面融合GOCE卫星的V_xx、V_yy、V_zz和V_xz重力梯度分量观测数据和GRACE卫星观测数据,采用直接法解算了220阶次的重力场模型Tongji-GOGR2019S.首先利用ⅡR带通滤波器在5~41 mHz的重力梯度带宽范围内对约24个月的GOCE重力梯度观测方程进行无相移滤波处理,并组成解算220阶次重力场模型的法方程,各梯度分量根据相对于参考模型统计精度进行定权;然后与13.5 a GRACE数据建立的180阶次Tongji-Grace02s重力场模型的法方程进行叠加,解算了220阶次的无约束纯卫星重力场模型Tongji-GOGR2019S.利用EIGEN-6C4重力场模型、GNSS/水准数据、DTU15重力异常数据以及欧洲区域似大地水准面模型EGG2015等数据对Tongji-GOGR2019S模型精度进行全面的检核评定,结果表明：引入GOCE卫星梯度数据后,高于72阶的位系数精度优于Tongji-Grace02s模型,Tongji-GOGR2019S模型的整体精度接近同阶次的DIR-R6等GOCE卫星第6代模型.     

GOCE Quick-Look Gravity Solution: Application of the Semianalytic Approach in the Case of Data Gaps and Non-Repeat Orbits

The satellite mission GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer), the first Core Mission of the Earth Explorer Programme funded by ESA (European Space Agency), is dedicated to the precise modelling of the Earth's gravity field, with its launch planned for 2006. The mathematical models for parameterizing the Earth's gravity field are based on a series expansion into spherical harmonics, yielding a huge number of unknown coefficients. Their computation leads to the solution of very large normal equation systems. An efficient way to handle these equation systems is the so-called semianalytic or lumped coefficients approach, which theoretically requires an uninterrupted, continuous time series of observations, recorded along an exact circular repeat orbit. In this paper the consequences of violating these conditions are analyzed. The effects of an interrupted observation stream onto the estimated spherical harmonic coefficients are demonstrated, and an iterative strategy, which reduces the negative influence depending on the characteristics of the data gaps, is proposed. Additionally, the impact of an imperfectly closing orbit (non-repeat orbit) on the gravity field model is analyzed, and a strategy to minimize the corresponding errors is presented. The applicability of the semianalytic approach also to a joint inversion of satellite-to-satellite tracking data in high-low mode (hl-SST) and satellite gravity gradiometry (SGG) observations is demonstrated, where the analysis of the former component is based on the energy conservation law. Several realistic case studies prove that the semianalytic approach is a feasible tool to generate quick-look gravity solutions, i.e. fast coefficient estimates using only partial data sets. This quick-look analysis shall be able to detect potential distortions of statistical significance (e.g. systematic errors) in the input data, and to give a fast feedback to the GOCE mission control.     

GOCE卫星重力探测任务

通过分析利用卫星观测技术恢复地球重力场的现状与不足,论述了实施GOCE任务———地球重力场和稳态海洋环流实验的必要性;并阐述了GOCE任务的发展历史及现状、基本特点、组成部分、重力梯度测量原理、数据处理过程、误差特性,以及该任务在固体地球物理学、大地测量学、海洋学、冰河学等地球物理相关科学领域中的应用。     

重力梯度仪的发展及其应用

随着欧空局GOCE项目的进一步深入及相关技术报告的公布,人们对该卫星及其有效载荷有了更多的了解,尤其是倍受关注的核心器件重力梯度仪有了更多认识的机会,本文在跟踪当前欧空局研制中的星载重力梯度仪的测量原理、仪器设计的基础上进行了综合、分析和总结,以期对该领域的研究有更清晰、深入的了解,同时为国内进行该领域研究的机构提供可能的参考.     

我国东部海域高精度地转流的确定方法

针对目前带有高频信息的全球稳态海面地形模型的计算过程比较复杂的问题,该文采用移去恢复法,对由全球海面高模型得到稳态海面地形模型添加高频信息,并用新模型计算我国东部海域的地转流,分析其精度。结果表明:使用卫星重力场模型GOCE_TIM5,全球平均海面高模型CNES-CLS15,计算出分辨率为15′×15′我国东部海域的地转流,高频信息不明显;采用移去恢复法,利用GOCE_TIM5模型、CNES-CLS15模型、全球稳态海面地形模型CNES-CLS13,得到相同分辨率我国东部海域的地转流,与未采用移去恢复法相比,其结果中细节信息明显,与全球实测浮标数据更为接近,其精度与由全球稳态海面地形模型CNES-CLS13得到结果相当。     

扰动重力梯度的非奇异表示

在局部指北坐标系中用地心球坐标来表示扰动重力梯度张量,当计算点趋近于两极时,由于Legendre函数的一阶和二阶导数以及分母上所含余纬的正弦函数,将导致扰动重力梯度张量的计算出现无穷大。因此,本文引入了Legendre函数的一阶和二阶导数以及 无奇异性的计算公式,并且进一步推导了 无奇异性的计算公式。在将Legendre函数的一阶和二阶导数以及 、 无奇异性的计算公式代入到扰动重力梯度张量各分量的求解中时,又充分考虑了m等于0,1,2以及其它量时的复杂情况,建立了扰动重力梯度张量各分量无奇异性的详细计算模型。通过模拟实验表明,本文所建立的详细计算模型不仅能够完全满足当前卫星重力梯度张量计算的精度要求,而且模型稳定、可靠、易于编程实现。     

GOCE地球重力场模型在青藏地区的评价及分析

2009年GOCE卫星升空以后,卫星重力梯度数据参与解算的GOCE系列重力场模型已有多家研究机构相继公布。本文分别采用青藏地区的GPS/水准和重力异常实测数据对GOCE重力场模型进行了外部测试,并在重力异常验证过程中引入了一种新的滤波方法,验证结果表明在青藏地区GOCE重力场模型相比其它系列模型的优势在于中波段。同时,探讨了GOCE重力场模型与其他系列模型在青藏地区主要差异值的空间分布以及首次利用统计分析方法找出模型之间主要差异值的阶次分布,得出如下结论：模型之间的较大差异值在空间水平方向上主要分布在喜马拉雅山脉、天山等地形起伏较大的区域,在垂直方向上主要集中在岩石圈。