反演地表质量变化的附有方差约束的径向点质量方法

针对目前径向点质量方法在反演GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment)时变地球重力场信号时条带噪声和泄漏误差较大的问题,本文提出了一种附有方差约束的径向点质量方法(Variance Constrained Radial Point-Mass Method,VCPM).该方法利用质量块的先验方差信息设计正则化矩阵对质量变化反演进行空间约束,同时为了解决单一的正则化参数不能适应全球质量变化大小不均匀的问题,构建了迭代的正则化处理策略.为了检验VCPM方法的可靠性,本文反演了2003-01-2014-11全球地表质量变化,并与GRACE球谐位系数法、GLDAS2.1水文模型、CSR (University of Texas Center for Space Research,德克萨斯大学空间研究中心)与JPL (Jet Propulsion Laboratory,喷气推进实验室) RL06 Mascon数据在全球的均方根误差、长期趋势、周年振幅以及局部的冰冻圈、陆地流域质量变化进行了对比分析.结果显示VCPM与CSR Mascon在全球、陆地和海洋区域的RMSE按面积加权平均值分别为2.12 cm、4.16 cm和1.25 cm,在全球和陆地区域均低于CSR Mascon与JPL Mascon的相应RMSE (2.22 cm和4.62 cm),在海洋区域仅略大于CSR Mascon与JPL Mascon的RMSE (1.18 cm);在8个陆地流域和内陆海域的时间序列对比中,VCPM与两种Mascon数据在扣除季节项和趋势项后的相关系数在绝大多数区域仍能达到0.86以上;另外相对于传统点质量方法和球谐位系数法,VCPM能有效抑制南极和格陵兰岛等区域的泄漏误差.这表明本文所提出的VCPM方法可以有效去除条带误差、抑制海陆信号泄漏且大幅提高反演结果的精度和空间分辨率,从而为计算高精度高分辨率地表质量变化提供了一种可供选择的有效途径.

     

TriP软件非差几何法精密定轨精度分析

以TriP软件作为非差定轨解算的软件,通过设置不同的截止高度角和采用不同的定权策略,解算了部分GRACE卫星的星载接收机实测数据,通过结果分析得到了较优的截止高度角和定权函数估计策略。利用TriP软件采用较优的估计策略解算得到了4个月的GRACE卫星定轨结果,将其与JPL中心提供的轨道进行了对比分析。结果表明,TriP软件的几何学定轨精度为5～6 cm,与目前国内外几何学定轨精度在同一量级。     

基于GRACE数据估计近年喜马拉雅冰川质量变化

基于CSR发布的GRACE时变重力场模型RL05数据,在频域上计算得到2002~2014年喜马拉雅山冰川质量变化。扣除GIA和水文模型影响后,喜马拉雅地区的冰川质量变化整体上呈现加速消融的趋势,消融速率约为-8.26±4.61 Gt/a,加速度约为-3.54±1.25 Gt/a2。     

联合GPS和GRACE数据分析陕甘宁地区地表垂直形变

采用甘肃省CORS网和中国大陆构造环境监测网络中共48个台站的GPS观测数据，解算得到观测台站的垂直位移，并与GRACE时变重力场Mascon模型解CSR RL05M数据计算得到的垂直形变进行比较，分析区域地表垂直形变特征。结果表明，研究区内台站垂直形变存在局部特征，甘肃庆阳和平凉地区垂直形变与其他地区存在明显差异，相关系数、均方根减少量和周年信号减少量均高于其他地区；扣除趋势项后，观测台站GPS垂直位移与GRACE垂直形变时间序列相关系数均值为0.72，GPS和GRACE周年信号振幅均值分别为6.00 mm和3.70 mm，周年信号减少量和均方根误差减少量均值分别为0.51和0.29；研究区内GPS垂直位移和GRACE垂直形变时间序列一致性较强，GRACE垂直形变能有效解释50%以上的GPS垂直位移周年信号，GPS垂直位移时间序列包含的非构造形变中平均约29%来源于环境负载变化所引起的负荷形变。     

利用COST-G GRACE时变模型反演黄土高原陆地水储量变化

综合利用COST-G GRACE时变重力场模型、降水、气温、GLDAS模型中地表水、实测浅层地下水和NDVI等多源数据,分析2002-04~2016-12黄土高原陆地水储量的时空变化特征,并利用偏最小二乘回归方法定性分析黄土高原陆地水储量变化的驱动因素。结果表明：1)研究时段内黄土高原陆地水储量具有上升-下降-平缓下降的变化特征,山西省陆地水储量亏损趋势明显;2) 2004~2009年采煤用水、人类生活用水和植被作用是黄土高原陆地水储量下降的重要因素,2010~2016年工业用水、人类生活用水和气温上升是黄土高原陆地水储量下降的重要因素。     

GRACE与SLR J_2项时间序列的小波分析

利用小波功率谱分析和离散小波变换,对CNES/GRGS、CSR、GFZ等研究机构发布的GRACE时变重力位模型的J2项时间序列进行了周期分析和特征提取,并与利用SLR跟踪数据获得的J2项时间序列的分析结果进行了比较,结果显示:SLR跟踪数据获得的J2项相较GRACEJ2项具有更明显的季节性变化特征.GRACE 时变重力位模型的J2项中混淆进了161天的周期信号,是由海洋潮汐模型中存在的太阳半日分潮S2项的误差引起的.     

GRACE时变重力数据后处理方法评价

针对GRACE Level2卫星时变重力数据后处理方法如何评价的问题,该文以中国数字地震观测网络获得的青藏高原地区地面重力变化图像为参考,基于平均结构相似性等图像相似度指标,研究了与该区域地面重力观测同期、不同后处理方法得到的GRACE卫星重力变化图像的可靠性。结果显示,GRACE卫星重力和地面重力观测结果具有一定的可比性,滑动窗口去相关滤波和高斯400 km滤波的组合方法可以获得最优的处理效果。本文的方法和结论对GRACE及GRACE Follow-On卫星重力数据应用中后处理方法和参数的选取有一定的借鉴意义。     

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Precise orbit determination for the GRACE mission using only GPS data

The GRACE (gravity recovery and climate experiment) satellites, launched in March 2002, are each equipped with a BlackJack GPS onboard receiver for precise orbit determination and gravity field recovery. Since launch, there have been significant improvements in the background force models used for satellite orbit determination, most notably the model for the geopotential. This has resulted in significant improvements to orbit accuracy for very low altitude satellites. The purpose of this paper is to investigate how well the orbits of the GRACE satellites (about 470 km in altitude) can currently be determined using only GPS data and based on the current models and methods. The orbit accuracy is assessed using a number of tests, which include analysis of orbit fits, orbit overlaps, orbit connecting points, satellite Laser ranging residuals and K-band ranging (KBR) residuals. We show that 1-cm radial orbit accuracy for the GRACE satellites has probably been achieved. These precise GRACE orbits can be used for such purposes as improving gravity recovery from the GRACE KBR data and for atmospheric profiling, and they demonstrate the quality of the background force models being used.