GRACE時變重力場的解算和精化.pdf

1、1.本文詳細闡述了GRACE Level1b(L1b)觀測數(shù)據(jù)的特征、軌道積分中背景力模型的使用方法、利用變分方程方法矯正軌道的細節(jié)以及球諧基函數(shù)解算地球時變重力場的理論?；谝陨瞎ぷ?，本文利用GRACE高精度K波段星間測速數(shù)據(jù)KBRR(K-band range-rate),結(jié)合德國格拉茨大學發(fā)布的運動學軌道和GFZ發(fā)布的簡化動力學軌道作為兩種偽觀測值,分別解算了2005～2010年60階球諧基全球時變重力場模型Hust-IGG01與H

2、ust-IGG02。發(fā)現(xiàn)基于運動學軌道結(jié)合KBRR解算的模型Hust-IGG01優(yōu)于基于簡化動力學軌道結(jié)合KBRR解算的模型Hust-IGG02：Hust-IGG02 在主要質(zhì)量變化區(qū)域上存在5％-10%信號低估，而Hust-IGG01能完全達到國際主流機構(gòu)利用GPS觀測數(shù)據(jù)的解算水平。
　　2.本文于國內(nèi)外首度使用Shannon類型徑向基函數(shù)RBF成功獲取了2009～2010年90階無約束全球時變重力場RBF模型Hus

3、t-IGG03，以及正則化全球時變重力場RBF模型Hust-IGG04。通過與GRACE官方數(shù)據(jù)處理中心GFZ發(fā)布的最新90階球諧基時變模型RL05a進行對比，結(jié)果表明：(1)無約束RBF模型Hust-IGG03和GFZ RL05a在空域和頻域表現(xiàn)基本一致；(2)正則化RBF模型Hust-IGG04無需進行后處理濾波已經(jīng)顯示較高信噪比，噪音水平接近于球諧基模型GFZ RL05a經(jīng)400km高斯濾波后的效果；(3)Hust-IGG04相比

4、400km高斯濾波GFZ RL05a在周年振幅圖和趨勢圖上顯示出更多的細節(jié)信息，并且呈現(xiàn)出更強的信號幅度，如在格陵蘭冰川融化趨勢估計上Hust-IGG04比GFZ RL05a提高了24.2%。以上結(jié)果均顯示RBF方法有助于進一步挖掘GRACE觀測值所包含的時變重力場信息。
　　3.本文進一步對海平面方程SLE(sea level equation)進行了研究，并將其作為物理約束首創(chuàng)了MRBF算法，成功的精化了當前GRACE解算結(jié)果

5、，有效的降低了信號泄漏。由于陸地水的波動變化或者冰川消融等質(zhì)量遷移情況，全球海平面會根據(jù)海洋自吸引模式SA(self attraction)進行被動響應(yīng)，從而達到新的全球水平衡。本文在RBF建模過程中加入了該物理約束，創(chuàng)造了新的各向異性局部基函數(shù)MRBF。以MRBF為基礎(chǔ)，我們成功獲取了2005～2010年90階正則化全球時變重力場模型Hawk-MRBF。數(shù)值結(jié)果表明，在陸海邊界區(qū)域，重力場信號的分辨率得到提高，尤其海上信號泄漏得到明顯

6、控制，陸地信號得到一定程度恢復(fù)，如在格陵蘭冰川融化趨勢估計上Hawk-MRBF模型比無物理約束Hust-IGG04正則化模型提高了約4%-6%。
　　4.大氣海洋去混頻模型AOD是決定GRACE時變重力場解算精度的重要因素之一，本文主要對目前已有的大氣去混頻模型進行了比較和分析，主要包括GFZ發(fā)布的模型ATM，波恩大學(University of Bonn)發(fā)布的ITG3D模型，以及歐空局(European Space Agenc

7、y)發(fā)布的ESM模型。通過對星間測距測速觀測值的殘差(KBRR-residuals)分析,本文發(fā)現(xiàn):(1)與ATM相比，ESM和ITG3D導(dǎo)出的2006年KBRR-residuals的RMS值可分別下降2nm/s和2.5nm/s,并且從全年KBRR-residuals的空間分布上看，ESM和ITG3D模型分別在全球78.4%和78.9%的地方優(yōu)于ATM模型；（2）本文通過每天的KBRR-residuals和等效水高EWH(equival