卫星重力

摘要： 插值数据的精度会影响反演重力场时的精度,插值方法则成为制约数据精度的关键因素。研究牛顿插值、切比雪夫多项式拟合在重力卫星数据插值中的适应性。分别使用牛顿插值和切比雪夫多项式拟合进行实验,分析轨道中3点、5点、7点、9点、11点和13点的插值精度,探究切比雪夫多项式拟合在不同插值点数下的最优拟合阶数,对比了牛顿插值和切比雪夫多项式拟合这2种插值方法。实验结果表明,牛顿5点插值和7点插值效果较好,各分量精度达到微米级;切比雪夫多项式拟合在最优拟合阶数下,精度同样达到了微米级。对于重力卫星轨道数据插值研究来说,切比雪夫多项式拟合的插值精度优于牛顿插值。

摘要： 揭示海平面变化成因有助于深入认识当前的全球气候变化,并做出积极应对。空间大地测量技术及海洋浮标观测极大地促进了对全球及区域海平面变化成因的研究,有效弥补了海洋模式对长期趋势估计不准确的缺点,有助于理解海平面长期趋势及年际变化的驱动因素。本文系统回顾了近20年关于海平面上升成因的研究进展,分析了陆地质量迁移不同成分对海平面上升的贡献。多源观测数据表明,海水质量增加贡献了2/3的海平面上升,其余1/3由海水热膨胀引起。由于气候变暖趋势没有减弱,陆地冰川消融和海水热膨胀均伴随加速度变化。这些研究成果不仅极大地提升了对当前海平面变化的认识,而且有助于约束对未来海平面上升的预测。最后,讨论了海平面变化成因研究中面临的困难与挑战:①在局部尺度上,使用观测数据尚不能完全揭示海平面长期趋势变化成因;②2016年后,全球平均海平面平衡方程的闭合差显著增大。

摘要： 地震的发生会造成巨大的破坏和损失,大地测量技术能观测地震形变和反演地震断层的错动情况,对于减少地震灾害具有非常重要的现实意义。GNSS技术已广泛用于震源参数的反演工作,但对于发生在海域的地震,由于GNSS站点往往位于陆地一侧,导致对断层的约束 能力有限。卫星重力技术因其全天候、全球覆盖、连续性,以及不受地域地形限制等诸多特点,可弥补海洋一侧常规观测不足。联合GNSS和GRACE两种观测手段反演震源机制,可进一步提高反演海域地震的震源参数。为此,论文基于GRACE和GNSS观测的同震和震后形变,联合反演了断层参数和地幔黏滞性系数等,主要成果如下。

摘要： 粗差探测是大地测量数据处理过程中的重要环节.通过实验模拟生成一类典型大地测量观测数据的粗差,将生成含有白噪声和粗差的观测数据作为数据集,通过K-Means均值聚类算法对数据进行聚类,依据粗差数量约占观测值总数的1％,实验中选取参数5作为该算法的聚类中心个数,远离聚类中心的数据可被认为是粗差,因此粗差的探测成为研究重点.研究结果显示,该粗差探测方法的准确率为88.17％,对海量大地测量观测数据的预处理具有应用价值和科学意义.

摘要： 利用GRACE(gravity recovery and climate experiment)和GRACE-FO重力卫星数据,反演了2002年8月至2020年4月间念青唐古拉山脉冰川质量变化,并结合光学遥感技术对念青唐古拉山脉西段冰川面积和储量变化进行估计.结果表明:①研究时段内念青唐古拉山脉冰川整体呈退缩趋势,2013年之后消融速度有所增加.②通过与夏季温度变化和降水异常对比,能够发现温度变化与冰川消融曲线相关性较好,降水在研究时段内持续减少,说明温度升高和降水减少是念青唐古拉山脉冰川质量常年亏损的主要原因.③念青唐古拉山脉西段冰川面积2003—2017年间共减少了72.30 km2,年均减少速率为5.16 km2/a,海拔5600～5800 m区间内冰川面积退缩最为明显.④卫星重力和光学遥感技术协同应用可以优势互补,既能快速定位变化剧烈的区域,又能对冰川信息进行精准提取,从而实现从大范围到小区域的多尺度监测.目前,两种技术联合应用方面仍存在一些不足,有待进一步研究.

摘要： 青藏高原隆升对中国、亚洲乃至世界的气候都有着重要影响,研究青藏高原地壳隆升速率具有重大意义.本文利用2004—2015年期间高覆盖度的卫星重力数据,通过去除陆地储水的重力效应获得地壳隆升引起的重力变化速率,基于直立长方体垂直运动与重力变化的关系模型反演了该区域的地壳隆升速率分布.研究结果表明在300 km的空间尺度下青藏高原隆升速率分布具有不均匀的特点,表现为以冈底斯山—唐古拉山—鲜水河断裂带为界线,其两侧的速率差异较大.位于界线以南,沿喜马拉雅推覆构造带的区域平均隆升速率为2.01±0.87 mm·a-1,其中西侧的印度板块与东侧的缅甸板块隆升速率分别为～2.43 mm·a-1、～2.89 mm·a-1,位于两板块之间的区域隆升速率为～0.69 mm·a-1;位于界线以北,除了天山区域和华北板块的隆升速率为～1 mm·a-1,其他区域隆升现象不明显,其速率为～0 mm·a-1.我们发现存在两条均穿过正断裂带区域的隆升速率梯度带,其中一条为从加德满都到塔里木盆地,其恰好穿过青藏高原内部的正断裂带,另一条为从那加山到四川盆地,其恰好穿过大理正断裂带.本文反演的青藏高原隆升速率与以往观测到的GPS结果有很好的一致性,为青藏高原隆升、地壳增厚等科学问题提供理论支持.

摘要： 为掌握中国西南地区近一年内的水资源变化情况,采用GRACE--FO重力卫星数据及GLDAS水文模型数据研究了该区域内陆地水、地表水及地下水储量的时空变化,并结合降水数据进行了分析.结果 表明:①陆地水和地表水均呈现出明显的季节性变化,其中在夏季及秋季呈现上升的趋势,而在春季和冬季呈现出下降的趋势;②西南地区的陆地水和地下水在2018年6月至2019年9月期间整体呈现出下降的趋势,二者的年变化趋势分别为(-1.87±0.82)cm/a和(-2.15±0.96)cm/a;③降水是陆地水和地表水季节性变化的主要原因,且是2019年云南干旱的主要原因.

摘要： 我国是海洋大国,大陆海岸线长达1.8万多千米,拥有约300万平方千米的管辖海域。海洋孕育着地球生命和人类文明,蕴藏着极其丰富的自然资源。当前,我国正在实施海洋强国建设战略,海洋在我国社会发展和经济建设中的战略地位日益突出。海洋测绘是发展海洋经济和维护海洋权益的重要保障,以海洋和内陆水域为对象,提供水体、水底和沿岸等的地理信息,能为建设海洋强国提供基础支撑信息。但传统以船测为主的海洋测绘手段获取的信息难以覆盖全球,时效性差。卫星测高、卫星重力、卫星导航定位等卫星大地测量技术开启了观测和认识海洋的新纪元,能提供大范围、全天候的观测数据。让我们一起走进:海洋测绘和内陆水域监测的卫星大地测量关键技术及应用。

摘要： GOCE is the first modern satellite,which carried a gravity gradiometer measuring the earth gravity filed with high accuracy by the differential measurements of the accelerometers.Its along track is in a drag-free status and the accelerometers are off-center mounted.These characteristics make GOCE a significant difference from the standard satellite-satellite tracking(SST)technique.In this paper,the problem of non-strictness in the common mode acceleration calibration of GOCE is pointed out first and, then the schemes to calibrate six accelerometers individually to separate the bias parameters are presented.The precise kinematic orbit of GOCE is used in the accelerometer calibration and drag-free control system evaluation by the dynamics method.Some fundamental results are achieved.Firstly, although the neutral atmosphere density at the altitude of GOCE orbit is higher than that of GRACE satellites with two to three orders of magnitude,the residual non-conservative force of the GOCE satellite along the track is one order of magnitude lower than the corresponding component of the GRACE satellites, which shows the compensation effect of the drag-free control system fully.Secondly,it can be concluded that the drag-free control system has a significant effect on the determination of GOCE's velocity by comparing the orbital velocity interpolated from the position and integrated with the orbit dynamics. Thirdly,the non-conservative force acting on GOCE satellite is analyzed and the accelerometer calibration parameters are estimated and evaluated.The possible developments on the preprocessing of the satellite gravity gradients with the accelerometer calibration results are also discussed in this paper.%GOCE卫星是首颗搭载高精度梯度仪,通过加速度计差分测量确定地球重力场的现代重力卫星.该卫星设计为无阻尼飞行状态(沿轨方向),加速度计并未安置在卫星质心,这些特点使得GOCE与标准的卫星跟踪卫星重力测量模式有着显著的区别.本文首先指出GOCE任务中普通模式加速度校准存在不严密性问题,并提出了分别校准6个加速度计,分离偏差参数的方案.利用GOCE任务期内的几何法精密轨道,采用动力法完成校准,并分析了无阻尼控制的效果,发现:①虽然GOCE所在轨道高度的中性大气密度较 GRACE高两到三个量级,但 GOCE卫星在沿轨方向的残余非保守力比GRACE卫星的对应分量小一个量级,充分显示了无阻尼控制系统的补偿效果;②通过精密轨道内插的轨道速度与动力法轨道速度的比较可以得出,卫星无阻尼控制系统对GOCE卫星速度的显著影响;③计算了GOCE卫星所受的非保守力.获得了GOCE任务期间的加速度计校准参数,并讨论了利用其辅助重力梯度仪数据预处理的可能方法.

摘要： 卫星测高和卫星重力是定量监测冰盖冰雪物质平衡的主要手段。Zwally,Wingham,Davis和Yang等利用卫星测高数据监测了两极冰盖高程变化;鄂栋臣、罗志才、杨元德和Chen等利用卫星重力GRACE数据监测了两极冰盖质量平衡状态。Ewert等和Lee等对两者联合比较分析。本文主要利用相同时间段的卫星测高和GRACE数据，分别获取南极冰盖物质平衡，然后进行相互对比，评估该时段南极冰盖物质平衡状态。

摘要： 本文分析了GOCE和GRACE等卫星数据在频谱上的互补性,指出了多源卫星重力数据融合的必要性,总结了多源卫星重力数据融合的研究进展和相关成果,特别是GOCO和EIGEN系列模型。在此基础上,分析探讨了目前多源卫星重力数据融合中存在的问题,如地形影响处理、位系数与数据的对应关系和数据权重分配等。最后,对多源卫星重力数据融合研究提出了一些设想。

摘要： 为了深入分析评价磅逊盆地油气勘探潜力,此次研究综合应用新采集的2D地震资料和高精度卫星重力数据,根据重力场理论,利用全球重力场模型(EGM96)计算了布格重力异常、重力垂向二阶导数和重力水平总梯度异常.运用地震资料对卫星重力资料进行约束反演、综合解释,预测了基地埋深,分析了磅逊盆地断裂系统,划分了构造单元.

摘要： 卫星测高与卫星重力的发展为进一步研究洋流提供了前所未有的机遇.本文从EGM96,GGM01与未来的GOCE任务获取的高精度高分辨率海洋大地水准面的角度对洋流的研究方法与可行性进行了分析.

摘要： 利用TOPEX/Poseidon(T/P)卫星10年（1992~2002），Jason-1 卫星6年（2003~2008）监测巴尔喀什湖水位变化的GDR (Geophysical Data Records)数据，经过数据的地球物理改正、编辑、约化和滤波后，分别采用小波分析和傅里叶分析得到了巴尔喀什湖水位变化的平均周期为1007 d（day），364 d，313 d 和184 d。季节性变化是湖泊水位变化的主项，利用最小二乘法得到了周年振幅为0.1418m，半年振幅为0.035m，因此季节性变化的主周期是周年，次周期是半年。巴尔喀什湖水位变化趋势为+0.092m/a (meter/year)，说明在全球气候变暖趋势下，巴尔喀什湖水位在升高。利用GRACE 监测了巴尔喀什湖区域重力的变化。WT 和FFT 分析得到巴尔喀什湖重力变化的平均周期为1019 d，366 d，和186 d；利用最小二乘法得到了重力变化的周年振幅为0.5731mGal，半年振幅为0.0918mGal，因此重力季节性变化的主周期是周年，次周期是半年，与卫星测高监测的水位变化周期规律基本一致。通过分析月均水位变化和重力数据的相关性，发现两者相关系数为0.7729，置信度为99%。因此水位与重力变化具有较强的相关性。由巴尔喀什湖月水位变化的时间序列与NINO3.4 SST 进行相关性分析，发现在NINO3.4 SST 发生5 个月后，巴尔喀什湖月水位变化序列与NINO3 SST 数据相关性最大(-0.1833)，表明厄尔尼诺事件对中亚气候影响的具有一定的滞后性。

摘要： 地震的能量积累、快速释放、缓慢恢复的整个过程均伴随着运移及质量再分布,能够导致地球重力场的时空变化,因此重力可作为一种重要的地震监测手段应用于地震科学研究和预报工作.卫星重力具有空间广域性、时间准实时性、长期近连续观测等优点,是对地面观测的有力补充,将为地震重力研究提供前所未有的长时间、大尺度、高分辨率的系统支持.利用GRACE卫星重力资料提取震前重力异常变化将为研究地震的孕震机理、地震预报分析提供宝贵的科学资料,研究了巨大地震震例与卫星重力变化关系，得出了这3次巨震发生的地点与构造背景的重力变化的高梯度存在强相关性的结论。研究结果表明作为一种新的观测手段，卫星重力确实具有探测大地震震前重力变化的能力，对监测预测及地震研究具有参考价值。相信随着科技的进步及后续高精度重力卫星(如GRACE Follow On)的发射，重力卫星将能在地震应用研究中发挥更大作用。

摘要： 由正常椭球的重力值随纬度变化的关系式导出了其反解形式,即由已知重力值来反求对应点的纬度,同时考虑采用线状航迹进行匹配来减少实际应用时存在的多解现象,其定位精度可以满足航海领域内的应用。由于正常椭球是以地球短半轴为旋转轴,经度方向是轴对称的,故该方法无法实现经度的解算,需要通过其他方式进行补充和完善。

摘要： 由正常椭球的重力值随纬度变化的关系式导出了其反解形式,即由已知重力值来反求对应点的纬度,同时考虑采用线状航迹进行匹配来减少实际应用时存在的多解现象,其定位精度可以满足航海领域内的应用。由于正常椭球是以地球短半轴为旋转轴,经度方向是轴对称的,故该方法无法实现经度的解算,需要通过其他方式进行补充和完善。

摘要： 由正常椭球的重力值随纬度变化的关系式导出了其反解形式,即由已知重力值来反求对应点的纬度,同时考虑采用线状航迹进行匹配来减少实际应用时存在的多解现象,其定位精度可以满足航海领域内的应用。由于正常椭球是以地球短半轴为旋转轴,经度方向是轴对称的,故该方法无法实现经度的解算,需要通过其他方式进行补充和完善。

摘要： 本发明公开了一种卫星测高重力数据与重力卫星数据融合方法，基本步骤为：将重力卫星数据采用插值的方式处理成为和卫星测高重力数据相同大小的数据矩阵；采用bior2.2小波对两种数据分别进行2层小波分解，得到一个低频系数分量和六个高频系数分量；提取卫星测高重力数据的低频系数分量作为融合数据的低频系数分量；分别将两种数据的两层高频系数分量进行加权融合，作为融合数据的高频系数分量；将融合数据的低频和高频系数分量采用bior2.2小波进行重构，得到重力融合数据。本发明提供的方法充分考虑卫星测高重力数据与重力卫星数据在频率域上的精度特点，通过开展数据融合提高海洋重力场的数据精度。

摘要： 本发明公布了一种基于卫星测高重力数据的局部重力异常提取方法，其基本步骤为：利用sobel算子处理卫星测高重力数据，得到各重力异常区域；根据各重力异常区域的边界线，提取出各重力异常区域的最小外接矩形；将各重力异常区域的最小外接矩形进行旋转坐标系得到变换矩形，利用改进后的曲面拟合法得到各变换矩形区域内的重力异常值；利用网函数插值处理各变换矩形的重力异常值，得到各重力异常区域的区域异常重力值；最终获得各重力异常区域的局部重力异常值。本发明的方法科学合理，具有较强的可操作性和实用性，利用网函数插值法对卫星测高重力数据进行处理得到局部重力异常信息。

摘要： 本发明公开了一种分形插值和网函数插值结合的卫星测高重力数据与船测重力数据融合方法，基本步骤为：利用网函数插值对卫星测高重力数据插值；计算插值结果与船测重力数据的差值；对差值进行聚类分析，将整体区域划分成多个子区域；在每个子区域各纵向和横向网格边上对差值进行分形插值，在子区域内部进行网函数插值，得到重力数据改正值；以重力数据改正值为中心，根据卫星测高重力值融合计算得到每个子区域数据融合产品，最终得到整个区域数据融合产品。本发明提供的方法科学合理，实现过程简单易懂，在对船测重力数据和卫星测高重力数据进行融合后能够得到高精度高分辨率的重力数据，同时充分保持了多源重力数据局部特征与整体特征相似性。

摘要： 本发明公开了一种卫星测高重力数据与船测重力数据融合方法，基本步骤为：以船测重力数据点为中心确定拟合半径；计算拟合半径范围内卫星测高重力数据点的权重；计算卫星测高重力数据点在船测重力数据点处的插值结果；计算插值结果和船测重力数据之间的差值；根据差值和权重计算各卫星测高重力数据点的改正值；融合计算得到重力融合数据。本发明提供的方法科学合理、易于实现、精度高等优点，通过卫星测高重力数据与船测重力数据融合提高海洋重力数据融合产品的精度。

摘要： 本发明公开了一种卫星测高重力数据与重力卫星数据融合方法，基本步骤为：将重力卫星数据采用插值的方式处理成为和卫星测高重力数据相同大小的数据矩阵；采用bior2.2小波对两种数据分别进行2层小波分解，得到一个低频系数分量和六个高频系数分量；提取卫星测高重力数据的低频系数分量作为融合数据的低频系数分量；分别将两种数据的两层高频系数分量进行加权融合，作为融合数据的高频系数分量；将融合数据的低频和高频系数分量采用bior2.2小波进行重构，得到重力融合数据。本发明提供的方法充分考虑卫星测高重力数据与重力卫星数据在频率域上的精度特点，通过开展数据融合提高海洋重力场的数据精度。

摘要： 本发明公布了一种基于卫星测高重力数据的局部重力异常提取方法，其基本步骤为：利用sobel算子处理卫星测高重力数据，得到各重力异常区域；根据各重力异常区域的边界线，提取出各重力异常区域的最小外接矩形；将各重力异常区域的最小外接矩形进行旋转坐标系得到变换矩形，利用改进后的曲面拟合法得到各变换矩形区域内的重力异常值；利用网函数插值处理各变换矩形的重力异常值，得到各重力异常区域的区域异常重力值；最终获得各重力异常区域的局部重力异常值。本发明的方法科学合理，具有较强的可操作性和实用性，利用网函数插值法对卫星测高重力数据进行处理得到局部重力异常信息。

摘要： 本发明公开了一种分形插值和网函数插值结合的卫星测高重力数据与船测重力数据融合方法，基本步骤为：利用网函数插值对卫星测高重力数据插值；计算插值结果与船测重力数据的差值；对差值进行聚类分析，将整体区域划分成多个子区域；在每个子区域各纵向和横向网格边上对差值进行分形插值，在子区域内部进行网函数插值，得到重力数据改正值；以重力数据改正值为中心，根据卫星测高重力值融合计算得到每个子区域数据融合产品，最终得到整个区域数据融合产品。本发明提供的方法科学合理，实现过程简单易懂，在对船测重力数据和卫星测高重力数据进行融合后能够得到高精度高分辨率的重力数据，同时充分保持了多源重力数据局部特征与整体特征相似性。

摘要： 本发明公开一种基于卫星重力异常信息的动态相对重力仪零位漂移补偿方法，包括：(1)按照作业规程基于动态相对重力仪进行测量作业并处理数据，得到测线上的重力异常信息(2)分析得到单条测线上动态相对重力仪输出重力异常的平均值(3)利用卫星重力信息通过插值的方法得到测线不同位置上卫星重力输出的重力异常信息并求其平均值(4)利用卫星重力输出的重力异常信息对近地表相对重力仪输出的重力异常信息进行校准，即得本方案针对动态相对重力敏感器的零位存在非线性漂移的问题，利用测线上卫星重力异常信息对动态相对重力仪的零位进行校准，减小系统差，并有效提高动态重力测量精度。

摘要： 本发明公开一种卫星重力梯度全张量恢复地球重力场的确定方法及确定系统。确定方法包括：对卫星重力梯度测量数据进行预处理，获得沿轨扰动引力梯度数据；对沿轨扰动引力梯度数据进行格网化处理，获得格网点值扰动引力梯度数据，建立其全张量表达式；对格网点值扰动引力梯度数据进行积分处理，获得格网均值扰动引力梯度数据，建立其全张量表达式；根据格网均值扰动引力梯度数据及其全张量表达式恢复地球重力场。本发明提供的确定方法及确定系统，能够充分挖掘各类观测数据包含的重力场信息，充分利用各类观测信息最大限度地恢复地球重力场，从而获取更加精确的地球重力场模型，为格网均值扰动引力梯度全张量数据联合反演提供了技术支撑。

摘要： 本发明公开一种基于卫星重力异常信息的动态相对重力仪零位漂移补偿方法，包括：(1)按照作业规程基于动态相对重力仪进行测量作业并处理数据，得到测线上的重力异常信息(2)分析得到单条测线上动态相对重力仪输出重力异常的平均值(3)利用卫星重力信息通过插值的方法得到测线不同位置上卫星重力输出的重力异常信息并求其平均值(4)利用卫星重力输出的重力异常信息对近地表相对重力仪输出的重力异常信息进行校准，即得本方案针对动态相对重力敏感器的零位存在非线性漂移的问题，利用测线上卫星重力异常信息对动态相对重力仪的零位进行校准，减小系统差，并有效提高动态重力测量精度。