地表物质迁移的时变重力场反演方法及其应用研究

发布时间：2021-07-27 04:11

　　作为21世纪初最具价值和应用前景的重力探测技术,卫星重力探测突破了传统重力测量方法的不足,充分展示新一代卫星重力探测的优越性。特别是GRACE卫星计划提供的长期观测及其时变重力场模型,为连续监测中大空间尺度乃至全球重力变化提供了长期有效的技术手段。GRACE卫星作为首个可直接应用于地表物质迁移研究的卫星重力计划,已在全球环境变化中得到了广泛应用。现有应用研究主要基于GRCAE时变重力场反演地表质量变化和GRACE观测数据直接反演区域地表质量变化两大类。本文在深入研究反演地表物质迁移的球谐系数方法和Mascon方法的基础上,反演了几个典型区域地表质量变化。本文的主要工作和研究成果如下：1.阐述了基于GRACE卫星观测数据及重力场模型反演地表物质迁移的方法和研究进展,并对GRACE时变重力场模型在陆地水储量变化、冰川消融、海平面变化以及固体地球形变等方面的应用研究进行了评述,给出了GRACE应用研究在地球科学及其相关研究中的作用和意义。2.深入研究了基于GRACE时变重力场模型反演地表质量变化的球谐系数方法,分析了不同滤波方法对重力场模型误差的处理结果；对国际上不同机构发布的GRACE时变... 

【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

高斯滤波和Fan滤波300km平滑半径对应阶次数的分布

图2-6 CSR、GFZ与JPL发布的RL04和RL05数椐反演结果对比从上述GRACE月重力场模型误差分析看来，其误差随阶数的增加而增大。采用前文提到的一系列抑制该高频误差的空间滤波方法如高斯滤、Fan滤波和去相关滤波方法，在此对GRACE月重力场数据处理的结果均是采用滤波半径为300km的Fan滤波与去相关滤波P3M6的组合滤波方法，通过2004年至2010年的GRACE月重力场模型获取了r xr格网的全球地表质量变化值，以等效水高表示。GRACE月重力场模型GSM已扣除了大气、海洋等潮沙影响，该信号主要为陆地水储量变化、冰川积雪融化以及固体地球形变等，因而月重力场模型反映的最主要信号为水文信号（胡小工等2006)。对于每一点7年的时间序列信号，我们通过最小二乘拟合得到该点的年周期、半年周期信号和趋势变化信号，其全球地表质量变化趋势如图2-6所示。在此，为比较不同机构发布的RL04和RL05数据的差异，CSR与JPL发布的数据中的C20项均采用SLR提供的C20项进行了替换，而GFZ发布RL05数据不需要替换C20项，因此GFZ发布的RL04的C20项也没有做相应的替换处理，这是为比较不同机构发布的RL04和RL05数据的差异而采用对应相同的处理方式。从图2-6可以看出，CSR发布的两个版本的模型差异最小，JPL发布的模型差异最大，特别是格林兰岛和南极冰川消融区域；三大机构发布的

图2-7 GRACE与GLDAS陆地水储量变化趋势ACE反演的地表质量结果进行对比，本文采用了由美国空间飞行中心的全球陆地资料同化系统发布的全Land Data Assimilation System)。该模型是通过近实时的地表面变化的近实时信息，主要反映土壤水分与冰雪变化，在此将GLDAS全球水文模型的格网数值结果转换为与GR球谐系数，并采用与GRACE数据处理完全相同的滤波处变化结果，以等效水高表示。图2-7给出了 2004年至2010GLDAS分别获得的陆地水储量变化趋势图，总体看来全球


本文编号：3305049