利用改进的PnMl方法处理GRACE南北条带误差

GRACE无约束月时变重力场球谐系数模型的反演结果存在明显的南北条带误差。为此,提出一种改进方法,通过对PnMl方法未作处理的高阶系数进行分层多项式拟合,以进一步减少条带误差,并分析其在空域、频域和时域的性能。结果表明,相比于PnMl(P4M6)方法,改进方法可进一步减少30°S~30°N区域的残余条带误差,抑制50阶后信号阶方差的异常抬升,减少质量变化时间序列中的异常峰值。此外,采用信噪比指标和广义三角帽方法对改进方法进行定量评估。结果表明,CSR、GFZ、JPL发布的3种重力场模型经改进方法处理后均达到最优信噪比,分别为1.77、1.35和1.39;其结果的不确定性水平较P4M6方法分别降低20.50 mm、36.40 mm和19.61 mm。

利用重力多尺度分析方法反演月球雨海地区三维月壳与上月幔结构

雨海盆地是月球正面最大的撞击盆地之一,确定其月壳与上月幔精细三维结构,对研究月球"质量瘤"形成机制等科学问题具有重要意义.常用于反演月壳与上月幔结构的月震波方法受限于月震台站稀少,给出三维结果的空间分辨率不足.随着重力测量技术的发展,月球重力数据横向分辨率逐步提高,但存在垂向分辨率不足问题.鉴于此,本文采用重力多尺度分析方法来进行改善,以获取研究区域月壳与上月幔精细三维密度结构与壳幔界面深度.研究结果表明:雨海盆地内部存在一个顶部小、底部大的高密度物质体,其底部中心位置约为经度16°W,纬度42°N;雨海盆地壳幔界面存在明显上隆,且盆地内部上隆趋势不平滑,发现有类环状异变现象;雨海"质量瘤"可能是由内部高密度物质和壳幔上隆共同推动形成的;重力多尺度分析方法可以有效提升重力数据的垂向识别能力,获取更为精细的三维月壳与上月幔结构.

改进的GRACE约束正演法及其在尼皮贡湖陆地水储量变化估计中的应用

准确估计北美尼皮贡湖的陆地水储量(Terrestrial Water Storage,TWS)变化对该区域水资源调控具有重要意义.GRACE和GRACE-FO时变重力场被广泛用于定量估计TWS变化,然而截断与滤波处理会削弱信号幅度,造成信号泄漏.对于小区域尺度的研究,该现象尤为显著.约束正演法能减小泄漏误差,但是面对多质量块,传统迭代策略的收敛性能受初值影响大.为此,本文采用多个质量块分批迭代的策略,改进约束正演法在尼皮贡湖的收敛性能.模拟实验结果表明,在无偏差空间约束下,本文方法与逐格网点同时迭代和多个质量块同时迭代的策略相比,在尼皮贡湖区域绝对偏差的均方根分别降低了2.27 mm·a^(-1)和1.77 mm·a^(-1).进一步,利用改进方法估计尼皮贡湖TWS变化,并与卫星测高数据进行对比.研究结果表明,本文方法显著降低了尼皮贡湖TWS的信号泄漏影响,恢复后的TWS信号幅度约为逐格网点同时迭代和多个质量块同时迭代策略的1.2倍.经泄漏改正后,GRACE/GRACE-FO反演的尼皮贡湖TWS与卫星测高水位变化时间序列的长期趋势相吻合.本文可为研究其他小尺度区域TWS提供一定参考.

月球危海盆地重力异常多尺度分析

针对目前鲜有学者采用重力多尺度分析方法来研究月球危海盆地内部结构的问题,该文采用小波多尺度分析技术对月球危海地区重力异常数据进行分解得到不同尺度下的小波逼近和小波细节,进一步利用功率谱估计方法确定了不同尺度小波细节的场源埋深,反演了不同深度处密度分布。计算结果表明,危海盆地是一个典型的"质量瘤"地区,其中心位置大概是58.7°E,16.7°N,深度范围为32.7~64 km,呈现出上面小、下面大的特征,其底部直径近660 km。

中国南海重力梯度多尺度分析

针对鲜有学者利用沿轨重力梯度数据研究中国南海地下结构的问题,该文采用小波多尺度分析方法和功率谱估计方法对该地区重力梯度数据进行处理,以获取不同深度结构特征。该方法从重力梯度数据中有效提取出不同深度场源所产生的重力信号,提升了重力梯度数据的垂向识别能力,可以给出地下介质在不同深度的分布状况。研究结果表明:浅层场源所产生的重力梯度在区域中部和东南角分布密集,呈现正负异常交替出现的链状分布特征;在平均深度约31 km处的地下存在一个被高密度体所包围的大型低密度体;45 km以下的深层区域,未有明显异常体显示,密度分布总体上沿西北-东南方向逐渐增大。