基于卫星重力的质量海平面变化及其闭合度研究

全球海平面变化是全球气候变化的重要响应,综合利用卫星重力和卫星测高等大地测量观测手段,结合温盐实测与模式数据,研究分析全球及典型区域的海平面时空变化及其闭合度是全球气候变化研究的重要内容。利用重力卫星(Gravity Recovery and Climate Experiment,GRACE)、卫星测高、Argo温盐数据及验潮站数据资料联合分析全球海平面变化,论文的研究工作主要围绕利用GRACE卫星重力数据反演全球海水质量变化进行展开,主要研究内容和基本结论可归纳为以下5个方面。

中国南海及东海近海测高海平面变化监测与预测

卫星测高在开阔海域的回波信号符合Brown模型,其测距和求得的海面高精度较高。由于受多种因素的影响,在非开阔海域(如中国近海、南极海域等)求得的海面高精度偏低,限制了测高在这些区域的应用。本研究从波形理论出发,在系统分析不同类型反射面的波形重构算法基础上提出了基于波形分类的波形重构数据处理流程,探讨了适合不同反射面的波形重构算法;分别对南极Amery冰架近海、中国近海Envisat测高波形数据进行了重构处理;利用重构后的测高海平面变化数据,分析了中国近海海平面变化上升速率与周期特性;构建了神经网络模型对中国近海海域未来10~15年的海平面变化非线性趋势进行了预测。

GNSS非模型化误差处理理论与方法

由于系统误差的时空复杂特性及认知有限,即使通过了差分和线性组合、经验模型改正及传统参数化吸收等方式,在GNSS观测值中仍然会有残余系统误差的存在,这些残余系统误差可称为非模型化误差。非模型化误差会对GNSS精密定位与导航产生负面作用。为突破现有GNSS应用的精度和可靠性,本文研究了GNSS非模型化误差的处理理论与方法,包括不同应用模式和观测环境下的处理策略,并建立随外界条件变化而自适应调整的非模型化误差处理流程。

GRACE时变重力场的滤波理论及质量变化分析

由于GRACE(gravity recovery and climate experiment)时变重力场模型直接解算质量变化时存在较大的误差,需要对其进行相应的滤波处理,提高质量变化的反演精度。本文总结了GRACE监测全球与区域质量变化的研究进展,分析了最新时变重力场模型的精度及其滤波方法;提出了基于重力位系数协方差阵的时变重力场滤波方法;分析了南极冰盖的质量变化、亚马孙流域陆地水质量和海平面变化。本文的研究成果及创新点主要包括以下几个方面。