应用平滑先验信息方法移除GRACE数据中相关误差

由于GRACE卫星数据解算的时变重力场模型中高阶位系数存在误差,这些误差在重力异常图中表现为南北向的条带噪声,在应用GRACE时变重力场数据时必须进行滤波.本文在空间域引入了一种有效消除GRACE时变重力场条带噪声的平滑先验信息方法,并将其与目前常用的高斯滤波和去相关误差等滤波方法分别应用于合成的质量变化趋势数字模型,检测不同滤波方法消除条带噪声的能力及其对真实信号的影响.滤波结果显示,与目前常用的高斯滤波和去相关误差滤波器相比,本文滤波方法在有效移除条带噪声的同时,具有有效信号幅度衰减小、有效信号形变小以及保存了更多的短波长细节信息等优势;此外,统计结果显示,本文滤波结果在信号最大值、最小值以及残差均方根等方面均与模拟真实信号最为接近.相比300km高斯平滑和组合滤波结果,有效信号振幅的极小值和极大值分别提高了约18%和6%,残差均方根分别降低了25%和33%.说明本文滤波方法移除GRACE相关误差的同时,在保留有效信号方面具有明显的优势.

我国近海1992～2006年海平面变化的小波分析

用14年多的多颗测高卫星同化海面异常数据,分析我国近海海平面信号变化特征,结果显示年周期信号在我国海域海平面变化中占有主导地位。其次,半年周期信号在南海也有较强显示,而黄海和东海则表示为高频信号,半年起伏及高频信号的周期和振幅均不稳定。首次在南海和东海海域发现存在一周期为准540 d的信号,其物理机制尚不明确。用标准Morlet小波变换方法对上述周期信号进行了提取。验潮站数据也证实了该信号的存在。海面异常分析结果显示在1993-2007年期间,我国海平面平均升高速率：黄海为（4.01±0.49）mm/a,东海为（4.61±0.35）mm/a,南海为（3.68±0.41）mm/a。海平面上升趋势地理分布结果显示海平面变化具有很大的空间差异性。

中国近海海平面季节尺度变化的时频分析

用连续小波变换方法 ,对中国近海验潮站资料 ( 2 0～ 30a)和Topex/Poseidon卫星测高海平面变化资料 ( 1992年 10月～ 1998年 9月 )进行分析 ,给出了南海、黄海和东海海平面变化在季节尺度上的时频特征 .结果表明 ,黄海和东海的海平面变化较相似 ,存在显著的周年和准双月的振荡信号 ;南海具有较明显的周年信号和较弱的半年周期信号 ;浅海区和深海区的海平面季节尺度变化在周期性与强度上存在明显差异 .

GRACE时变重力位系数误差的改进去相关算法

GRACE卫星时变重力场模型的高阶位系数存在较大误差,用它反演的重力场结果中表现为严重的条带噪声。Swenson提出的滑动窗多项式拟合去相关误差方法在赤道两侧区域取得了显著效果,但其在文献中并没有说明实现的具体步骤,因而许多学者在利用其思想进行滤波时并没有达到其文献中的滤波效果。针对滑动窗的特点,使用反向边界延拓技术,对滑动窗去相关误差数据处理方法作了改进。改进的滑动窗去相关误差方法应用于GRACE时变重力场模型时,在赤道两侧区域取得了显著的去条带误差效果,并利用全球地面资料同化系统GLDAS土壤湿度资料验证该方法的正确性。

中国近海海平面变化特征分析

用经验正交函数分析方法,对中国近海14年多的测高海平面同化格网资料进行分析,给出了黄海、东海和南海各海平面变化主要主成分的空间变化和时间变化特征.用标准Morlet小波变换方法分析了各海区主成分时间变化序列的时频特征.分析结果表明,各主成分的空间分布特征与当地的海洋环流或洋流特征相对应.时频分析结果显示,中国近海海平面变化的显著周期主要为年周期信号.其次,黄海和东海还显示准2个月的非稳态信号,东海和南海具有较显著的半年周期信号,东海半年周期信号的能量不稳定.此外,在南海及台湾东部海域,首次发现存在较为显著的准540天周期信号,其动力学机制目前尚不明确.坎门和西沙验潮站资料的时频特征分析也验证了该信号的存在.最后本文给出了中国近海海平面在1993～2007年间的平均上升速率和其区域分布特征.

卫星重力捕捉龙滩水库储水量变化

利用近7年的Gravity Recovery and Climate Experiment(GRACE)重力卫星资料,采用改进的滑动窗去相关滤波和扇形滤波技术计算了红水河上游区域的重力变化,结果显示红水河上游区域重力场有明显的上升趋势.利用Global Land Data Assimilation Systems(GLDAS)土壤湿度模型计算了地表水对重力场的影响,结果表明土壤湿度变化对重力场的影响主要表现为季节变化特征,对该地区重力上升趋势的变化并没有明显的贡献.扣除土壤湿度影响之后的剩余重力变化曲线显示,在2006年9月前后该地区剩余重力有一约2.17μGal的重力抬升.报道资料和水库储水量模拟结果表明,这一重力抬升与我国在建第三大水电站——龙滩水电站水库蓄水有关.这一结果说明GRACE卫星不仅能够反映大尺度的季节变化信息,而且能够为监测大型水库水储量变化提供近实时的空间对地测量资料.

中国近海及邻近海域高精度高分辨率海面高的确定

利用新的海潮模型(NAO99B)更为合理的共线方法和交叠平差技术,有效改善了ERM数据的径向轨道误差和时变海面高的影响,提高了浅海海域测高数据的测高精度。

FG5X-246绝对重力仪准确度测试

利用最新研制的一套弱力测试平台,对FG5X-246绝对重力仪观测值准确度指标进行了测试试验。通过弱力测试平台升降装置改变扰动质量体与测量点之间的距离,从而改变测量点处叠加的扰动引力场大小。通过比较FG5X-246绝对重力观测值变化量与理论扰动引力场变化量之间的差异,从而确定FG5X-246绝对重力观测值的准确度。测试结果显示当扰动质量体从1.810 4 m高度降到1.409 9m高度时,外部扰动引力场变化了48.81 μGal(1Gal=1cm/s^2),FG5X-246绝对重力仪感应到48.0 μGal的重力变化,FG5X-246绝对重力仪测量值与理论值之差为0.81 μGal。当扰动质量体从1.810 4m降到1.010 1m高度时,外部扰动引力场变化了-15.44 μGal,FG5X-246绝对重力仪感应到-16.20 μGal的重力变化,测量值与理论值之差为0.76 μGal。当扰动质量体从1.409 9 m降到1.010 1m高度时,外部扰动引力场变化了-64.20 μGal,FG5X-246绝对重力仪感应到-64.25 μGal的重力变化,测量值与理论值之差为0.05 μGal。上述测量结果表明,此次FG5X-246绝对重力仪感应到外部引力变化的误差均不超过1 μGal,即其测量值准确度优于1 μGal。

重复绝对重力测量观测的滇西地区和拉萨点的重力变化及其意义

根据近年来在滇西地区和西藏拉萨绝对重力点上的一些新的绝对重力重复观测结果 ,对 1990年以来在这些点上绝对重力重复观测结果进行了分析 .滇西地区的 5个绝对重力观测点的近 10年的重复观测结果表明 ,大部分观测时段没有出现与地球动力学事件有关的重力变化 ,只有丽江和洱源 2个绝对重力观测点的观测结果显示丽江地震前后有变化 .为了研究该重力变化的原因 ,本文正演模拟了出现重力变化期间丽江地震同震位错引起的重力变化 ,模拟结果与实际观测结果有较好的一致性 .西藏拉萨近 10年以来的重复观测结果给出了拉萨点的绝对重力值以 - 1.82± 0 .9× 10 - 8m·s- 2 ·a- 1 速率下降 ,这从重力学的角度反映出青藏高原的隆升 .对拉萨点的重力变化机制进行了探讨 ,根据印度板块与欧亚大陆俯冲模型计算的拉萨点重力变化速率与观测到的重力变化速率较一致 ,表明现今拉萨地区重力变化是由于印度板块与欧亚大陆俯冲所引起 .根据印度板块向欧亚大陆俯冲的位错模型计算的拉萨点的重力变化与地表垂直位移的关系 ,将重力变化转换为拉萨点的隆升速率为 8.7mm a .

用卫星测高和船测重力资料联合反演海洋重力异常

基于多颗卫星最新测高资料联合解算的全球平均海平面和中国近海船测重力异常数据,采用3种方法 (Stokes公式逆运算法、垂线偏差法、最小二乘配置法)分别计算了中国近海及其邻域(0°～40°N,105°～145°E)2′× 2′重力异常,重点对3种方法的优缺点及其计算结果进行了比较和分析。结果表明,在海底地形起伏较为强烈的南 海盆地,与船测重力异常比较,最小二乘配置法(LSC)计算精度较高,达到11.2×10-5ms-2。

1996—2003年中国大陆高精度绝对重力观测

近十年间利用自由落体式绝对重力仪(FG5/112)对分布在全国55个测点进行了绝对重力测定,观测精度均优于5×10-8ms-2,对其中80%以上的测点还作了重复观测,文中给出了观测精度及其测量结果的互差.上述的测量极大地改善了我国目前重力网的精度和覆盖率,并为研究重力场的变化提供了重要的基础资料.本文还对观测结果和存在问题作了初步分析并提出有关建议.

中国地壳运动观测网络中的绝对重力测定

介绍了中国地壳运动观测网络项目———用FG5型绝对重力仪对 2 6个基准站 (包括武汉九峰站 )进行的两期绝对重力测定工作。给出两次绝对重力测定精度 ,达到了网络工程中心的技术设计≤ 5× 10 -8ms-2 要求。

中国近海TOPEX/Poseidon卫星测高海平面变化的CPCA分析

用复主成分分析方法 ,对中国近海 TOPEX/ Poseidon卫星 6年的测高海平面变化资料进行了分析 ,给出了中国南海、黄海和东海的海平面变化的空间和时间分布特征。利用小波方法分析了主要主成分时间变化序列的时——频特征。分析结果表明 ,主要主成分的空间分布特征与海洋环流相对应 ;南海、黄海和东海的海平面变化存在显著的年际和 2个月的非稳态振荡信号 ;南海具有较明显的半年周期信号 ,而黄海和东海的半年周期信号不明显。

绝对重力仪研制中几种干扰因素的实验研究

利用观测精度可达1-2×10^-8ms＆-2,的FG5绝对重力仪,开展了空气阻力、有无隔震弹簧以及仪器自震对重力观测影响等观测实验.通过在环境干扰较小的九峰站观测实验,得到如下结论：在正常大气压状态下所观测到的空气阻力影响约500×10-5ms^-2,比理论估算值大近30×10^-5ms^-2,若在低真空状态测量空气阻力也将产生2.3×10^-5ms^-2观测误差;落体室真空度维持系统（离子泵）工作不正常,空气阻力也将对重力观测造成0.1～4.1×10^-5ms^-2的观测误差;在地质条件比较稳定,环境震动干扰较小的基墩上测量,隔震弹簧的作用对观测结果影响不明显,但对测量精度影响较大.上述观测实验的进行,为自由下落法绝对重力仪的研制提供可靠依据.

绝对重力基准点的重复测量

简要介绍了中国地壳运动观测网络工程基准网中的绝对重力重复测量。给出了两次观测结果的互差 ,其观测精度优于 5× 10 -8m·s-2 ,达到了网络工程设计要求。对一些基准点的重复观测资料进行了初步分析和讨论 ,并对继续开展以后的工作提出了建议。

联合卫星重力和卫星测高数据研究中国近海上层地转流

利用卫星测高技术获取的海面异常,结合卫星重力资料得到的稳态海面地形,研究了中国近海多年平均上层地转流及南海冬夏典型季风期表层地转流的变化特征。结果表明,黑潮对我国近海环流影响明显,南海上层地转流呈显著的季节性变化。冬季南海的整体环流呈气旋状,南部和北部各有一个次海盆气旋式环流;夏季南海的总环流呈反气旋型。与卫星跟踪漂流浮标观测结果比对,发现两者基本一致。

珠峰附近的重力场及其重力值推估

根据有限的重力资料，首先对珠穆朗玛峰附近的重力场特征作了分析，结果表明，空间异常（Δｇｆ）均为正值且变化剧烈，它主要受地形起伏制约；布格异常（Δｇｂ）均为负值，但比其北侧高原大，说明喜马拉雅山虽然最高，但“山根”并非最深；均衡异常（Δｇｉ）均为正值，且比南北两侧为大，揭示了喜马拉雅山脊的下方可能存在密度较大的物质。其次，根据Δｇｆ与高程相关性极强（关联度达０．９６～０．９７）的特点与４种有关的公式，有效地推估了珠峰顶上的重力值，该值为９７６９８０×１０－５ｍ·ｓ－２，其平均误差为±６×１０－５ｍ·ｓ－２。这一结果可为精确确定珠峰的大地水准面和正高提供必要的数据。

利用平滑先验信息方法分离高频GPS数据静态永久变形与地震波

震后高频GPS观测资料详细记录了地震引起的静态永久变形和地震波信息,如何实现二者的有效分离是准确反演地震参数的关键因素。本文引入平滑先验信息方法(SPM)对近几年3次地震的高频GPS数据进行处理和分析,尝试实现二者的有效分离。结果表明,SPM方法可以简单、快速、有效地分离高频GPS动态位移中的静态永久变形和地震波信息,数据处理结果完整、清晰地记录了由主震引起的静态永久变形、余震引起的静态永久变形和震后余滑位移以及地震波信息,可为准确反演震源参数、断层破裂过程提供重要的约束条件。

连续重力观测资料同震信号的一种分离方法

采用正则化平滑因子方法,对重力台站连续观测资料进行处理和讨论,尝试分离同震信号。结果表明,该方法可以有效地分离并获取同震重力效应和地震波信号,且估算的同震重力效应与理论模拟有较好的一致性,可为快速反演地震参数及地震预警提供更多的约束条件。