各向异性组合滤波法反演陆地水储量变化

地球时变重力场模型反演陆地水储量变化已为全球气候变化研究作出巨大贡献,考虑到时变重力场模型球谐系数中存在相关性,其高阶次项具有较大的误差,需采用最优的滤波方法进行空间平滑。本文提出一种新的各向异性组合滤波方法,其基本思想是将改进的高斯滤波法与均方根(root mean square,RMS)滤波法组合,即对球谐系数的低阶次采用改进的高斯滤波法,而高阶次采用RMS滤波法。首先分析了最新的GRACE RL05系列时变重力场模型系数误差特性,基于全球水储量变化反演结果,分析比较了高斯滤波、改进的高斯滤波、RMS滤波和DDK滤波与本文提出的组合滤波法的有效性及精度,并利用模型结果进行了验证,计算结果表明,组合滤波法的中误差最小。研究结果表明,本文提出的组合法相比于先前的滤波方法,可有效地过滤高阶次的噪声,消除南北条带误差,同时减少信号泄漏,提高信噪比,保留更多有效的地球物理信号,进而提高反演精度。

基于海水质量亏损引起的重力异常反演南海海底地形

基于分析得到的海水质量亏损引起的重力异常与海深之间的线性关系,利用由卫星测高资料计算得到的空间重力异常格网值,联合EGM96重力场模型和ETOPO2海深模型,反演得到南海海底地形,反演结果分别与船测海深数据和ETOPO2海深模型进行比较,其精度和分辨率较ETOPO2海深模型均有明显提高。

利用SWARM卫星高低跟踪探测格陵兰岛时变重力信号

GRACE重力卫星任务即将结束,后续GRACE Follow-On卫星计划于2017年发射,在此期间,迫切需要一个新的卫星计划继续对全球时变重力场进行连续监测,以保证时变重力场信息时间序列的连贯性.SWARM计划包括三颗轨道高为300-500km的近极轨卫星星座,类似于三颗CHAMP卫星,具有接替时变重力场探测的潜力.本文首先分析SWARM（模拟）、CHAMP、GRACE反演至60阶时变重力场球谐系数的误差特性及不同高斯平滑半径对高频误差的抑制效果,然后分别利用SWARM、CHAMP、GRACE的时变重力场模型恢复全球质量变化,结果表明,SWARM模拟观测数据的高频误差低于CHAMP观测数据,探测时变重力场的整体精度优于CHAMP,略低于GRACE探测精度;其次,对比2003年1月—2009年12月期间CHAMP（hl-SST）和GRACE（ll-SST）时变重力场模型反演格陵兰岛冰盖质量变化趋势,结果显示,CHAMP数据得到格陵兰岛冰盖质量变化趋势为-50.2±2.0Gt/a,GRACE所得结果为-41.2±1.6Gt/a,两者相差21.8%;最后,对比2000年1月—2004年12月间SWARM模拟数据和＂真实＂模型数据反演的格陵兰岛冰盖质量变化趋势,结果表明,两者相差19.2%.本文研究表明,利用SWARM hl-SST数据探测时变重力场可以达到20%相对精度水平,有潜力用于填补GRACE和GRACE Follow-On期间探测地球时变重力场的空白.

联合测高重力异常与ETOPO5海深数据求解南海海深模型

利用卫星测高重力异常,基于非补偿板块模型,反演了南海海域海底地形.考虑向下延拓容易导致的高频分量剧烈震荡,引入统计学中的统计相关理论,采用线性回归模型,对得到的海深模型进行了新的计算,反演结果与LDEO船测深数据相比较,两者之差的RMS为253.3m,较ETOPO5海深模型精度和分辨率均有明显的提高.

利用卫星激光测高分析SRTM数字高程模型的精度

本文利用星载激光测高数据分析并评估了SRTM的精度。以美国北部SRTM数据为例,详细地分析了不同植被覆盖率、不同地形起伏下两者之间的差异,并给出了差异的统计结果。同时揭示了植被覆盖、地形起伏对SRTM获取地形数据的影响。

联合GRACE、Swarm、GRACE-FO卫星观测确定格陵兰岛冰盖质量时空变化特征

GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)重力卫星任务的成功实施,极大推进了极地冰盖质量平衡、全球水循环和海水质量变化等领域的研究,其后续任务GRACE-FO(Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On)于2018年5月成功发射,但两个卫星任务存在近一年的观测空白期.Swarm卫星于2013年11月成功发射,其任务由三颗在低轨道高度绕地球运行的卫星组成,搭载有GPS接收器、加速度计等装置,使得Swarm卫星具有恢复静态和时变重力场的能力.本文利用Swarm卫星观测反演格陵兰岛冰盖质量变化,通过与GRACE、GRACE-FO结果进行对比,验证其确定地表质量变化的能力,并基于GRACE、Swarm和GRACE-FO数据建立了2002年4月—2020年5月格陵兰岛冰盖质量变化时间序列,进一步利用温度和降水数据探讨冰盖消融的原因.结果表明:1)2013年12月—2017年6月,利用GRACE数据和Swarm数据确定的格陵兰岛冰盖质量变化时间序列的相关系数为0.652;2)2018年6月—2019年6月,基于GRACE-FO数据和Swarm数据得到格陵兰岛冰盖质量变化时间序列的相关系数为0.518;3)2002年4月—2020年5月格陵兰岛冰盖质量下降速率为-11.174±0.109 cm·a-1,非季节性冰盖质量异常在2013年4月出现极小值;4)在2010年8月—2017年6月,格陵兰岛地区温度异常和径流量异常升高,以及降水量异常减少,在一定程度上,加剧了该地区的冰盖消融.本文研究表明Swarm卫星具有探测地球时变重力场的能力,可填补GRACE和GRACE-FO任务之间的空白.

2020年珠峰高程测量基准

介绍了珠峰范围和自然地理概况,简要回顾了我国历次珠峰高程测量工作和取得的科研成果;并基于珠峰高程测量与国家高程基准的关系,详细论述了全球海平面变化对高程基准的现势性所造成的影响,以及大地水准面精化和高程基准维护的重要意义。

以工程伦理观点审视水利工程中的环境问题

本文以代表性水利工程引起的环境问题为背景,以工程伦理视角审视了水利工程的环境问题,并引出了环境伦理和河流伦理的概念。本文对工程理论在水利工程中的应用阐述,对工程伦理课程的讲授和与专业研究的结合具有一定的指导意义。

海洋工程与技术专业多层次实践教学及其运行保障体系构建探索

构建科学合理的多层次实践教学体系对培养海洋强国战略的创新型人才具有重要的作用。从实现海洋强国战略目标为出发点,针对目前国内高校海洋工程与技术专业在实践教学中存在的问题,进行深入研究和探讨,提出了一套适应于高校多层次实践教学及其运行的保障体系,以期提高学生实践能力,迎合现代海洋产业发展的需求。

利用GRACE RL05模型监测长江流域水储量变化

本文基于GRACE最新重力场模型RL05序列研究了高斯滤波、Wiener滤波、各向异性滤波三种方法在长江流域水储量变化监测中的适用性,计算了应用三种方法得到的水储量变化速率。通过与长江流域水文模型的比较,高斯滤波平滑半径为430km时所得的结果与Wiener滤波基本一致,但各向异性滤波反演的结果与水文模型更为接近,并且优于前面两种方法。研究结果表明GRACE RL05时变重力场球谐系数误差存在各向异性的分布特征,因此各向异性滤波更适用于GRACE区域水储量变化的研究。

格陵兰岛冰盖质量变化趋势最优非线性模型的建立

文章基于线性回归和高阶多项式模型研究了格陵兰岛冰盖质量变化趋势,并利用多项式系数假设检验、R2调整、信息准则、交叉验证多种准则进行比较分析。对比多个周期线性拟合和非线性回归模型得到的趋势值,结果表明,二阶多项式模型得到的格陵兰岛冰盖质量变化趋势值最优,并且利用GRACE获取的冰盖质量变化趋势与研究周期和趋势模型具有很大的关系。

国际新一代卫星重力探测计划研究现状与进展

回顾了卫星重力探测技术的发展,讨论了当前卫星重力计划CHAMP、GRACE、GOCE研究现状和存在的主要问题,评述了国际下一代4个卫星重力计划E.motion、GRACE-FO、NGGM和GETRIS的最新研究进展,并介绍了SWARM卫星星群任务在地球重力场研究中的作用和地位,最后对我国未来卫星重力计划的实施提出了几点建议。

联合GRACE与TRMM探测阿富汗水储量能力及其发生洪水的可能性

联合重力恢复和气候探测任务(gravity recovery and climate experiment,GRACE)确定的陆地水储量变化以及降水测量卫星任务(tropical rainfall measuring mission satellite,TRMM)提供的降水观测数据,探测局部地区发生洪水的可能性,是一种非常有用的遥测方法。本文提出了一种改进的方法来探测阿富汗陆地水储量能力及其发生洪水的可能性。首先,根据GRACE数据确定的陆地水储量变化获取改进的水储量不足,进而估计阿富汗水储量能力;其次,联合TRMM降水数据,建立阿富汗洪水因子模型;最后,将阿富汗洪水因子结果与中国气象局国家气候中心观测图进行对比。结果表明,洪水因子与中国气象局国家气候中心观测结果基本吻合,并从时间和空间角度真实地反应了阿富汗地区发生的洪水。因此,联合GRACE和TRMM卫星观测数据可探测阿富汗发生洪水的可能性,并为研究区域洪水预警提供了新的有利工具。

利用ICESat激光测高数据确定极地冰盖高程变化

对比研究了Shepard方法和连续曲率张力样条法及Kriging法在高程观测值稀疏和空缺区域中的插值效果,然后基于精化的ICESat数据集,利用连续曲率张力样条法建立了两极冰盖的格网时间序列模型,给出了极地冰盖高程的变化速率分布,并与卫星交叉点差值方法得到的相应值进行了对比分析。

卫星测高反演海洋重力异常的精度分析

针对卫星测高技术中由于大地水准面取值受各项误差影响导致精度较低的问题,该文联合多源多代卫星测高数据,基于逆Vening-Meinesz公式确定海洋重力异常,进一步对海洋重力异常进行内部和外部检核。结果表明,卫星测高反演的海洋重力异常与EGM2008比较的精度为±7.116mgal;与船测重力异常比较的精度为7.417mgal,这与国际上对测高重力异常与船测重力异常比较精度一致。

GRACE卫星的冰川消融与水储量变化探讨

针对青藏高原地区的冰川消融会影响发源于该地区的长江流域水储量变化这一情况,该文对二者的相关性进行深入研究。基于GRACE卫星2004—2010年重力数据,联合水文模型,利用水量平衡法,计算得到青藏高原地区冰川消融的平均速率为0.369cm/a,表明青藏高原冰川正在以较大速率消融;进而反演建立青藏高原和长江流域两个区域质量变迁的时间序列,计算得到两个区域的平均变化速率分别为-0.095cm/a和0.381cm/a,表明青藏高原地区的质量在以缓慢的速率减少,而长江流域水储量具有逐年增加的趋势且变化速率更大;最后通过分析计算结果,得出青藏高原地区冰川消融对长江流域水储量变化的贡献占其整个水量变化的20%。

卫星激光测高ICESat确定海面高精度分析

讨论了ICESat卫星在大地测量学与海洋学中的应用,利用目前国际上公认的最高精度的测高数据TOPEX,分析了ICESat确定的海平面高以及中尺度的海面异常精度,给出了统计结果。

基于虚实融合的《海洋测绘》理论与实践教学新模式

海洋测绘是一切海洋活动的前提和基础。目前我国许多高校均开设了《海洋测绘》课程。在新冠疫情背景下,特别是内陆高校,缺乏教学实践设备与场地,如何有效开展《海洋测绘》教学与实践活动,对于培养适应我国海洋战略需求的海洋应用创新人才具有重要意义。因此,提出了虚实融合的“线上+线下”《海洋测绘》理论与实践教学新模式。首先重点开展虚拟仿真平台建设,将虚拟现实融入线下课堂,教师实时操作演示;再采用课堂反转,学生针对某一主题进行线上或线下汇报,并通过虚拟仿真平台完成实操;最后采用“线上+线下”综合考核的方式(线下笔试、研究报告,线上操作、成果展示)评估学生掌握的情况。

利用Swarm星群探测亚马逊流域2015-2016年干旱事件

准确探测和预防干旱事件对人类社会和经济发展至关重要。重力场恢复和气候实验(Gravity Recovery and Climate Experiment,GRACE)卫星自发射以来被广泛用于探测包括陆地水储量变化在内的地球质量迁移情况,但两代GRACE卫星数据任务之间存在空白。Swarm卫星搭载了全球定位系统(Global Positioning System, GPS)接收机和加速度计等设备,可用于恢复地球时变重力场,具有填补两代GRACE卫星任务之间空白的潜力。基于此,首先采用2013-12-2016-12的Swarm时变重力场估计亚马逊流域的陆地水储量变化和2015-2016年干旱事件造成的陆地水储量不足;然后与GRACE卫星数据、3种水文模型和4个虚拟水文站数据估计的结果进行对比分析;最后采用降水和温度数据研究造成亚马逊流域干旱事件的原因。实验数据结果表明,Swarm同GRACE、水文模型和虚拟水文站估计的结果均符合较好;Swarm为探测陆地水储量变化和干旱事件提供了新的有效途径,具有替代GRACE卫星探测亚马逊流域极端干旱和洪水灾害的潜力,该结果对利用Swarm星群研究地球质量迁移有一定参考作用。