基于张衡一号卫星数据的中国区域岩石圈磁场球冠谐分析

张衡一号卫星于2018年2月成功发射升空,卫星上搭载有测量地磁场的高精度磁强计,包括标量和矢量磁力仪.本文基于张衡一号卫星2018年3月—2022年5月的标量磁测数据,利用球冠谐分析进行中国区域的岩石圈磁场建模工作.首先选取地磁活动平静时期(Kp≤2o)的夜侧数据,来减少外源场的影响;然后,利用CHAOS-7模型计算值去除主磁场和外源场,得到岩石圈磁异常值,再利用球冠谐分析进行中国区域的地磁场建模,得到最大阶数为53.17(对应地表波长为752 km)的球冠谐模型.该模型可以明显揭示出中国及邻区的主要岩石圈磁异常,包括位于我国塔里木盆地、四川盆地、松辽盆地和境外的贝加尔湖、孟加拉盆地附近的高值磁异常,以及位于青藏高原南部的东西向低值磁异常.为了对模型结果进行进一步分析,将其与Swarm-A卫星数据球冠谐建模结果和CHAOS-7球谐模型结果在不同高度上进行了对比,主要磁异常的分布基本一致,而且在向下延拓到100 km高度时,本文的模型也能够提供比较稳定的结果,但是在幅值和磁异常形态细节上存在一定差异.

中国及邻区高分辨率三维岩石圈磁场修正球冠谐模型(CUG_CLMFM3Dv1)

日益完善的大区域地面航磁调查与卫星磁测给建立高精度与高分辨率的地磁场模型带来了新的契机,同时也对地磁场建模技术提出了更高的要求.本文基于修正球冠谐分析方法,利用全球岩石圈磁力异常汇编网格WDMAMv2中提取的近地表总磁场强度异常数据与CHAMP卫星近十年的矢量测量数据,联合构建了中国及邻区高分辨率三维岩石圈磁场的修正球冠谐模型.该区域岩石圈磁场模型的分辨率可达球谐3500阶/次,进而基于该模型正演计算了研究区域不同高度的矢量数据.将区域模型与高分辨率的球谐模型分别在空间域与频率域进行对比,结果显示区域模型中的高频成份更加丰富,所描绘出的磁异常的形态和幅值更加接近原始建模数据,且在由低分辨率球谐模型补空的区域更加平滑.该应用案例证明,联合可靠的近地面标量与卫星矢量磁测数据,基于修正球冠谐分析方法,有能力构建出高精度与高分辨率的区域三维岩石圈磁场模型.

京津冀地区地磁场球冠谐分析

20 0 2年在京津冀地区进行了 4 5个测点的地磁三分量测量 ,对测量资料进行通化处理 ,通化时间为 2 0 0 2年 5月 5日 16～ 18时 (世界时 ) .通化后的观测均方差分别优于 1.5nT(地磁场总强度F) ,0 .5′(磁偏角D和磁倾角I) .将国际参考地磁场 (IGRF2 0 0 0 )作为地磁正常场 ,建立了京津冀地区地磁异常场的球冠谐模型 (BTHASCH) .球冠极的空间位置坐标为 39.5°N和 117.0°E ,球冠半角为 4° .在模型计算过程中 ,球冠谐函数的截断阶数分别取为 1～ 10 .经综合比较 ,最终采用的截断阶数为 5 .建立了京津冀地区参考地磁场的球冠谐模型 (BTHGRF) .根据模型 ,绘制了京津冀地区地磁异常场图 (ΔX、ΔY、ΔZ、ΔF、ΔD、ΔI)和京津冀地区地磁图 (X、Y、Z、F、D、I)

利用球冠谐分析方法和GPS数据建立中国区域电离层TEC模型

利用GPS实测资料建立了中国区域电离层TEC球冠谐分析模型（spherical cap harmonic analysis，SCHA），评估了该模型的精度和有效性。结果表明，该模型有较高的拟合精度，其拟合残差约为±3TECU，且精度在时间和空间上分布较均匀。根据IGS分析中心发布的IONEX全球电离层数据（GIM），内插得到了区域内相应时段的平均电离层电子含量，并利用它对CSHA模型的零阶项系数C0.0所表示的区域平均电离层电子含量进行了检核。结果表明，二者具有较高的一致性和相关性，其谱特征相关系数为0．993。由于SCHA模型较GIM模型利用了更多本区域的GPS观测数据，因此其拟合精度更高，拟合结果与实测数据更一致。对SCHA模型参数的时间序列进行谱分析，结果表明，该模型的模型系数较好地描述了区域电离层TEC的周期性变化特征。

亚洲MAGSAT卫星磁异常冠谐分析

根据亚洲地区（15°S—60°N，55°E—160°E）MAGSAT卫星碰异常1°×1°网格值，使用冠谐分析方法，计算亚洲地区卫星磁异常的冠谐模型．球冠极点位于22°N，108°E；球冠半角为50°．该模型的最大截断指数Kmax=20，共有441个系数．根据冠谐模型，绘制卫星平均高度（400km）以及其他高度（300km和500km）的理论卫星磁异常图（△X，△Y，△Z）．卫星磁异常的冠谐模型能表示磁异常的三维结构，为探讨岩石层结构提供证据．

利用球冠谐分析拟合GPS水准高程

研究了球冠谐分析的理论基础,推导出用球冠谐分析拟合高程异常的模型,从而实现了GPS大地高和正常高之间的转换。介绍了球冠谐模型的改进模型(adjusted spherical harmonic analysis,ASHA),解决了球冠谐分析中求解非整阶Legendre函数阶数的困难。拟合结果显示,模型的内外符合精度能控制在cm级。

局部重力场球冠谐分析中的导数计算及应用

在建立局部地区的地球重力场模型中,球冠谐分析是一种有效的方法。在球冠坐标系下建立重力场模型时,仅涉及到重力位的垂向分量,不必进行关于极角的微分运算,所以仅用单个正交基来建模,但若要在球冠坐标系下对重力场作进一步分析,如类似于平面处理的导数运算,来突出地质体的边界,要计算极角的微分,利用单个正交基表示则不易收敛,且误差较大。本文中作者采用两个正交基函数在球冠坐标系下对重力场建模,推导计算了径向导数和曲面导数模,并利用棱柱体正演模型进行检验,结果表明双基函数建模更适合曲面上的位场表示。最后计算了冲绳海槽地区卫星测高重力异常数据的曲面导数,径向导数清晰划分了东海陆架上大构造单元,曲面导数梯度带显示了东海陆架外缘隆起带,也指示了陆架盆地内的一些局部构造。这表明双基函数的球冠谐分析是一种有效的曲面位场建模方法。

地壳垂直形变场逼近的球冠谐分析法

基于地壳垂直运动的均衡理论,讨论了球谐函数法用于区域地壳垂直形变场逼近时所存在的问题,提出并推导了球冠谐分析法逼近区域地壳垂直形变场的模型。并利用该模型对两个实际区域进行了试验,取得了良好的效果。

1950～1990年中国地磁剩余场冠谐分析

根据中国 195 0、196 0、1970、1980年和 1990年地磁三分量绝对测量资料 ,使用球冠谐和分析方法 ,分别计算 195 0～ 1990年各个年代中国地磁剩余场冠谐模型 .球冠极点位于 36°N和 10 4°E ,球冠半角为 30° ,冠谐模型的截断阶数为 8.地磁剩余场冠谐模型的均方偏差分别为 :对于X分量 ,195 0年为 93.1nT ,196 0年为 12 8.9nT ,1970年为 10 7.2nT ,1980年为 10 7.6nT ,1990年为 95 .2nT ;对于Y分量 ,195 0～ 1990年依次为 74 .8nT ,98.1nT ,89.2nT ,89.9nT和 84 .0nT ;对于Z分量 ,分别为 12 2 .2nT(195 0年 ) ,135 .0nT(196 0年 ) ,137.7nT(1970年 ) ,110 .1nT(1980年 )和 10 7.5nT(1990年 ) .根据中国地磁剩余场冠谐模型和全球地磁场DGRF模型 ,得到中国地磁场的冠谐模型 ,并对冠谐模型的边界效应进行了分析和讨论 .

地磁场模型和冠谐分析

地磁场是由内源场(地核场和地壳场)和外源场(电离层场和磁层场)组成的,地磁场模型是表示地磁场时空分布的数学表达式.本文简述了地磁场全球模型和区域模型的计算方法和应用;评述了冠谐分析方法及其在地磁学中的应用;介绍了地磁场模型误差的主要来源.

利用球冠谐分析方法研究中国大陆卫星重力场异常

介绍球冠谐分析方法在卫星重力场研究中的基本理论和计算方法,探讨了球冠谐分析方法和球谐分析方法的异同,以及球冠谐分析方法在大陆卫星重力场研究中的应用.

利用球冠谐分析方法提取不同波长重力场异常

介绍球冠谐分析方法在重力场研究中的基本理论和计算方法。探讨了球冠谐系数与波长的关系，以及利用球冠谐分析方法提取不同波长的重力场异常，进而研究深部地壳结构的问题，最后给出一个实例。

碳循环反演大数据模型的探索与分析

本文在分析碳源排放清单(R_(排放))、生物过程模拟植被净生态系统生产力(NEP_(植被))、大气层碳卫星监测CO_(2)浓度(CO_(2月平均浓度))三种反演时空分布数据的基础上,利用LM最优估算法结合球冠谐模型解析碳的基础量值及空间分布关系,通过计算机深度学习,构建基于上述三个模型融合的大数据模型,以期探明工业碳源排放清单CO_(2)较为明晰准确的反演过程和各个环节的数学关系,为有效的消碳提供技术路径支撑。

地磁场模型误差分析中的几个问题

地磁场全球建模和局域建模理论是编绘全球地磁图和区域地磁图(如国家地磁图)的基础.区域磁场是全球磁场的一部分,因此,区域模型系数与全球模型系数之间存在着确定的关系.这些关系既是检验区域建模的分析方法是否合理,结果是否正确的判据,又是估计区域模型误差的出发点.全球建模的标准方法是球谐分析,而局域建模方法很多,大体可分为基于观测值的纯数值模型和基于磁位理论的数学模型两类.前一类是数值方法,着眼于对观测值的最佳拟合,常用的拟合函数有幂函数、指数函数、三角函数、样条函数、简谐样条函数、本征函数等等,拟合结果实用价值大,但在物理上有一定缺陷.后一类建模方法主要有等效源法、球冠谐和分析(SCHA)、修正球冠谐和分析(R-SCHA)、矩谐分析(RHA)等,这些模型在物理上满足无源无旋性质,而数值偏差却往往大于前者.本文从误差理论出发,探讨地磁模型中测值误差、截断误差、舍入误差、系统误差等各种误差的分布规律,研究地壳场、外源场的存在对模型误差的影响,用仿真算例,分析地磁场局域模型中的边界效应、长波误差、中短波误差、延拓误差、数据噪声误差,讨论由于台站分布不均匀、成片地区缺资料等因素引起的模型误差.通过对比分析,总结不同方法的优缺点和适用场合.

多源重力数据球冠谐模型抗差融合法

提出了一种基于球冠谐模型的抗差岭估计数据融合算法,并通过数值计算对算法的有效性进行验证。结果表明融合后的球冠谐模型不仅能够抵抗系数阵的病态性,而且能够有效地消除观测粗差的影响。最后就观测噪声大小对融合结果的影响进行了探讨。

1936年中国地磁参考场的冠谐模型

根据 1936年中国东部和中部地区的地磁测量资料 ,以及国际地磁参考场DGRF1935和DGRF194 0 ,用冠谐分析方法计算 1936年中国地磁参考场 (CGRF)的冠谐模型 .冠谐模型的截断阶数为 8,球冠极位于 36°N和 10 4°E ,球冠半角为 30° .CGRF1936比相应的国际地磁参考场能更好地表示中国地磁场的分布 ,本文计算的冠谐模型的均方偏差分别为 10 4 .9nT(X分量 ) ,84 .8nT(Y分量 )和 12 1.1nT(Z分量 ) .根据地磁场的冠谐模型 ,绘制 1936年中国地磁图 (X ,Y ,Z ,F)和异常磁场图 (ΔX ,ΔY ,ΔZ ,ΔF) .

地磁场全球建模和局域建模

地磁测量和地磁场建模是地磁学研究和应用的重要内容之一,构建全球和局部地区地磁场模型的物理依据是位场理论,观测依据是地面、海洋、航空、气球和卫星的磁场探测资料.地磁场建模涉及两个问题,即如何选取合适的基函数和怎样实现最佳的拟合.全球建模的经典方法是球谐分析(简记为SHA),它无论在理论上,还是在数值计算上均已非常成熟.与之相比,局部区域磁场建模的方法虽然很多,但是它们的数学理论还不完善,计算技术尚待发展,有效性不断受到挑战,模型的物理解释也常常受到质疑.本文用比较分析的方法,探讨了全球建模的常规球谐分析(SHA)和局域建模的矩谐分析(RHA)、冠谐分析(SCHA)及修正冠谐分析(R-SCHA)等方法在理论基础和数学处理中的差异,分析它们拟合磁测资料的优缺点,指出它们的局限性和适用场合.

地磁正常场的选取与地磁异常场的计算

根据 2 0 0 3年中国地磁观测数据 (包括 135个地磁测点和 35个地磁台 )以及我国邻近地区 38个IGRF计算点的地磁数据 ,计算中国地磁异常场的分布 .选取两种地磁场模型作为地磁正常场 ,一是国际参考地磁场的球谐模型 ,二是中国地磁场泰勒多项式模型 .根据各个测点的地磁异常值 (观测值减去模型计算值 ) ,用球冠谐分析方法计算地磁异常场的球冠谐模型 ,并绘制 2 0 0 3年中国地磁异常图 (ΔD ,ΔI,ΔF ,ΔX ,ΔY ,ΔZ) .分析和讨论了中国地磁异常场 .

地震地磁监测试验区研究进展

主要从中国地震地磁监测试验区的现况、数据观测与处理、模型计算方法以及监测成果等方面介绍了研究进展。通过对地震地磁试验区的探索性研究,分析了开展监测试验区研究的重要意义,展望了其发展前景。

海洋局域地磁场球冠谐分析建模方法研究

本文研究了将球冠谐分析用于海洋局域地磁场建模的理论和方法,并对建模数据的质量控制、数据的代表性、球冠极点和半角的选择、模型截至阶数的确定、球冠谐分析建模中边界效应的影响和削弱等建模中关键问题进行了深入研究,最后提出了分区建摸的思想,并构建了高精度的地磁场模型。