地球外部引力场引起卫星间距离变化的数值模拟研究

卫星跟踪卫星 (SST)被认为是解决目前地球重力场探测领域中所面临一系列问题的有效方法之一。随着CHAMP、GRACE等SST卫星重力任务的实施 ,卫星跟踪卫星方法已经进入实用阶段。以GRACE卫星重力计划为参照 ,利用数值模拟方法研究了由于地球外部引力场导致的卫星间距离变化的规律 ,得出了相应结论。本研究方法和结论可以为进一步的研究工作 。

地球外部扰动重力严密改化模型及分析检验

直接积分模型是计算地球外部扰动重力的主要数学工具,将全球积分模型改化为局域积分模型是实现地球外部重力场赋值的前提条件.相比表层积分模型和向上延拓积分模型,Stokes积分模型要求的输入信息种类最少,故在减轻数据保障压力方面具有比较明显的优势.在实施Stokes积分模型工程化应用过程中,我们发现扰动重力径向分量积分模型从地球外部逼近边界面时存在比较严重的数值不连续性问题,本文研究并指出了存在该问题的内在原因,同时提出了保持该模型连续性的修正方法;针对三分量计算模型存在的积分奇异性问题和传统改化方法存在的理论缺陷,提出综合采用移去恢复运算和积分恒等式转换技术,同时依据实测数据保障条件,分步实施扰动重力三分量全球积分模型改化的技术流程和方法,推出了三分量积分模型的分步改化公式,提出了补偿传统改化模型缺陷的修正公式.以超高阶地球位模型EGM2008作为检核参考位场,开展模型对比计算数值试验,分别对本文推出的扰动重力三分量不同阶段改化模型的计算精度进行了分析检验和评估,验证了采用严密改化模型的必要性和有效性.

地球形状间接摄动

本文比较分析了用两种不同方法求得的地球形状间接摄动公式，通过建立地球质量多极短与地球引力场系数的关系，证明了当只考虑地球质量四极短时文［1］与文［2］公式的等价性，因而尽管文［1］方法给出的公式更完整，但在目前观测精度下这两套公式可以等价使用。

地球系统科学研究态势

地球系统可以划分为固体地球系统、表层地球系统和日地空间系统三大组成部分,这三大部分之间不仅存在能量和物质上的相互传输和耦合关系,而且涉及从微观到宏观的多个尺度.地球系统科学以全球性和统一性以及整体观、系统观和多时空尺度为特征,不仅着眼于地球各圈层之间在物理、化学和生物上的相互作用,而且以此来研究地球整体及其圈层之间的性质、行为、过程和机制.虽然对这三大系统内部学科领域的研究均取得了长足的进展,但是对它们的整体行为以及个体之间的相互作用仍然认识不足,因此面临不同类型和层次的挑战.固体地球系统由地壳、地幔和地核组成,现有的观测技术难以深入到地幔内部,导致直接观测和数据获取困难;地球内部的高温、高压和强磁场等极端环境,也给观测设备和科学实验带来了巨大挑战.表层地球系统是一个开放的复杂巨系统,其内部各子系统(包括大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈)之间存在复杂的相互作用和反馈机制,使得对表层地球系统的整体行为和长期演化的理解变得困难;生物活动对表层地球系统的影响日益显著,地球内部系统与外部系统之间的耦合更加复杂,如何区分和量化地球圈层相互作用和生物活动对表层地球系统的影响是一个重要挑战.日地空间系统包括太阳活动、地球磁场、大气层、空间天气等多个物理过程,太阳活动对地球空间环境的影响显著,但现有的观测与重建方法和预测模型在精度和时效性方面仍存在不足;如何提高太阳活动的预测能力并减少空间天气灾害的影响是日地空间系统研究的重要课题,如何跨越不同尺度并建立多物理过程的耦合模型是日地空间系统研究的重要挑战.由于上述地球三大系统内部及其之间的各种过程和现象往往跨越多个时间和空间尺度,并且表现出强烈的非线性特征,结果使得对其行为和过程的理解变得复杂多变,这给理论建模和数值模拟带来了巨大挑战.因此,对地球三大系统的研究需要多学科之间的深入交叉和融合,以共同揭示地球系统的基本规律和运行机制.

联合两个界面的数据求解超定边值问题的途径

给定地面和卫星界面上的比较密集的重力数据,可采用虚拟压缩恢复法或球谐展开法求解地球外部重力场;给定地面部分区域和卫星界面上部分区域的重力数据,可采用球谐展开法求解。阐述上述两种方法的理论基础,给出基于上述两种方法求解重力场的模型。

Spherical External Gravity Correction

In mountainous area, gravity survey external corrections, including terrain and Bouguer corrections, are the prerequisites for gravity data processing and interpretation. This paper presents a suite of techniques for spherical terrain and slab corrections for a finite spherical shell based on the analysis of conventional external corrections and deduces an equation for spherical terrain correction. The processing of gravity data acquired in the ZJJ area, South China shows that this technique significantly improves the accuracy of terrain corrections, and the quality of the data reaches or approaches the data acquired on plains.