基于GPS-IR的复杂寒区地表冻融状态监测研究

针对复杂寒区地表冻融状态情况,基于GPS-IR(Global Positioning System-Interference Reflectometry)技术进行地表冻融状态监测精度研究。采用2017—2022年PBO(The Plate Boundary Observatory)GPS站点数据,结合SNOTEL气象站地表实测数据,充分考虑了复杂寒区地表积雪深度、土壤湿度和地表冻融状态对GPS(Global Positioning System)多路径观测值的影响,基于GPS-IR技术利用卫星反射信号来进行地表冻融状态监测。结果表明:在积雪深度和土壤湿度时间序列平稳的状态下,GPS-IR技术的冻融监测精度为90.63%,积雪深度和土壤湿度的波动都会导致监测精度下降。实验表明GPS-IR技术的监测精度会受到积雪深度和土壤湿度的影响,在地球物理参数小范围变化的情况下监测精度较好,对地表冻融状态响应敏感,是一种有效监测复杂寒区冻融特性的有效手段。

GPS结构振动监测数据滤波方法及其性能实验研究

使用GPS监测结构振动的目的在于提取振动信号特征,但GPS观测量受多种误差源的影响,因此,选用合理的数据处理方法有效地分离各误差项,对于提高GPS的监测精度具有重要意义。将Vondrak滤波、小波滤波、自适应FIR滤波和卡尔曼滤波等四种方法应用于资料序列中振动信号的分离,通过对模拟振动实验观测资料的分析表明:运用滤波法可提高GPS测量微小动态变形和变频振动信号的检测能力;4种滤波法均能有效地提高GPS监测结构振动的精度,其中,Vondrak滤波和小波滤波的性能相当,且优于自适应FIR和卡尔曼滤波。同时,在对各滤波法参数选择的优缺点进行分析的基础上,提出不同情况下选择滤波器的建议。

对ETALON卫星的精密定轨研究

ＥＴＡＬＯＮ卫星是１９８９年发射的激光卫星，具有正球形、高质面比和轨道近圆等特点。其轨道倾角６５°，半长径为２．５万ｋｍ。其轨道不仅稳定，而且优化了覆盖欧亚大陆及太平洋地区的几何特性，适合于测定地球自转参数，更适合于全球测地和地壳运动的研究。本文研究了对Ｅ－ＴＡＬＯＮ卫星精密定轨的要求，如摄动模型的选取，数值积分中积分步长的选取等，利用１９９４年１０月ＥＴＡＬＯＮ－２的资料，对ＥＴＡＬＯＮ－２卫星进行了精密定轨，一个月（３１ｄ）弧长的定轨精度优于１０ｃｍ，１０天弧长定轨精度优于５ｃｍ。

用LAGEOS-1的激光测距资料测定地球引力常数GM

本文利用LAGEOS-1卫星的激光测距资料，从1990年至1994年，每半年取90天资料，用统计轨道方法，多级复弧法解得10组地球引力常数GM值，取加仅平均值后，最终结果为GM＝398600．44181（±0．

Vondrak滤波法用于结构振动与GPS多路径信号的分离

根据Vondrak滤波法在信号的截断频带上具有较高信号分辨率的特点,将Vondrak带通滤波法应用于全球定位系统(GPS)结构变形监测中以分离结构振动和多路径效应的影响。对GPS实际观测资料进行分析,结果表明:采用该方法不仅能从坐标序列中成功提取结构振动信息,也能正确分离载波相位双差观测值的残差序列中的结构振动和多路径效应影响,因而在提高GPS定位精度上具有较大的应用潜力。

一种基于交叉证认技术的自适应小波变换及其在削减GPS多路径误差中的应用

多路径效应影响是目前限制GPS定位精度进一步提高的瓶颈。提出用交叉证认技术自动识别小波分解的信号层,再通过小波重构实现降噪和信号提取,并将该方法应用于GPS多路径误差的削减中。对模拟数据和实际GPS观测资料的分析表明,该方法能合理分离不同噪声水平下资料序列中的信号和噪声;当噪声水平小于信号振幅的一半时,能成功分离资料序列中的高频信号。同时,运用该方法得到的多路径改正模型和GPS多路径效应的重复性,可有效地削弱多路径效应的影响,提高GPS定位精度。

大气重力格林函数的理论计算

重力测量中需要扣除大气的影响.大气负荷对重力测量的影响可以分为大气质量变化引起的直接效应和大气负荷引起的地球变形带来的间接效应,大气负荷对重力观测值的直接影响,相对于间接效应量级较大.本文从理论上研究了大气负荷对重力观测的直接影响,仿照Farrell定义的负荷格林函数,引入大气重力格林函数,用来表示大气压变化对于重力观测的直接引力影响.在前人的基础上,本文采用了更为精细的大气模型,考虑大气温度随高程的变化,用离散褶积的方法求得了大气重力格林函数的理论值.实际计算时还要考虑地表温度、台站高程、周围地形等因素的影响,本文讨论了这些因素对大气重力格林函数的影响.考虑地表温度、台站高程、地形改正等各种影响因素以及地球变形引起的间接效应后,对台站周围区域积分即可求得大气变化引起的理论重力信号.

利用MODIS气溶胶产品反演PM_(10)质量浓度:以杭州为例

通过对PM10浓度与MODIS气溶胶光学厚度进行相关分析,结合湿度订正和垂直订正建立了MODIS气溶胶光学厚度与地面PM10浓度的回归模型,并用该模型对杭州的PM10浓度进行了反演。反演结果与PM10的实测值吻合性较好,拟合系数(R2)为0.660,平均误差为0.028。

城市气溶胶光学厚度的遥感观测

浙江省杭州市和宁波市城区大气气溶胶光学厚度的CE318太阳光度计测量数据表明两地气溶胶光学厚度的日变化较大,在春夏季节尤甚,且春夏季节气溶胶的平均光学厚度高于秋冬季节。并采用了太阳光度计数据对该地区的MODIS气溶胶光学厚度产品进行了订正。订正后的MODIS产品与太阳光度计的实测值的变化趋势较为一致。本研究区内这两者的值有较好的相关性,相关系数(R)均超过0.9,拟合系数(R2)达到0.8以上。

“嫦娥”-1号探测数据新证认两个月球背面质量瘤区域

月球重力场与地形数据组合,可以揭示月球壳、幔等内部结构,还可以揭示月壳中的物质分布异常集中的区域–质量瘤区域。利用“嫦娥”-1月球地形模型,并结合优化的月球重力场,新证认“嫦娥”-1发现的月球背面中尺度撞击盆地Fitzgerald-Jackson、以及南极区域的Amundsen-Ganswindt是两个质量瘤异常区。同时也进一步确认了Amundsen-Ganswindt盆地的存在,消除了在这个问题上的不确定性。这类中尺度的月球质量瘤的发现证明了“嫦娥”-1号月球探测数据在测月学研究中具有独特的优势和特点。

典型水循环参数星载GNSS-R/SoOP-R遥感探测的研究现状

全球导航卫星系统反射测量(global navigation satellite system-reflectometry,GNSS-R)技术是利用导航卫星的反射信号进行遥感的一种新兴的对地观测方式,其在海洋领域的研究相对较早和成熟,但是近年来随着星载探测计划的发展,如英国的TechDemoSat-1、美国的旋风全球导航卫星系统(cyclone GNSS,CYGNSS)以及中国的风云三号E星,其在陆地领域遥感研究的优势和潜质已经逐步显现。首先,总结了目前机理模型的研究现状;然后,回顾了星载GNSS-R及其他机会卫星反射信号遥感(signal of opportunity reflection remote sensing,SoOP-R)的典型陆面水循环参数的研究现状,以及GNSS-R技术在土壤水分、植被、地表冻融监测上的应用,并梳理了最新SoOP-R技术在根区土壤水分和雪水当量的研究现状;最后,总结了目前在前向机理模型研究和后续反演算法开发中存在的潜在问题,以期在一定程度上推动该项技术在水循环主要气候气象参数探测的发展。

利用全月重力/地形导纳估计月球弹性层厚度

利用最新的GRAIL月球重力数据和LRO地形数据,计算重力/地形导纳及其相关性。结果表明,最新的测月数据能够在球谐系数达到500阶的时候依然保持比较高的相关性,精度得到很大的提高。全月重力/地形导纳在50阶以下(波长大于~220 km),之后迅速增加,维持在110 mgal/km附近。利用Gauss-Newton迭代法计算得到全月弹性平均厚度Te=11.7 km,表明很有可能月球地形在月球早期就已经形成。

两种时延修正方法在嫦娥四号探测器ΔDOR测量中的应用

ΔDOR测量是一种应用于深空探测中的差分VLBI技术,通过对探测器和射电源的测量结果进行差分处理,从而减弱或消除传播介质、台站设备、时钟等引起的测量误差。目前我国ΔDOR测量的相关后处理中,有以首颗射电源作为参考源和邻近射电源作为参考源的两种不同时延修正方法。利用对嫦娥四号实时任务期间VLBI测量数据对这两种方法进行研究分析,得到两者的时延结果相差在2 ns以内,且存在随时间变化的趋势;通过对基线时延闭合差以及定轨残差进行分析发现,相较于首颗射电源修正的方法,邻近源修正存在一定优势。

利用GRACE空间重力测量监测长江流域水储量的季节性变化

2002年3月成功发射的美德合作重力卫星计划GRACE（Gravity Recovery And Climate Experiment）已经开始提供阶次数达到120、时间分辨率为约1个月的地球重力场模型时变序列．GRACE的星座由两颗相距约220km，高度保持300-500km，而倾角保持约90°的近极轨卫星组成．由于采用星载GPS和非保守力加速度计等高精度定轨技术以及高精度的星．星跟踪数据反演地球重力场，在几百公里和更大空间尺度上，GRACE重力场的精度大大超过此前的卫星重力观测．根据GRACE时变重力场反演的地球系统质量重新分布对固体地球物理、海洋物理、气候学以及大地测量等应用有重要的意义．在长期时间尺度上，GRACE的结果可用于研究北极冰的变化，并进而研究极冰融化对全球气候变化，特别是对海平面长期变化的影响．在季节性时间尺度上，利用GRACE重力场的精度足以揭示平均小于1cm的地表水变化或小于1mbar的海底压强变化．除了巨大的社会和经济效益外，这些变化对了解地球系统的物质循环（主要是水循环）和能量循环有非常重要的意义．利用2002年4月至2003年12月之间共15个月的GRACE时变重力场揭示了全球水储量的明显季节性变化，并重点分析了中国长江流域水储量的变化．结果表明长江流域水储量周年变化幅度可达到3．4cm等效水高，其最大值出现在春季和初秋．根据GRACE时变重力场反演的水储量变化与两个目前最好的全球水文模型的符合相当好，其差别小于1cm等效水高．研究表明现代空间重力测量技术在监测一些大流域的水储量变化（如长江流域）、全球水循环和气候变化上有巨大的应用潜力．

地磁倒转的原因是什么?

地磁倒转是地球演化史上的全球性重大事件.由于对地球内部物质和运动的认识不足,目前我们尚不清楚地磁倒转的确切原因.不过,相关研究也取得了明显的进展,现在已经知道地磁场是由地球外核的磁流体发电机过程所产生,数值模拟和实验已能再现一个与地磁场时空特征相似的磁场,并从中发现了磁场的自发倒转现象.由于数值模拟和实验的近似程度远未达到地球的真实情况,地磁倒转的自发性目前还不能予以确认.近年来的研究发现,虽然地磁场起源于地球外核,但其他圈层的物性参数分布和运动,如下地幔和地核的电导率分布、地幔对流、板块运动、内核生长等因素都影响或控制着地磁倒转的过程和频率,这些外部因素是否是引起地磁倒转的原因需要进一步的研究.本文简要介绍了地磁场的时空特征和形成机制,评述了地磁倒转的研究进展,并指出在深入探知地球内部信息的基础上,将地球各圈层的相互作用等因素进行统一考虑,构建综合性模型,是未来地磁场及其倒转机制研究的方向.