利用GRACE时变重力场模型反演南极冰盖质量变化的方法研究

论文摘要

地球重力场反映地球物质的空间分布、运动和变化。因此确定高分辨率地球重力场模型是大地测量学的主要任务之一,也是与相关地学学科交叉研究的重要领域。本文利用GRACE重力卫星数据推算的高精度地球重力场模型研究了南极地区冰盖质量变化。绪论部分简要介绍了卫星重力探测技术的发展历程。第二章对GRACE重力卫星计划的实施、科学目标、有效载荷及数据产品进行了介绍,并基于GRACE数据解算地球重力场模型的动力学法、能量守恒法进行了介绍。第三章介绍利用GRACE时变重力场模型反演地球质量变化的方法,并就各向同性高斯滤波,非各向同性高斯滤波、维纳滤波以及去相关误差滤波方法在推求地球质量变化中的应用进行分析。第四章首先针对影响南极冰盖质量变化的冰后回弹影响进行说明,采用不同平滑半径高斯滤波以及维纳滤波求南极地区质量变化率,并对其特征区域进行了详细的分析。然后针对SLR与GRACE的C20项对质量变化率的影响进行了比较分析。第五章概括了本文的主要研究内容,介绍了本文所解决的关键问题,并对今后的研究工作进行了展望。本文的主要工作集中在以下几个方面:1研究利用GRACE时变重力场模型推求地球质量变化的方法。2对高斯滤波中各向同性和非各向同性平滑方法进行研究。对于非各向同性高斯滤波器来说,其频谱不仅依赖于阶也依赖于次,其能够提高纬度方向的分辨率,在经度方向上的分辨率与各向同性高斯滤波器相当。3应用维纳滤波对GRACE时变重力场模型数据进行平滑。与高斯滤波需要对平滑半径进行预定义不同维纳滤波的计算是采用GRACE数据本身。且在计算过程中对信号与噪声函数拟合时阶数的截断问题进行了分析。4针对GRACE时变重力场模型数据位系数间存在系统相关误差问题。提出采用去相关误差滤波对其进行消除,发现经过去相关滤波后,经度方向上条纹明显减少。5利用GRACE时变重力场数据对南极冰盖质量变化进行反演,得到西南极地区冰盖质量变化率为-58±23km3/yr,东南极Enderby地区冰盖质量变化11±14km3/yr。与已有文献进行比较发现,西南极地区冰盖出现加速融化现象,而东南极地区冰盖增长趋势在减缓。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 南极冰盖质量变化研究的意义
• 1.3 卫星重力探测技术发展现状
• 1.3.1 卫星地面跟踪测量
• 1.3.2 卫星测高
• 1.3.3 卫星跟踪卫星测量
• 1.3.4 卫星重力梯度测量
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 GRACE 重力卫星计划及确定重力场方法
• 2.1 GRACE 重力卫星计划
• 2.1.1 任务概述
• 2.1.2 有效载荷与实施目标
• 2.1.3 科学数据产品
• 2.2 GRACE 数据获取地球重力场模型的基本原理
• 2.2.1 动力法恢复地球重力场模型
• 2.2.2 能量法恢复地球重力场模型
• 2.3 数据源
• 2.4 本章小结
• 3 利用GRACE 时变位模型推求地球质量变化方法
• 3.1 GRACE 时变重力位模型反演原理
• 3.1.1 反演算法
• 3.1.2 负荷勒夫系数
• 3.1.3 C20 位系数
• 3.2 高斯滤波
• 3.2.1 高斯滤波原理
• 3.2.2 非各向同性高斯滤波平滑性质
• 3.2.3 高斯平滑半径选取
• 3.3 维纳滤波
• 3.3.1 维纳滤波原理
• 3.3.2 信号与噪声函数
• 3.4 相关误差滤波
• 3.4.1 相关误差滤波原理
• 3.4.2 高次项位系数
• 3.5 本章小结
• 4 南极冰盖质量变化与结果分析
• 4.1 反演南极冰盖质量变化分析
• 4.1.1 冰后回弹
• 4.1.2 南极冰盖质量变化
• 4.2 质量变化率时间序列分析
• 4.2.1 计算方法
• 4.2.2 质量变化率分析
• 4.3 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 一、基本情况
• 二、攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 三、攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 学位论文数据集