渤海湾多源重力数据的自适应融合处理

在最小二乘逐步配置基础上,提出了以调整观测信号自协方差及互协方差函数为主要形式的多源重力数据自适应融合处理方法,构建了基于配置结果的自适应融合以及基于观测信号的自适应融合两种融合模式。分别利用两种融合模式对渤海湾陆海交界区域的航空重力数据、卫星测高反演重力数据以及陆地重力数据进行了融合处理,其中基于观测信号的自适应融合模式取得了较优的融合效果,通过船测重力数据的外部检核表明,融合数据的总体精度优于3.7毫伽 。     

渤海湾多源重力数据的自适应融合处理

针对信号与误差的方差分量不一致问题及协方差阵病态性问题,分别在多源重力数据最小二乘配置融合过程中引入方差分量估计方法及Tikhonov正则化方法,得到基于方差分量估计的正则化配置法,实际算例结果表明,利用该方法能够有效削弱上述问题,减小重力数据融合结果的系统差,提高数据融合的精度及可靠性。     

海域多源重力数据融合处理的解析方法

在深入分析海域多源重力数据观测技术特性的基础上,提出了基于双权因子的多源数据网格化一步融合处理方法,以及基于分步平差、拟合、推估和内插相结合的多步融合处理方法,并通过实际算例验证了两种解析融合处理方法的有效性。     

融合海域多源重力数据的正则化点质量方法

针对传统点质量方法在融合处理多源重力数据过程中可能出现的病态性问题,特别引入Tikhonov正则化方法,对点质量法计算模型进行正则化改造,建立了相应的正则化点质量解算模型。使用EGM2008位模型模拟产生航空重力和海面船测重力数据进行了融合处理仿真试验。实际验证结果表明,正则化处理方法能够有效抑制病态系数矩阵小奇异值放大噪声对点质量解的污染,提高解算结果的精度和稳定性。     

利用卫星重力数据计算地幔对流应力场

针对我国东南边缘及其邻近区域地幔对流应力场分布形态与地表构造活动特征的相关性问题,提出利用Runcorn模型及高阶卫星重力球谐系数计算欧亚板块与菲律宾板块复合接触带及其邻近区域的地幔对流应力场。结果显示,地幔对流应力矢量特征与地震应力场分布具有较好的一致性。在两大板块的接触部位均出现了显著的应力增强与汇聚趋势,同时在琉球海沟的弧后扩张带上出现的较强的地幔对流应力发散带。而在各板块相对稳定的内部区域存在微弱的地幔发散流。通过计算和分析得出,该区域下地壳小尺度的地幔对流可能是控制这一区域型构造过程的重要因素之一。     

利用重力资料研究华北地区构造应力场

本文结合相关数据、模型和软件分别利用重力场、重力垂线偏差与构造应力场的内在关系式对华北地区陆地构造应力值进行了计算,通过对相关数据结果进行对比分析,总结并得出了华北地区重力总水平梯度、构造应力场和研究方法本身的一些规律和特征。     

多尺度源网重力与重力梯度联合聚焦反演

在重力聚焦反演基础上提出多尺度源网聚焦反演算法.首先,对源网进行粗网格剖分,用共轭梯度法求解粗网格源网模型的聚焦解,直到拟合差下降至设定的数值;然后,将粗网格得到的密度映射到细网格;最后,以细网格模型为初始模型,进一步迭代直到拟合差下降至符合反演要求.模型试验结果显示,相比于固定源网反演,多尺度源网聚焦反演迭代的总耗时...     

多源重力场信息融合处理方法

针对如何有效融合陆海交界区域不同分辨率的多源重力数据,本文重点研究了最小二乘配置、多分辨率最小二乘配置和点质量建模理论的数据融合处理方法。通过对实验区的多源观测数据融合处理,结果表明,3种融合方法反演的陆地重力异常数据的外符合精度在3×10-5m.s-2左右。多分辨率最小二乘配置和基于点质量理论的多源重力信息融合处理方法,能够达到有效融合各种分辨率数据的目的。     

利用多源遥感数据反演城市地表温度

目前利用单通道热红外遥感数据反演地表温度的方法有大气校正法、单窗算法和普适性单通道算法,使用这3种算法反演地表温度时的一个关键问题就是需要获取大气参数。目前大气参数的获取主要根据近地表(地表2m左右的高度)的大气水分含量或湿度和平均气温的观测值来估计,这种方法只能获得个别点上的数据,而无法获取面上像元尺度的大气参数。本文利用多源遥感数据的优势,首先利用MODIS近红外数据,在像元尺度上获取温度反演中所需大气参数——大气水分含量,再利用同时相的Landsat ETM 影像,采用Jim啨nez-Mu oz和Sobrino的普适性单通道算法反演地表温度。研究结果表明,多源遥感数据的综合应用是城市地表温度反演的有效途径与方法,可获得较合理的地表温度反演结果。     

利用多源数据构建PWV混合模型

高精度和高时空分辨率的大气可降水量(precipitable water vapor, PWV)信息对于极端天气研究具有重要作用。传统的单一水汽探测技术获取的PWV因其系统设计的局限性存在精度差、时空分辨率低等缺陷。针对该问题,提出了一种基于多源数据的混合模型——全球温度气压湿度(global pressure and temperature 2 wet, GPT2w) +球谐函数（spherical harmonic function,SHF）+多项式拟合（polynomial fitting,PF),简称GSP模型。该模型通过GPT2w计算PWV的初始值,利用SHF拟合PWV的偏差序列,利用PF对模型偏差进行校正,并引入Bartlett检验确定GSP模型中多源数据的最优权值。选取2014年中国云南省26个全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)测站和37个欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasting, ECMWF)气候再分析数据集(ECMWF reanalysis-interim, ERA-Interim)格网点(1°×1°)的数据为例,建立GSP模型并进行验证,发现GSP模型较传统PF模型的精度提升率为15%~18%。以ECMWF第5代气候再分析数据集(ECMWF reanalysis v5, ERA5)提供的PWV格网数据(0.25°×0.25°)为参考,GSP模型的平均均方根误差和偏差分别为1.64 mm、－0.25 mm。上述结果表明GSP模型具有较高的精度,对于极端天气预警具有重要作用。     

基于实测重力数据的秦岭地区均衡异常与垂向构造应力分析

确定秦岭地区准确的均衡异常与垂向构造应力对认识该地区深部构造特征、动力学机制等具有重要意义。目前,高精度重力数据是获取均衡异常与垂向构造应力的重要手段之一。采用高精度重力/GPS联测数据,得到秦岭地区的自由空气重力异常与布格重力异常,反演均衡异常与垂向构造应力。研究结果表明,均衡面深度在40~49 km之间,莫霍面深度范围为39~48 km,垂向构造应力大小在-28~24 MPa之间。秦岭北侧的渭河盆地处于不均衡状态;四川盆地北部的均衡异常与垂向构造应力几乎为零,地壳处于均衡状态;在秦岭出现局部的负均衡异常,表明存在一定的地壳运动。     

大地测量反演构造应力场若干问题的探讨

讨论了大地测量反演构造应力场的概念,分析了地表位移值作为构造应力场反演的约束条件的合理性,以及介质参数对构造应力场结果的影响。     

利用重力数据反演中国东海海域莫霍面深度

莫霍面是地壳与上地幔的分界面,莫霍面的研究有助于认识地球深部构造及演化。在以往的研究中,由于重力反演方法、使用资料不同,中国东海海域莫霍面深度反演结果有较大不确定性。通过收集中国东海海域高精度地形和自由空气重力异常数据,计算了布格重力异常并分析了其构造特征。提取了中国福建省大田至中国台湾省花莲剖面和中国东海陆架盆地至菲律宾海盆剖面的重力异常数据,采用人机交互正演、反演拟合技术得到了这两条剖面的地壳密度与莫霍面深度。通过向上延拓的方法提取了莫霍面所引起的重力异常,在两条剖面反演结果和地震探测结果的约束下进行Parker-Oldenburg界面反演,得到了该地区的莫霍面深度。反演结果显示,中国东海海域莫霍面深度的变化范围为-34.4~-8.8 km,其结构呈两凹两凸的特征。     

联合多源重力数据反演菲律宾海域海底地形

对比分析重力-海深的“理论导纳”和实际数据的“观测导纳”,获得研究海域有效弹性厚度理论值为10 km。联合重力异常和重力异常垂直梯度数据,应用自适应赋权技术,采用导纳函数方法构建菲律宾海域1'×1'海底地形模型。试验发现,当重力异常垂直梯度反演海深结果与重力异常反演海深结果的权比为2∶3时,所构建的海深模型检核精度最高。同时,联合多源重力数据反演海深能够综合重力异常和重力异常垂直梯度在对待不同海底地形上的反演优势,生成精度优于单独使用重力异常数据和重力异常垂直梯度数据反演的海底地形模型。以船测数据作为外部检核条件,反演模型检核精度略低于V18.1海深模型,而相较于ETOPO1海深模型和DTU10海深模型检核精度分别提高了27.17%和39.02%左右;反演模型相对误差的绝对值在5%范围内的检核点大约占检核点总数的94.25%。     

联合EGM2008模型重力异常和GOCE观测数据构建超高阶地球重力场模型SGG-UGM-1

本文研究了联合卫星观测数据和重力异常数据确定超高阶重力场模型的理论方法,并使用EGM2008模型重力异常和GOCE（gravity field and ocean circulation explorer）观测数据构建了重力场模型SGG-UGM-1。重点研究了由球面格网重力异常快速构建超高阶重力场模型的块对角最小二乘方法,将OpenMP技术引入到块对角最小二乘中以提高计算效率,并基于模拟数据验证了方法及算法和软件模块的正确性。采用本文制定的联合解算策略,利用GOCE重力卫星观测数据构建的220阶次法方程和EGM2008模型重力异常构建的2159阶次块对角法方程,联合求解了2159阶次的重力场模型SGG-UGM-1。将SGG-UGM-1与EGM2008、EIGEN-6C2、EIGEN-6C4等超高阶模型在频谱域内进行了比较分析,结果表明SGG-UGM-1相对参考模型的系数误差较小,且在220阶次内的系数精度相比EGM2008模型有了提高。采用中国与美国的GPS/水准数据和毛乌素测区的航空重力观测数据对这些模型进行了外符合精度的检验。检核结果表明,在中国区域,SGG-UGM-1模型大地水准面的精度在EIGEN-6C2和EIGEN-6C4两个模型之间,优于GOSG-EGM模型和EGM2008模型,与美国区域几个模型的精度相当。利用毛乌素测区的航空重力数据对几个模型进行了检核,结果表明SGG-UGM-1模型计算的重力扰动精度与EGM2008、EIGEN-6C4模型相当,优于GOSG-EGM模型和EIGEN-6C2模型。     

重力固体潮观测数据的自动化预处理

研究了重力固体潮汐观测数据的预处理方法,给出了对原始观测数据降采样的平均滤波和小波滤波处理方法以及处理中断数据的线性插值和三次样条插值方法,研制了重力固体潮汐观测数据自动化预处理软件APTsoft,实现了异常数据(包括尖峰、台阶、中断等)的自动标定与改正功能。实验结果验证了本文预处理方法及APTsoft软件的有效性,APTsoft可应用于重力固体潮观测数据的自动化预处理。     

利用GRACE轨道和加速度数据恢复地球重力场

本文基于高低卫卫跟踪的模式，用积分方法研究了不同重力场模型对于轨道的影响，并用3个月的GRACE轨道数据计算了新的60阶地球重力场模型，为了分析其精度，与EGM96和EIGENIS作了比较．结果表明新模型在40阶前更接近GGM02C模型。     

联合GOCE卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的模拟研究

论述了联合卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的方法及数据处理方案,研究了GOCE重力场反演中有色噪声的AR去相关滤波、病态法方程的Kaula正则化和观测值最优加权的方差分量估计等关键问题。模拟结果表明:①极空白问题会降低法方程求解的稳定性,导致低次位系数的求解精度较低,而Kaula正则化可有效用于GOCE病态法方程的求解,并得到合理稳定的解;②重力梯度有色噪声会降低GOCE重力场求解的整体精度,特别是对低阶位系数的影响最为明显,而AR去相关滤波法可有效处理有色噪声,但解算结果仍含有低频误差;③方差分量估计可有效确定SST和SGG两类观测值的最优权比,并且有色噪声造成的低频误差经过联合求解后得到了抑制;④利用30d、5s采样的GOCE模拟数据恢复200阶次的重力场模型,其大地水准面和重力异常精度在纬度±83°范围内分别为±3.81cm和±1.056mGal。