相较于传统的两步法,动力学一步法能充分利用观测数据的原始信息,理论上可获得更合理的时变重力场产品,同时也因其涉及的参数维度更多样、函数模型更复杂,一直是当前研究的热点和难点.本文研究并实现了动力学一步法恢复时变重力场,给出...相较于传统的两步法,动力学一步法能充分利用观测数据的原始信息,理论上可获得更合理的时变重力场产品,同时也因其涉及的参数维度更多样、函数模型更复杂,一直是当前研究的热点和难点.本文研究并实现了动力学一步法恢复时变重力场,给出了合理的数据处理策略,而后基于GRACE-FO(GRACE Follow-On)星载GPS数据和KBR(K/Ka Band Ranging)距离变率数据反演了2021—2022年60阶全球月时变重力场模型.对于一步法中诸多技术细节,本文重点分析了先验权和经验参数对轨道确定和模型反演的影响,研究表明:当采用30 s采样率的GPS数据时,需适当对GPS数据降权,以免引入过多噪声,码伪距、载波相位和KBR距离变率数据的先验权比应为1:104:1014;为了保证轨道和模型质量,在反演过程中有必要引入经验参数以吸收残余的摄动力误差,相较其他经验参数(分段周期经验加速度、几何经验参数),分段常经验加速度在保证定轨精度的同时可更有效地吸收模型中的噪声.此外,在采用相同动力学参数配置时,动力学一步法反演的时变重力场模型无论是与官方模型的一致性还是内符合精度均优于两步法.最后,综合评估了整个时间跨度的轨道和时变重力场模型质量,结果显示,动力学一步法确定的轨道可满足厘米级需求,双星的卫星激光测距残差标准差均为1.6 cm,重力场模型与官方机构CSR(Center for Space Research)、JPL(Jet Propulsion Laboratory)、GFZ(GeoForschungsZentrum Potsdam)最新发布的RL06.1模型一致性较好,在保留完整时变信号特征的前提下,噪声表现与CSR模型相当,优于JPL、GFZ模型.展开更多
The primary mission of the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) satellite and its successor,GRACE Follow-On (GRACE-FO), is to provide time-variable gravity fields, and its observations have been widely used...The primary mission of the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) satellite and its successor,GRACE Follow-On (GRACE-FO), is to provide time-variable gravity fields, and its observations have been widely used in various studies. However, the nearly one-year gap between GRACE and GRACE-FO has affected our ability to obtain continuous time-variable gravity data. In this study, we use the Singular Spectrum Analysis (SSA) method to fill the nearly one-year gap between the GRACE and GRACE-FO missions, as well as the gaps within the GRACE mission itself, to generate a continuous and complete mascon product from April 2002 to December 2022. These products are evaluated at the basin scale in Greenland, Antarctica, and ten river basins worldwide, as well as across oceans. The results show that our filled data can effectively recover seasonal and interannual signals and exhibit good consistency with previous reconstructions. The products provided in this study will benefit GRACE applications related to oceans, glaciers, and terrestrial water storage.展开更多
GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)重力卫星任务的成功实施,极大推进了极地冰盖质量平衡、全球水循环和海水质量变化等领域的研究,其后续任务GRACE-FO(Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On)于2018年5月成...GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)重力卫星任务的成功实施,极大推进了极地冰盖质量平衡、全球水循环和海水质量变化等领域的研究,其后续任务GRACE-FO(Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On)于2018年5月成功发射,但两个卫星任务存在近一年的观测空白期.Swarm卫星于2013年11月成功发射,其任务由三颗在低轨道高度绕地球运行的卫星组成,搭载有GPS接收器、加速度计等装置,使得Swarm卫星具有恢复静态和时变重力场的能力.本文利用Swarm卫星观测反演格陵兰岛冰盖质量变化,通过与GRACE、GRACE-FO结果进行对比,验证其确定地表质量变化的能力,并基于GRACE、Swarm和GRACE-FO数据建立了2002年4月—2020年5月格陵兰岛冰盖质量变化时间序列,进一步利用温度和降水数据探讨冰盖消融的原因.结果表明:1)2013年12月—2017年6月,利用GRACE数据和Swarm数据确定的格陵兰岛冰盖质量变化时间序列的相关系数为0.652;2)2018年6月—2019年6月,基于GRACE-FO数据和Swarm数据得到格陵兰岛冰盖质量变化时间序列的相关系数为0.518;3)2002年4月—2020年5月格陵兰岛冰盖质量下降速率为-11.174±0.109 cm·a-1,非季节性冰盖质量异常在2013年4月出现极小值;4)在2010年8月—2017年6月,格陵兰岛地区温度异常和径流量异常升高,以及降水量异常减少,在一定程度上,加剧了该地区的冰盖消融.本文研究表明Swarm卫星具有探测地球时变重力场的能力,可填补GRACE和GRACE-FO任务之间的空白.展开更多
文摘相较于传统的两步法,动力学一步法能充分利用观测数据的原始信息,理论上可获得更合理的时变重力场产品,同时也因其涉及的参数维度更多样、函数模型更复杂,一直是当前研究的热点和难点.本文研究并实现了动力学一步法恢复时变重力场,给出了合理的数据处理策略,而后基于GRACE-FO(GRACE Follow-On)星载GPS数据和KBR(K/Ka Band Ranging)距离变率数据反演了2021—2022年60阶全球月时变重力场模型.对于一步法中诸多技术细节,本文重点分析了先验权和经验参数对轨道确定和模型反演的影响,研究表明:当采用30 s采样率的GPS数据时,需适当对GPS数据降权,以免引入过多噪声,码伪距、载波相位和KBR距离变率数据的先验权比应为1:104:1014;为了保证轨道和模型质量,在反演过程中有必要引入经验参数以吸收残余的摄动力误差,相较其他经验参数(分段周期经验加速度、几何经验参数),分段常经验加速度在保证定轨精度的同时可更有效地吸收模型中的噪声.此外,在采用相同动力学参数配置时,动力学一步法反演的时变重力场模型无论是与官方模型的一致性还是内符合精度均优于两步法.最后,综合评估了整个时间跨度的轨道和时变重力场模型质量,结果显示,动力学一步法确定的轨道可满足厘米级需求,双星的卫星激光测距残差标准差均为1.6 cm,重力场模型与官方机构CSR(Center for Space Research)、JPL(Jet Propulsion Laboratory)、GFZ(GeoForschungsZentrum Potsdam)最新发布的RL06.1模型一致性较好,在保留完整时变信号特征的前提下,噪声表现与CSR模型相当,优于JPL、GFZ模型.
基金the National Natural Science Foundation of China(E3ER0402A2,E421040401)the University of Chinese Academy of Sciences Research Start-up Grant(110400M003)the Fundamental Research Funds for the Central Universities(E2ET0411X2).
文摘The primary mission of the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) satellite and its successor,GRACE Follow-On (GRACE-FO), is to provide time-variable gravity fields, and its observations have been widely used in various studies. However, the nearly one-year gap between GRACE and GRACE-FO has affected our ability to obtain continuous time-variable gravity data. In this study, we use the Singular Spectrum Analysis (SSA) method to fill the nearly one-year gap between the GRACE and GRACE-FO missions, as well as the gaps within the GRACE mission itself, to generate a continuous and complete mascon product from April 2002 to December 2022. These products are evaluated at the basin scale in Greenland, Antarctica, and ten river basins worldwide, as well as across oceans. The results show that our filled data can effectively recover seasonal and interannual signals and exhibit good consistency with previous reconstructions. The products provided in this study will benefit GRACE applications related to oceans, glaciers, and terrestrial water storage.
