利用SWOT宽刈幅测高数据提升海洋重力场精度：与传统测高卫星的比较分析

作     者：于道成 黄金维 祝会忠 罗佳 袁佳佳 

作者机构：辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院 阳明交通大学土木工程系 武汉大学测绘学院 地球空间环境与大地测量教育部重点实验室 湖北珞珈实验室 安徽理工大学空间信息与测绘工程学院 

出 版 物：《武汉大学学报(信息科学版)》 (Geomatics and Information Science of Wuhan University)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 081601[工学-大地测量学与测量工程] 0816[工学-测绘科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(42404103,42030109,42074012,42174017) 辽宁省“兴辽英才计划”项目资助(XLYC2203162) 

主　　题：SWOT卫星 宽刈幅测高 垂线偏差 海洋重力异常 

摘      要：SWOT（Surface Water and Ocean Topography）宽刈幅测高卫星以前所未有的空间分辨率和精度获取海面高度信息，为提升现有海洋重力场的精度和分辨率带来机遇。但是，目前关于SWOT反演海洋重力场的研究较少，尤其缺乏基于SWOT构建的海洋重力场精度的量化结果，本文基于SWOT模拟数据，研究SWOT在解算垂线偏差分量和反演海洋重力异常方面的潜力。模拟了观测精度为1.4 cm、空间分辨率为2 km×2 km的SWOT宽刈幅海面高观测值，同时模拟了传统测高卫星Jason-2和Cryosat-2数据，对比研究SWOT较传统测高卫星在反演海洋重力场方面的优势。利用最小二乘配置法（least-squares collocation，LSC）和加权最小二乘平差法（weighted least-squares adjustment，WLSA）解算垂线偏差南北向和东西向分量，并利用逆Vening-Meinesz法反演重力异常。在SWOT数据模拟过程中获取的垂线偏差分量和重力异常的“真值用于评估计算结果的精度。为充分利用SWOT宽刈幅测高特性，将SWOT二维数据分解为沿轨迹和垂直轨迹方向的一维数据。研究结果表明，LSC法解算的垂线偏差分量精度优于WLSA法；平均多周期SWOT数据可有效削弱观测误差；SWOT沿轨迹数据有利于解算南北向分量，而垂直轨迹数据有利于解算东西向分量。在本研究区域，融合Jason-2和Cryosat-2数据解算的1′×1′垂线偏差南北向与东西向分量的精度均约为3 microrad，反演的1′×1′海洋重力异常精度为4.7 mgal。而SWOT将垂线偏差分量的精度提升至0.7 microrad，并将重力异常精度提升至1 mgal。研究表明，相较于传统测高卫星，SWOT宽刈幅测高卫星在提升海洋垂线偏差和重力场精度方面具有显著优势。