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应用平滑先验信息方法移除GRACE数据中相关误差

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地球物理学报 2015年第4期58卷 1135-1144页

作者：詹金刚王勇史红岭柴华朱传东中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049

由于GRACE卫星数据解算的时变重力场模型中高阶位系数存在误差,这些误差在重力异常图中表现为南北向的条带噪声,在应用GRACE时变重力场数据时必须进行滤波.本文在空间域引入了一种有效消除GRACE时变重力场条带噪声的平滑先验信息方法,... 详细信息

由于GRACE卫星数据解算的时变重力场模型中高阶位系数存在误差,这些误差在重力异常图中表现为南北向的条带噪声,在应用GRACE时变重力场数据时必须进行滤波.本文在空间域引入了一种有效消除GRACE时变重力场条带噪声的平滑先验信息方法,并将其与目前常用的高斯滤波和去相关误差等滤波方法分别应用于合成的质量变化趋势数字模型,检测不同滤波方法消除条带噪声的能力及其对真实信号的影响.滤波结果显示,与目前常用的高斯滤波和去相关误差滤波器相比,本文滤波方法在有效移除条带噪声的同时,具有有效信号幅度衰减小、有效信号形变小以及保存了更多的短波长细节信息等优势;此外,统计结果显示,本文滤波结果在信号最大值、最小值以及残差均方根等方面均与模拟真实信号最为接近.相比300km高斯平滑和组合滤波结果,有效信号振幅的极小值和极大值分别提高了约18%和6%,残差均方根分别降低了25%和33%.说明本文滤波方法移除GRACE相关误差的同时,在保留有效信号方面具有明显的优势.

关键词： GRACE时变重力场平滑先验信息方法相关误差

基于Sentinel-1 SAR数据的黑河上游冻土形变时序InSAR监测

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地球物理学报 2019年第7期62卷 2441-2454页

作者：陈玉兴江利明梁林林周志伟中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049

多年冻土活动层变化导致冻土区大范围地面变形,严重破坏区域内基础设施和水文地质条件,亟需加强活动层季节冻融过程的观测研究.本文提出一种基于分布式目标的小基线集时序InSAR(DSs-SBAS)的冻土形变监测方法.该方法采用分布式目标提取... 详细信息

多年冻土活动层变化导致冻土区大范围地面变形,严重破坏区域内基础设施和水文地质条件,亟需加强活动层季节冻融过程的观测研究.本文提出一种基于分布式目标的小基线集时序InSAR(DSs-SBAS)的冻土形变监测方法.该方法采用分布式目标提取和特征值分解算法,并结合基于地温-形变约束关系的参考点选取新策略,提高了冻土形变监测结果的时空分辨率和可靠性.以祁连山黑河西支源头的野牛沟为研究区域,通过对27景Sentinel-1SAR影像进行时序InSAR分析,获取了2014-2016年该区多年冻土的形变时间序列和年均形变速率,并利用Stefan模型联合地温数据估算其季节性形变幅度.实地踏勘和结果分析表明:(1)研究区大部分多年冻土处于稳定状态(-1.0^+1.0cm·a^-1),在地形陡峭的南坡边缘及含冰量丰富的野牛沟河上游两侧沟底部分区域存在较大形变;(2)区域内冻土形变时间序列呈现年周期变化,冻土冻融形变存在季节性周期形变和季节性波动下沉两种形变特征,形变幅度和速率最大可达6.0cm和-3.0cm·a^-1;(3)不同区域的活动层冻结/融化始日和冻土形变存在明显差异,主要和冻土地貌、土壤类型以及活动层厚度有关.本文提出的方法在青藏高原多年冻土区大范围冻融监测和活动层厚度反演研究方面具有很大的应用潜力.

关键词：多年冻土时序InSAR 形变监测青藏高原活动层厚度变化

基于集合经验模态分解法的重力极潮提取与研究

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地球物理学报 2018年第2期61卷 521-530页

作者：孙和平张苗苗徐建桥陈晓东刘清超中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049

重力极潮,即极移引起的重力变化,是地球由于惯性离心力变化导致地球形变的综合反映,其观测和研究有助于了解地球在长周期频段的响应,约束地球形变、地球内部构造和物理参数.区别于以往研究,本文采用了集合经验模态分解方法(Ensemble Emp... 详细信息

重力极潮,即极移引起的重力变化,是地球由于惯性离心力变化导致地球形变的综合反映,其观测和研究有助于了解地球在长周期频段的响应,约束地球形变、地球内部构造和物理参数.区别于以往研究,本文采用了集合经验模态分解方法(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)从全球5个超导重力仪台站连续重力观测资料中提取重力极潮、消除仪器漂移及极潮频段以外的大部分噪声信号,该方法所用的基函数是基于自身信号获得的;在此基础上,利用最小二乘匹配法分离极潮中的周年项和Chandler项,估算Chandler周期的极潮潮汐因子.结果表明,基于EEMD得到的极潮潮汐因子与前人基于其他消除仪器漂移方法(数学模型或小波分析)得到的结果相符合,精度相当,但由于这种方法是自适应的,因此本文结果更能反映实际物理过程.

关键词：超导重力仪 EEMD 重力极潮滤波

海潮误差对GRACE时变重力场解算的影响研究

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地球物理学报 2015年第9期58卷 3072-3079页

作者：王长青许厚泽钟敏冉将军周江存中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049

海潮误差是GRACE时变重力场反演中重要的误差源,目前发布的海潮模型中主要包含振幅较大的主潮波分量模型,在时变重力场反演中次潮波的影响也是不可忽略的,因此,GRACE时变重力场反演中的海潮误差主要包括受限于海潮模型误差和次潮波影响... 详细信息

海潮误差是GRACE时变重力场反演中重要的误差源,目前发布的海潮模型中主要包含振幅较大的主潮波分量模型,在时变重力场反演中次潮波的影响也是不可忽略的,因此,GRACE时变重力场反演中的海潮误差主要包括受限于海潮模型误差和次潮波影响.本文利用轨道模拟方法检测了短周期潮波的混频周期以及次潮波对ΔC20,ΔC30的时序特征,并进一步通过轨道模拟结果分析了海潮误差对时变重力场反演的影响,然后通过实测数据解算分析了海潮误差对当前GRACE时变重力场解算的影响,研究发现:(1)利用轨道模拟能够有效地检测短周期潮波的混频周期;(2)时变重力场解算过程中,次潮波的影响大于海潮模型误差的影响;(3)海潮模型误差以及次潮波影响是当前GRACE没有达到基准精度的重要因素之一.

关键词： GRACE 时变重力场反演轨道模拟海潮混频周期次潮波

基于区域滤波的GOCE稳态海面动力地形和地转流

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地球物理学报 2015年第5期58卷 1535-1546页

作者：白希选闫昊明朱耀仲彭鹏中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049

基于频域法,利用最新的GOCE卫星重力场模型和卫星测高数据计算了稳态海面动力地形.结合海洋表层漂流浮标的观测结果,对稳态海面动力地形进行了最优空间滤波尺度分析,给出了区域、纬度带和全球稳态海面动力地形的最优空间滤波尺度因子.... 详细信息

基于频域法,利用最新的GOCE卫星重力场模型和卫星测高数据计算了稳态海面动力地形.结合海洋表层漂流浮标的观测结果,对稳态海面动力地形进行了最优空间滤波尺度分析,给出了区域、纬度带和全球稳态海面动力地形的最优空间滤波尺度因子.在此基础上,给出了全球和区域地转流.结果表明:在中高纬度和全球区域,可以分别获得空间尺度优于102km和127km的稳态海面动力地形信息.与海洋表层漂流浮标对比可知,在强流区域,采用稳态海面动力地形得到的地转流速可以解释观测浮标流速的70%;在中高纬度区域,由GOCE重力场得到的地转流略优于对应的GRACE结果;在近赤道区域,由GOCE重力场得到的地转流精度略低于对应的GRACE结果;在北大西洋和阿古拉斯强流区域,由GOCE得到的地转流场明显优于对应的GRACE结果,其精度分别提高了16%和24%.

关键词：稳态海面动力地形地转流频域法漂流浮标滤波尺度

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局部地形改正的奇异积分研究

地球物理学报 2011年第4期54卷 977-983页

作者：郭东美许厚泽中国科学院测量与地球物理研究所武汉430077 中国科学院动力大地测量学重点实验室武汉430077 中国科学院研究生院北京100049

现有的地形改正积分核函数存在奇异现象,使得积分在奇异点处不连续.针对此问题,本文提出了采用高斯积分法与核函数项增加常数因子级数展开法来解决这一难题,并推导了高斯积分法处理奇异积分的公式及含可选小常数的地形改正的严密级数展... 详细信息

现有的地形改正积分核函数存在奇异现象,使得积分在奇异点处不连续.针对此问题,本文提出了采用高斯积分法与核函数项增加常数因子级数展开法来解决这一难题,并推导了高斯积分法处理奇异积分的公式及含可选小常数的地形改正的严密级数展开式.同时文中采用最新公布的3″×3″高分辨率的SRTM3地形数据代替传统的GTOPO30数据计算地形改正,结合实际算例确定了地形改正数的级数展开式的可选次项和最佳常数以及高斯积分法的最佳内外圈半径,并详细讨论了两种奇异积分处理方法和两种分辨率的地形数据对地形改正的影响.

关键词：地形改正奇异积分高斯积分 SRTM3数据

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粗差的拟准检定法(QUAD法)

测绘学报 1999年第1期28卷 15-20页

作者：欧吉坤中国科学院测量与地球物理研究所动力大地测量学开放研究实验室

以往对付粗差的各种方法都是以余差（残差）为研究对象的。本文提出一种全新的研究思路和方法，从真误差入手。真误差与观测值有确定的解析关系。但关系式的系数阵是秩亏的。本文借鉴周江文的“拟稳平差”思想，提出“拟准观测”的概念... 详细信息

以往对付粗差的各种方法都是以余差（残差）为研究对象的。本文提出一种全新的研究思路和方法，从真误差入手。真误差与观测值有确定的解析关系。但关系式的系数阵是秩亏的。本文借鉴周江文的“拟稳平差”思想，提出“拟准观测”的概念，附加“拟准观测的真误差范数极小”的条件，解决了关于真误差的秩亏方程组求确定解的问题，推导了粗差的拟准检定法算式。该方法依据真误差估值的分布特征，检测粗差准确可靠。不仅能有效地同时定位多个粗差，估计其大小，而且能严密评定估值精度。它适合于过去用到最小二乘法（ＬＳ）的各种学科领域处理粗差。文章最后简要介绍两个算例，说明拟准检定法实施过程和效果。

关键词：测量误差粗差拟准检定法最小二乘法

2001年11月14日昆仑山大地震震前扰动信号的再研究

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地球物理学报 2018年第4期61卷 1298-1306页

作者：程威胡小刚郝晓光中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049

研究了2001年11月14日昆仑山MS8.1大地震前新疆地区宽频带地震仪记录到的异常扰动事件.新疆地震台网在发生强震的前三天记录到了强烈的扰动信号.由于新疆地震台距离昆仑山大地震的震中很近,因此该震前扰动的成因备受关注,一直被认为可... 详细信息

研究了2001年11月14日昆仑山MS8.1大地震前新疆地区宽频带地震仪记录到的异常扰动事件.新疆地震台网在发生强震的前三天记录到了强烈的扰动信号.由于新疆地震台距离昆仑山大地震的震中很近,因此该震前扰动的成因备受关注,一直被认为可能是与大地震相关的慢地震事件,可能是大地震的某种前兆现象.本研究扩大了观测异常扰动事件的范围,分析了欧亚大陆187个宽频带地震仪在2001年11月的观测记录,发现这些地震仪在11月10—12日期间都记录到了时频特征类似的强扰动信号,其中最强的扰动信号出现在挪威台站KONO.调查研究发现挪威海域在11月10—12日期间出现了一次超强北极风暴,我们对扰动源位置初步定位后发现大地震前欧亚大陆各台站记录的最大扰动信号主要来源于挪威西南海岸.本文的研究结果确认昆仑山大地震前新疆台网记录到的强烈震前扰动信号不是与大地震相关的慢地震事件,而是挪威海域北极风暴激发的微地震(地脉动).本文进一步研究表明北极风暴激发的地脉动可显著影响中国大陆的地震和重力观测.在分析中国大陆地震台网记录的强扰动信号时,北极风暴的影响不能忽视.

关键词：昆仑山大地震慢地震地震前兆微地震北极风暴

LCR-ET20弹簧型潮汐重力仪观测结果的分析和比较

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地震学报 2002年第5期24卷 510-515页

作者：孙和平陈晓东刘明周百力中国科学院测量与地球物理研究所动力大地测量学重点实验室中国武汉430077

基于武汉国际重力潮汐基准站LCR-ET20弹簧重力仪潮汐观测资料,利用国际标准的数据预处理和分析方法,采用与GWR型超导重力仪同址观测对比方法,较系统研究了ET20仪器特征以及大气和海洋重力信号.数值结果表明,尽管ET20的观测精度要比超导... 详细信息

基于武汉国际重力潮汐基准站LCR-ET20弹簧重力仪潮汐观测资料,利用国际标准的数据预处理和分析方法,采用与GWR型超导重力仪同址观测对比方法,较系统研究了ET20仪器特征以及大气和海洋重力信号.数值结果表明,尽管ET20的观测精度要比超导型重力仪的精度低一个量级,弹簧蠕变性导致的仪器漂移十分大,但该仪器仍获得了与超导重力仪相当的潮汐参数,能有效用于重力场的时间变化观测.

关键词： LCR-ET20弹筑型潮汐重力仪观测超导型重力仪大气海洋数据处理