基于GOCE卫星重力数据的应用研究

利用GRACE重力卫星数据研究区域时变重力场及同震布格重力异常的变化特征卫星重力测量技术,以其范围广、定期更新、无困难地域限制、不受天气、地形、交通等环境因素影响的优点愈来愈得到广大地学工作者的重视。

新一代重力卫星CHAMP、GRACE、GOCE等的发射,使得卫星重力技术在固体地球物理学、地质学、海洋测绘学、气象学以及空间大地测量学等学科的研究中发挥出至关重要的作用。

大地震发生时常常伴随着地球深部构造的变化以及地下介质密度的改变。

由于使用卫星重力数据所获得的时变重力场能够反映地球的深部构造特征,进一步计算得到的布格重力异常可以反映地下介质密度的不均匀变化,这使得利用卫星重力技术研究地震发生时的时变重力场及布格重力异常变化特征成为了可能。

由于龙门山断裂带地区处于青藏块体和川东块体的过渡地带且多发大震,如汶川地震和芦山地震,而尼泊尔地区处于印度洋板块和亚欧板块的过渡地带且发生尼泊尔地震,考虑到龙门山断裂带地区和尼泊尔地区均受青藏块体运动的影响,且两个地区均有大地震的频繁发生,本文计算了龙门山断裂带地区和尼泊尔地区大震发生时的时变重力场及布格重力异常变化情况,以期研究大洋板块交界带地震与大陆内部次级块体间地震的共同点及差异。

因此,本文利用卫星重力测量技术对多震区域时变重力场与布格重力异常的变化进行监测,研究了与青藏高原构造变形活动密切相关的区域的时变重力场的动态变化特征和布格重力异常的变化情况,探讨了区域构造运动与断层活动的关系。

主要工作和成果如下:(1)本文在介绍GRACE卫星重力的基础上,讨论了卫星重力数据处理的理论方法与策略,重点推导了时变重力场与布格重力异常的计算方法,包括地球重力场、滤波原理、勒让德函数、GRACE卫星计算时变重力场和布格重力异常的流程等。

(2)自主编程实现了勒让德函数标准前向列推法的计算,编写了基于GRACE月重力场模型计算时变重力场和重力异常的程序以及布格改正的程序,从而实现了对龙门山地区和尼泊尔地区时变重力场动态变化特征和布格重力异常变化的探索。

GOCE观测数据确定地球重力场的理论与方法研究地球重力场的研究和探讨一直以来都是大地测量学研究的热点,国际上把卫星重力梯度测量技术（SGG）认为是现今恢复地球重力场的最有效手段之一。

恢复高精度、高分辨率地球重力场模型离不开高质量的重力梯度测量数据和相关计算模型,本文在跟踪ESA公布的最新GOCE重力场模型基础上,结合GOCE卫星相关研究最新成果,系统研究了从GOCE重力梯度测量数据的预处理、恢复重力场的解算模型等相关技术以及GOCE重力场模型在高速铁路中的应用。

本文的主要研究工作及结论如下:1.总结了国内外重力梯度测量的研究现状,并分析了当前GOCE 重力场模型及其应用中存在的一些问题。

2.推导了梯度张量在球坐标系下的表达式及其Legendre函数导数的去奇异性公式;同时给出了卫星重力梯度测量的基本原理。

3.为了讨论卫星重力梯度数据预处理相关问题,论文概略介绍了GOCE卫星科学任务计划的内容,在此基础上,讨论了梯度测量误差特征以及时变重力场效应对GOCE重力梯度测量的影响,并且讨论了粗差探测方法的实用性。

4.在分析确定重力场模型的各种方法之后,重点讨论了最小二乘配置法用于梯度数据格网化中的方差-协方差函数以及信号与误差权的选择问题,并且通过阶方差和外部检核方法讨论了重力场模型的模型精度。

结果表明:直接法解算模型中的GO_CONS_GCF₂_DIR_R 4和GO_CONS_GCF₂_DIR_R 5模型精度明显高于前三代;时域法解算模型中,GO_CONS_GCF₂_TIM<sub>R</s ub>4模型和GO_CONS_GCF₂_TIM_R 5精度相当,均高于前三代1个数量级;空域法解算模型中GO_CONS_GCF₂_SPW_R 4精度最低,其它精度相当;EIGEN-6C4模型和EIGEN-6C2精度相当;对于同期而言,精度最高的是直接解模型,其次是时域解模型,空域解是三种模型中最低的。

利用GRACE重力卫星求解南极洲冰川质量变化的精度研究Lorant FOLDVARY;Annamaria KISS;苏子校;王广才;王林【期刊名称】《地学前缘》【年(卷),期】2015(022)004【摘要】GRACE重力卫星可用于观测南极洲冰川的质量变化.由GRACE重力卫星提供的月解重力场能有效探测质量的年变化及长期变化(周期和非周期性).通过GRACE观测的质量变化时间序列,计算得到南极洲质量的长期变化及周期性年变化.计算结果受多种误差影响,其中GRACE模型误差的影响较小,而研究时段及其跨度的影响较为显著,以不同宽度的时间窗口进行平移,得到无穷时间序列下该误差的参考值为±14.89 mm/a.南极地区的气压修正误差可达±10 mm/a,GIA修正误差与其量级相同.由此我们认为,目前对于南极洲冰川质量变化的一些认识仍需商榷.南极洲西部地区冰川加速消融,Dronning Maud Land和Enderby Land等地区的质量持续累积;其他地区的质量变化情况仍需进一步研究.【总页数】8页(P239-246)【作者】Lorant FOLDVARY;Annamaria KISS;苏子校;王广才;王林【作者单位】Department of Geodesy and Surveying, Budapest University of Technology and Economics, Budapest H-1111, Hungary ;Faculty of Geoinformatics, University of West Hungary, Sopron 9400,Hungary;Department of Geodesy and Surveying, Budapest University of Technology and Economics, Budapest H-1111, Hungary;中国地质大学(北京)水资源与环境学院,北京100083;中国地质大学(北京)水资源与环境学院,北京100083;Faculty of Science, Technology and Communication, University of Luxembourg, Luxembourg L-1359, Luxembourg【正文语种】中文【中图分类】P312.1【相关文献】1.利用GRACE卫星重力数据监测关中地区地下水储量变化 [J], 李婉秋;王伟;章传银;杨强;冯伟;刘阳2.利用GRACE卫星数据研究汶川地震前后重力场的变化 [J], 段虎荣;张永志;刘锋;康荣华3.从GRACE卫星4．6年观测资料分离2004年苏门答腊-安达曼地震的同震和震后重力变化及利用简正振型叠加模拟同震变化 [J], C. de Linage;L. Rivera;J. Hinderer;J.-P. Boy;Y. Rogister;S. Lambotte;R. Biancale;郭树松（译）;祝意青（校）;陈石（复校）4.GRACE重力卫星研究南极冰盖质量变化的时空特征 [J], 孙成;陈鸿秉5.利用GRACE重力卫星观测研究近7年云南省水储量变化 [J], 王杰;黄英;曹艳萍;王雁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

地球科学与环境工程河南科技Henan Science and Technology总第811期第17期2023年9月收稿日期：2023-06-16基金项目：河南省科技攻关计划项目（222102320307）；河南省高等学校重点科研项目计划（21B420003）；许昌市县级水环境质量研究及运维保障（2022HX079）；许昌学院教育教学改革研究与实践项目（XCU2021-YB-027）。

作者简介：易航（1989—），男，博士，讲师，研究方向：卫星重力数据处理与应用。

基于GRACE 卫星重力数据建立河南省干旱指数易航谢玉环韩杰（许昌学院城市与环境学院，河南许昌461000）摘要：【目的】地处黄河中下游流域的河南省是我国的农业大省，定量化监测和分析河南省干旱和洪涝情况具有重要意义。

【方法】本研究利用GRACE 对河南省陆地水储量变化情况进行反演；利用地表水文学模型计算河南省陆地水储量历史平均值；结合GRACE 反演结果和地表水文学模型数据建立河南省干旱指数GHDI 。

【结果结果】通过对比GRACE 反演的陆地水储量变化和干旱指数GHDI ，证明了GHDI 指数的有效性。

此外，通过分析GHDI 指数变化趋势，发现2019年和2020年河南省出现了明显的干旱情况。

【结论】本研究可以推广至其他农业种植重点区域，以便更好地分析干旱情况，为水资源的合理利用提供参考。

关键词：河南省；GRACE 重力数据；陆地水储量变化；干旱指数；GHDI中图分类号：P426.616文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）17-0082-04DOI ：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.17.017Establishment of Drought Index in Henan Province Based on GRACESatellite Gravity DataYI Hang XIE Yuhuan HAN Jie(School of Urban and Environment Sciences,Xuchang University,Xuchang 461000,China)Abstract:[Purposes ]Henan Province,located in the middle and lower reaches of the Yellow River basin,is a major agricultural province in China.It is of great significance to quantitatively monitor and analyzethe drought and flood situation in Henan Province.[Methods ]This study used GRACE to invert the terres⁃trial water storage in Henan Province;the surface hydrology model is used to calculate the historical aver⁃age value of terrestrial water storage in Henan Province;the drought index GHDI of Henan Province was established by combining the inversion results of GRACE and the data of surface hydrology model.[Find⁃ings ]The validity of the GHDI index was proved by comparing the change of terrestrial water storage with the drought index GHDI.In addition,by analyzing the change trend of GHDI index,it was found that Henan Province experienced significant drought in 2019and 2020.[Conclusions ]This study can be ex⁃tended to other key agricultural planting areas in order to better analyze drought conditions and provide ref⁃erence for rational utilization of water resources.Keywords:Henan Province;GRACE gravity data;terrestrial water storage change;drought index;GHDI0引言我国幅员辽阔，领土东西两端相距约5000km，南北跨越纬度近50°，地势西高东低、地形种类众多，从而导致不同地区气候及储水量差异很大。

利用GOCE卫星数据计算日本地震区域重力异常
薛建华;刘超
【期刊名称】《山西大同大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(034)006
【摘要】依据卫星重力探测技术在地球动力学应用研究中的优越性,利用GOCE卫星重力梯度测量计算重力场信息的原理,针对2011年Ms9.0级日本大地震期间GOCE重力场数据实验计算了日本及邻近区域重力异常情况,对比分析了GRACE 卫星数据结果的异同,说明两种不同探测技术的特点,初步探讨了GOCE卫星重力资料在地震中重要的参考价值.
【总页数】3页(P70-71,74)
【作者】薛建华;刘超
【作者单位】山西大同大学建筑与测绘学院,山西大同037003;国核电力规划设计研究院,北京100095
【正文语种】中文
【中图分类】P223
【相关文献】
1.GOCE卫星检测的海地地震(Mw7.3)区域重力异常 [J], 徐海军;周建业;翟燕;孟俊贞
2.GOCE卫星检测的海地地震（Mw7.3）区域重力异常 [J], 徐海军;周建业;翟燕;孟俊贞;
3.利用多代卫星测高数据计算中国近海及邻域重力异常 [J], 刘善伟;李家军;万剑华;
杨俊钢
4.利用先验重力场模型求定GOCE卫星重力梯度仪校准参数 [J], 瞿庆亮;常晓涛;于胜文;朱广彬
5.GOCE卫星监测的中国区域重力异常 [J], 徐海军;张永志;段虎荣;夏朝龙
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GRACE卫星时变重力场研究的开题报告
一、研究背景
卫星重力测量是地球重力场研究的重要手段之一。

2002年3月17日，美国和德国联合发射了重力场和海洋循环卫星（GRACE），这是一套通过测量卫星间距变化来获取地球引力变化的仪器。

GRACE卫星的发射和运行使得重力场研究取得了重大的进展，特别是时变重力场的研究，因为该卫星可以测量地球相对于卫星的引力场的微小变化，从而可以估计地球重力势的时变部分。

二、研究目的
本文的研究目的是通过对GRACE卫星数据的分析，研究地球时变重力场的变化特征，并探讨有关地球内部和大气水平运动的动力学过程。

三、研究方法
本文的研究方法是基于GRACE卫星的观测数据，通过运用时间序列分析和空间分析的方法，分析地球引力场的时空变化。

四、预期结果
本文的预期结果是：
（1）分析GRACE数据所得到的时变重力势场的两个主要变化特征，如高中低频振荡和长期趋势，进一步了解地球内部和大气水平运动对地球引力场的贡献；
（2）探讨GRACE数据的时变重力势场对地理和大气物理学领域的应用；
（3）对时间序列分析和空间分析方法在地球引力场研究中的应用进行总结，为进一步研究提供思路和方法。

五、研究意义
本文的研究意义在于通过分析时变重力场的变化特征，可以更加全面地了解地球内部和大气水平运动的动力学过程，进一步促进地球物理和大气科学的发展。

此外，本文的研究还可以为相关领域的专家和学者提供参考和借鉴，推动GRACE数据在地球物理和大气科学中的应用。

第30卷第4期2018年10月黄河水利职业技术学院学报Journal of Yellow River Conservancy Technical Institute Vol.30No.4 Oct.2018基于GRACE重力卫星数据的黄河流域水储量变化研究李洪超,陈琳,王靖,朱曙光（黄河水利职业技术学院，河南开封475004）摘要：采用GRACE RL05Level-2版本60阶重力场球谐系数模型,反演2004~2010年黄河流域水储量变化的时空分布特征,结果表明,黄河流域水储量变化具有明显的季节和周年变化特征,2004~2010年,黄河流域水储量整体以0.25mm/a的速率下降,其中2006年1月~2007年5月,水储量减小速率较大,约为1.6mm/a。

将这一结果与GLDAS水文模型的计算结果进行比较,两者具有强相关性,相关系数为0.81。

关键词:黄河流域;水储量变化;GRACE卫星;GLDAS水文模型;重力场中图分类号：P331文献标识码：A凿燥蚤:10.13681/41-1282/tv.2018.04.0060引言陆地水作为人类可利用的淡水资源的重要组成部分,是人类社会发展过程中不可替代的自然资源,其时空分布对区域经济社会的发展有着重要影响。

黄河位于东经96°~119°,北纬32°~42°,是我国的第二长河,干流全长约5464km,流域面积约79.5万km2。

作为我国农耕文明的发源地,黄河流域自古都是我国农业经济开发的重点区域。

因此,研究黄河流域水储量变化对该区域乃至全国的经济社会发展具有重要意义。

当前,对陆地水储量的研究可采用监测井法、物理模拟法、卫星反演法[1]。

监测井法的测点选择和布设比较费时、费力,而且由于数据少,难以准确反映大尺度的流域水储量变化。

地面监测井的不均匀分布使得物理模拟法难以取得较好的模拟结果,限制了其应用。

卫星反演法采用非接触式的对地观测模式,具有大范围、长时间序列等优势,已成为反演大尺度流域水储量变化的理想方法。

基于GOCE卫星重力数据的应用研究CHAMP、GRACE和GOCE卫星重力测量对人类研究地球内部构造及其重力场具有重要意义。

重力卫星的主要目的在于尽可能高精度、高分辨率的恢复地球重力场和大地水准面模型。

GOCE卫星为新一代卫星重力监测技术，该技术主要向地面提供一定采样间隔的重力梯度观测数据和GPS轨道数据，同时卫星姿态控制系统和星象仪等为地面控制中心提供了相关辅助数据，在此基础上，本文分析并介绍了不同类别的GOCE数据产品，用于不同学科的研究以及恢复高精度高分辨率的地球重力场。

标签：重力卫星GOCE 数据产品1引言本世纪初CHAMP、GRACE和GOCE三大卫星重力测量计划的相继实施，标志着人类利用空间科学技术研究研究地球重力场迈入了崭新的领域[1]。

为了能够得到更高分辨率更高精度的地球重力场模型，在继CHAMP和GRACE计划之后，ESA实施了GOCE卫星重力梯度测量计划，GOCE卫星与2009年3月17日成功发射升空，该任务的主要目的在于：利用卫星重力梯度观测数据和卫-卫跟踪数据恢复优于1～2×10-5ms-2的全球重力异常，获取厘米级的大地水准面，同时恢复半波长为100km空间分辨率的地球重力场。

GOCE卫星任务的实施无疑将给地球物理、大地测量等相关学科带来一场重要的变革。

2 GOCE重力卫星基本情况与其任务GOCE卫星（图1）任务是由ESA主导实施的[2]，与2009年3月17日从俄罗斯Plesestk航天中心成功发射升空。

GOCE卫星采用近圆极、太阳同步轨道，轨道高度250～280km左右，轨道设计倾角为96.5°设计寿命为1年左右，由于其运行状态良好，截至目前还在正常工作中。

GOCE采用了卫星重力梯度测量和高低“卫-卫”跟踪技术结合的方法实现高空间分辨率精确地球重力场的解算。

高低“卫-卫”跟踪技术能够更有效地获取中长波地球重力场信号，SGG测量能够获取地球重力场中的高频信号，这两种技术的结合是实现GOCE卫星任务的关键所在。

基于GRACE重力卫星与SPEI的云南干旱监测游智文;李肖肖;阳勇;鲁梦格【期刊名称】《节水灌溉》【年(卷),期】2024()3【摘要】针对云南省干旱多发、旱灾严重的特点,选取1981年1月-2020年6月长时间序列的历史时期典型水文干旱年及干旱事件,探索GRACE卫星反演数据在监测云南地区干旱方面的适用性,旨在提出解决无资料或少资料地区干旱监测困难的新方法。

研究基于GRACE重力卫星数据反演得到云南省滇中、滇东北、滇东南、滇西南、滇西北5个分区月均储水量变化量,计算各分区的旱涝指标-相对储水量指数,利用相对储水量指数对云南省各分区干旱情况进行分析,并从月时间尺度上对比了相对储水量指数和标准降水蒸散指数SPEI3的干旱分析结论。

研究结果表明:基于GRACE重力卫星数据反演构建的相对储水量指数在典型水文干旱年内的监测结果与实际干旱情况基本一致,其在滇中地区的适用性最佳,对于春季干旱的监测精度优于其他季节,反演数据能够一定程度上反映云南省不同地区、不同季节干旱程度;利用SPEI3对云南全省以及不同分区的旱情进行监测,结果与统计年鉴记载干旱事件较为吻合,其在滇东南地区的监测精度优于其他分区,在夏、冬两季精度优于春季;GRACE和SPEI3都较好地捕捉到了历史时期的典型干旱年及干旱事件,在选取的24场典型干旱事件中各分区的最高吻合率均达到了15/24;总体上两种指数在各分区漏报率均维持在较低水平,最高不超过1/3,其中SPEI3相较于GRACE更不易出现漏报的情况,其最低漏报率仅为1/8,两种指数在全省及各分区的旱情监测方面均表现出较好的适用性。

【总页数】9页(P34-41)【作者】游智文;李肖肖;阳勇;鲁梦格【作者单位】华中科技大学土木与水利工程学院【正文语种】中文【中图分类】S271;P426.6【相关文献】1.基于GRACE重力卫星数据的珠江流域干旱监测2.基于GRACE重力卫星数据监测分析贵州干旱特征3.GRACE与GRACE Follow-On重力卫星数据揭示出的黄河流域2002-2020年干旱特征4.基于GRACE卫星重力数据建立河南省干旱指数5.基于GRACE及GRACE-FO重力卫星的北方寒区干旱分析与评估因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

goce卫星重力梯度数据恢复地球重力场理论与方法contents•GOCE卫星及其重力梯度测量简介•地球重力场恢复理论基础目录•GOCE卫星重力梯度数据恢复地球重力场方法•重力场恢复结果评估与应用CATALOGUEGOCE卫星及其重力梯度测量简介重力场探测任务先进技术GOCE卫星任务概述GOCE卫星通过高精度的加速度计测量卫星自身受到的重力加速度变化，结合卫星的精确轨道数据，反演出地球的重力场信息。

重力梯度测量原理测量原理重力梯度的定义高精度：GOCE卫星的重力梯度数据具有极高的精度，对于地球重力场的细节特征有出色的表现力。

全球覆盖：GOCE卫星数据覆盖全球，能够一致、准确地描述地球重力场的全球分布。

多尺度特性：GOCE卫星重力梯度数据包含了从大到小的不同空间尺度的重力场信息，为地球科学研究提供了丰富素材。

以上是对GOCE卫星及其重力梯度测量的简要介绍，通过深入了解GOCE卫星的任务概述、重力梯度测量原理以及GOCE卫星重力梯度数据的特性，我们可以更好地理解和应用这些数据，为地球科学研究提供有力支持。

GOCE卫星重力梯度数据特性CATALOGUE地球重力场恢复理论基础重力场定义重力势重力加速度030201地球重力场的基本概念重力位与地球形状重力位确定方法重力位与重力加速度关系重力位与重力场的关系球谐分析重力梯度张量最小二乘方法谱方法重力场恢复的数学物理方法CATALOGUEGOCE卫星重力梯度数据恢复地球重力场方法基于Stokes定理的重力场恢复方法球谐函数展开•球谐分析是将地球重力场表示为球谐函数级数的方法。

通过将重力梯度数据展开成球谐函数，可以方便地进行重力场的频谱分析和空间分辨率研究。

球谐函数的系数可以通过最小二乘等方法进行估计，从而得到地球重力场的球谐展开表达式。

数据融合算法•为了充分利用GOCE卫星重力梯度数据和地面重力数据各自的优势，可以采用数据融合算法将两者进行融合。

常用的数据融合算法包括加权平均、卡尔曼滤波、最小二乘等。

基于GOCE卫星数据采用压缩恢复法确定地球重力场的模型
试验研究
佚名
【期刊名称】《科技风》
【年(卷),期】2013(000)013
【摘要】GOCE卫星提供了重力梯度数据，而重力梯度对精化地球重力场有重要的意义。

利用重力梯度求解地球重力场的传统方法是利用球谐展开法，本文基于模拟的GOCE卫星重力梯度数据，通过数值计算研究是否可以利用压缩恢复法确定地球外部重力场。

【总页数】1页(P54-54)
【正文语种】中文
【相关文献】
1.利用 GOCE 卫星轨道数据恢复地球重力场模型的方法 [J], 苏勇;范东明;游为
2.GOCE卫星测量恢复地球重力场模型的理论与方法 [J], 刘晓刚
3.基于GOCE卫星重力测量技术确定地球重力场的研究 [J], 钟波
4.基于卫星跟踪卫星数据恢复地球重力场的研究 [J], 肖云
5.利用平均加速度法恢复GOCE地球重力场模型 [J], 苏勇;范东明;贺全兵
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