基于GOCE卫星重力数据的应用研究

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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

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

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GOCONSGCF2DIRR 4和GOCONSGCF2DIRR 5模型精度明显高于前三代;时域法解算模型中,GOCONSGCF2TIMR</s ub>4模型和GOCONSGCF2TIMR 5精度相当,均高于前三代1个数量级;空域法解算模型中GOCONSGCF2SPWR 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

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。

基于GRACE卫星重力数据建立河南省干旱指数

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。

基于卫星重力数据

研究目标与内容
本研究旨在利用卫星重力数据，通过对地球重力场的测量，获取全球范围内的重力信息，并研究地球重力场的分布和变化规律。
研究内容主要包括：卫星重力数据的处理和分析方法、地球重力场的建模与模拟、重力异常的解释和应用等。
研究目标是通过高精度的重力测量数据，揭示地球重力场的分布和变化规律，为地球物理学、地质学、气象学、水文学等领域的研究提供重要的技术支持。
传统的重力测量方法由于受限于场地条件和测量设备等因素，难以实现大范围的重力测量。而卫星重力探测技术则可以通过对地球重力场的测量，获取全球范围内的重力信息，对于研究地球重力场的分布和变化规律具有重要的作用。
此外，卫星重力探测技术还可以应用于地质勘探、地震预测、气候变化等研究领域，为人类探索自然规律和解决实际问题提供了强有力的技术支持。
将卫星重力数据与其他类型的数据（如地质调查数据、GPS数据等）进行融合，可以提高我们对地球的理解。
数据共享与合作研究
01 02
国际合作
随着全球化的进程，国际间的合作变得越来越重要。通过共享卫星重力数据，我们可以与全球的研究者共同进行合作研究，提高研究的效率和深度。
数据库建设
建立全球性的卫星重力数据共享数据库，可以方便研究者获取数据，提高研究效率。
地球重力场分布与变化研究
重力场高精度测量
利用卫星重力数据，可以对地球重力场进行高精度测量，了解地球重力场的分布和变化。
地球形状和大小研究
通过重力场数据，可以更精确地了解地球的形状和大小，对于地球物理学和地理学研究具有重要意义。
地球重力模型建立
基于卫星重力数据，可以建立更高精度的地球重力模型，为全球导航、航空航天等领域提供基础数据。
总结词

利用GOCE卫星数据计算日本地震区域重力异常

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卫星重力观测在强震监测中的应用及分析

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１引言
重力测量是中国地壳运动观测网络中的重要内容，以服务于地震监测为主、是兼顾其他领域应用的综合性科学工程，要手段为绝对和相对重力测主
变化检测是进行地壳形变监测及地震预报研究工作
ｅｓｄｓｏａｉｎｔｅｒｎｄｕｐｃｎｉｕｔｎｔｃｉｅ，ｔｅｃｒｃｅｉｔｃｆｄｅｔｕｃｕｅｆＬｎｍｅｈａａｌｌ，ｉｌｃｔｈｏｙａｏｔｎａｉｅｈｎｑｕｏｏｈｈａａｔｒｓｉｓｏｅｐｓｒｔｒｓｏｏｇｎｓｎｆｕｔｒｇｏｅｐｙｉａｏｄｔｏｏｔｏｇｅｒｈｑａｃｕｒｎｃｒｅｅｌｄ．ｅｉｎｇｏｈｓｃｌｃｎｉｉｎｆｒｓｒｎａｔｕｋｅｏｃｒｅｅａｅｒｖａｅＫｅｒｓ：ｙｗｏｄＧＲＡＣＥ；ｓｒｎａｔｑｋｔｏｇｅｒｈｕａｅ；ｇａｉｔｙ；ｓｔｌｔｒｖｔｒｖｍｅｒａｅｌｅｇａｉｉｙ；ｇａｉｙｃａｇｒｖｔｈｎｅ
gravitychange引言重力测量是中国地壳运动观测网络中的重要内容是以服务于地震监测为主兼顾其他领域应用的综合性科学工程主要手段为绝对和相对重力测目前高精度fg5绝对重力测量精度可达相对重力测量经网平差后各重力点精度平均不低于15重力段差联测精度优于10重力测量特别是重力变化检测是进行地壳形变监测及地震预报研究工作的重点祝意青利用流动重力监测手段不仅观测到了区域重力场变化且做了一定程度的地震预以震中附近的绝对重力值为基准利用地震前后的3期流动重力观测资料分析了震中周围地区局部重力场在大震前后的动态变化发现地震前震中周围地区的重力场发生了巨大的负向变化有些点位的重力值变化大于100利用fg5绝对重力仪检测青藏高原拉萨点收稿日期

中国大陆及邻区GRACE卫星重力变化研究

。
２００２年３月１７日，德国和美国合作，成功发射ＲＡＣＥ（ＧｒａｖｉｔｙＲｅｃｏｖｅｒｙＡｎｄＣｌｉｍａｔｅＥｘｏｅｒｉ了Ｇｍｅｎｔ）重力卫星，由此，卫星探测地球重力场及其时
２００７０９１７收稿日期：基金项目：国家自然科学基金（４０７０４００９）；中国地震局地震研究所基金（２０１２１５０，ＩＳ２００７２６０１８）作者简介：邹正波，女，主要从事卫星数据处理研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｏｕｚｂ＠１２６．ｃｏｍ
［９］
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对此，重力异常误差阶方差是一个重要的地球重力场模型精度指标。因此可通过阶方差分析得到
ｄｇｇ（３） Δ Δ ｇ＝月－背景 Δ 然而，由于ＧＲＡＣＥ卫星重力场的获取方式，使
第１期
邹正波等：中国大陆及邻区ＧＲＡＣＥ卫星重力变化研究
２５
得其在经度方向精度高于纬度方向的精度，因此出现轨道痕迹，其重力变化大约为 ± ５０× １０ｍｓ，无法提取可用的地球信号。２００４年９月的重力异常变化分布图中就出现了南北向的异常条带（见图２）。如何处理这种异常条带是亟待解决的问题。
２４
大地测量与地球动力学
２８卷
地震监测中的应用技术研究，为我国的地震监测预报工作服务，快速及时地发挥重力卫星在强地震检测中的作用，应成为卫星重力地震应用的研究重点。
适合于地震分析研究的重力场的最大阶次。重力异

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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。

SST-hl技术是通过星载GPS-GLONASS接收机实现跟踪定位的，它可以同时观测到8～12颗GPS-GLONASS卫星信号，以实现卫星精密定轨的目的。

根据精密轨道数据可以实现卫星的实时导航及其姿态参考框架的确定。

重力梯度仪[3]是执行GOCE卫星任务的核心部件之一，其观测量为GOCE 卫星沿轨所受地球引力位的二阶导数张量，其目的用以恢复确定地球重力场。

GOCE卫星搭载的是静电重力梯度仪（EGG），该仪器是由法国ASI开发研制的（如图2所示），采用的是差分加速度测量模式。

差分加速度测量的优点在于可
以消除引力线性加速度和干扰性惯性加速度的影响，实现动态测量。

3 GOCE数据产品
GOCE卫星向地面提供的主要数据为以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，这些数据经过相关数据处理中心一系列的分析处理之后，得到不同类别的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。

根据用户对GOCE原始数据的应用要求，GOCE数据可分成以下几类：
（1）Level 0 数据：该数据是来自于GOCE卫星搭载的GPS-GLONASS接收机、重力加速度计、标准辐射环境监测器等设备按一定采样间隔采集的数据。

该级别的数据包含了GOCE卫星上各种载荷的原始观测数据，它是以时间系列方式存放的，包括星务数据、辅助数据以及科学数据。

（2）Level-1a数据：该数据是在原始观测数据Level-0的基础上解算的二级数据产品。

首先，将原来以二进制形式存在的Level-0数据转换成为十进制格式数据，其次，根据卫星钟记录数据对卫星采样数据进行时间标记，最后，以统一的时间系统整理并输出数据。

Level-1a和Level-0数据之间是可以相互转换的，同后者一样，Level-1a数据也分为星务数据、卫星辅助数据和科学数据三类。

（3）Level-1b数据：该数据是是Level-1a数据的预处理产品。

对Level-1a 数据中标定的异常数据进行探测、剔除，降低数据采样频率，最大限度的保留与使用所有改正和标定信息，最大限度的消减监测系统本身和空间观测环境的非理想状态对数据的影响。

因此，Level-1b和Level-1a数据产品之间的转换是不可逆的。

（4）Level-2数据：该数据是在Level-1 数据基础上加工处理的高阶数据产品，主要用于地球重力场的恢复和GOCE轨道分析等相关科学领域，该数据产品是由核心数据、预备数据、内部数据和辅助数据构成。

（5）Level-3数据：该类别的数据产品在Level-2数据的基础上根据不同学科领域研究的需要而生成的独立产品，用于研究海洋环流、固体地球、冰盖及冰川动力学以及大地测量学等课题。

4总结
随着GOCE卫星数据产品的发布，我们能够获取地球重力梯度的实时采样数据。

本文详细介绍卫星重力测量技术的发展历史进程，简要叙述了CHAMP、GRACE和GOCE卫星任务的发展及目标，详细的介绍了GOCE卫星的主要构成部件及其各级数据产品内容，认为其数据产品有很大应用，将是继GPS后又一次测量领域的技术革命。

参考文献
[1]王正涛.卫星跟踪卫星测量确定地球重力场的理论与方法[D].武汉：武汉大学，2005.
[2]吴庆鹏.重力学与固体潮[M].地震出版社，1997.
[3]吴云龙，李辉，刘子维，等.基于地球重力场模型的重力梯度测量数据外部校准[J].大地测量与地球动力学，2010，30（B11）：10-13.
[4]吴云龙.GOCE卫星重力梯度测量数据的预处理研究[D]..武汉：武汉大学，2010.
[5]邢乐林，李辉，玄松柏，等.GRACE 卫星观测到的日本9.0 级大地震重力前兆信息[J].大地测量与地球动力学，2011，31（2）：1-3.。