Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Гравиметрическое обеспечение прилегающей к Вьетнаму акватории по результатам спутниковой альтиметрии : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.32

Год: 2012

Номер работы: 313240

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

ВЫСОТ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА ENVISAT

Спутниковая альтиметрия была разработана в 1960-е годы вскоре после того, как полет искусственных спутников стал реальностью. Спутниковая альтиметрия измеряет с большой частотой расстояния между спутником и поверхностью морей и океанов, что позволяет изучать форму поверхности морей и океанов в глобальном масштабе и её изменение с течением времени. Такие измерения широко используются в области океанографии, геодезии и геофизики и являются очень эффективными. Например, в океанографических иссле

Спутник Орбита спутника Н Морская поверхность Геоид Эллипсоид Рис.

1.1.1. Схема спутниковой альтиметрии Принцип альтиметрии следующий. Со спутника, пролетающего над океаном, посылается вертикально вниз коротковолновый электронный луч. Луч отражается и принимается спутником снова. Измеренная продолжительность движения луча сразу дает высоту h спутника над океаниче16 ской поверхностью. Геодезическая высота спутника Н может быть определена пазными метопами, наппимеп с помошью GPS (Glob

(

1.1.2) Рис.

1.1.2. Типы существующих спутников альтиметрии Начиная с 1960 гг., созданы 9 типов спутников альтиметрии (см. рис.

1.1.2). Типы спутников альтиметрии и их параметры перечислены в таблице

1.1.1 Г181. Таблица

1.1.1. Типы спутников и их параметры № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Спутники Geosat ERS-1 ERS-2 TOPEX/Poseidon Jason-1 Jason-2 GFO Envisat Icesat Период 1984-1988 1991 -1996 1995-2006 1992-2006 2002-2008 2008-сейчас 2001-2008 2002-2012 2002-сейчас Наклон

Коротко перечислим основные применения альтиметрии в геодезии, океанографии и метеорологии.

1.1.

4.1. Применение в геодезии - Определение модели геоида на океане [22]. Мировой океан занимает большую часть (

70.8%) поверхности Земли [8]. Причём поверхность океана не постоянна во времени. Геоид определяется как уровенная поверхность геопотенциала, наиболее близкая к средней поверхности океана. Многочисленные данные, полученные в результате продолжительных и повторных спутников

Программа ENVISAT, осуществляемая Европейским Космическим Агентством (European Space Agency - ESA), направлена на исследование и мониторинг земной поверхности, атмосферы, океанов и ледникового покрова. Название программы само говорит о ее предназначении: ENVIronment - природная среда, SATellite - искусственный спутник. ENVISAT является продолжением ERS-1 (European Remote Sensing) и ERS-2. Первый спутник программы, ENVISAT-1, был запущен 1 марта 2002 г. В соответствии с глобальной миссией изуч

1.2.

2.1. ASAR А С А Г» ( A J-. Л С * U - * : _ А, ( r»-J Л С г_, .„Л — „„„„ /-10.TUV ^^VUVOiiCCU O^liUiCliC .rvpCiLUiC IXdUcUJ, pclUUidiiJiMWW ь c - a t i i m v i c i - ровом диапазоне обеспечивает преемственность с ERS-1/2 инструмента SAR. Он имеет расширенные возможности в охвате, диапазоне углов падения, поляоизапии и оежимах оаботы. л. л л.

1.2.

2.2. MEMS ivxcrvio ^ivicuiUiii ivcbuiuuuii image opewuишеил^ *имерле1 ю л м е ч н и с излучение, отраженное от Зем

1.3. О РАБОТЕ С ПРОГРАММНЫМ КОМПЛЕКСОМ BRAT

1.3.

1.1. Основные функции BRAT представляет собой комплекс программ и рабочую документацию, предназначенные для обработки данных радиолокационной аль29 тиметрии. BRAT способен обрабатывать наиболее распространенные форматы данных радиолокационной альтиметрии. Программа поддерживает ввод, редактирование, обработку, определение основных статистических характеристик, визуализацию и экспорт результатов [28]. BRAT состоит из нескольких модулей, работающих на различных уровнях. Основн

BRAT в состоянии прочитать наиболее распространенные данные радиолокационной альтиметрии из ERS-1 и 2, Topex/Poseidon, Geosat, Jason-1, Envisat, и данные будущих миссий Cryosat и Jason-2. Различные типы данных, которые читаются и обрабатываются программой BRAT, перечислены ниже.

1.3.

2.1. Продукты уровня 1В/2 Таблица

1.3.1. Продукты уровня 1В/2 Данные Уровень 1В и уровень 2 RA-2 данные ветра и волн для Meteo Users (RA2WWV2P) RA-2 быстрая геофизическая запись данных (RA2FGD2P

BRAT позволяет отобразить данные альтиметрии на карте. Рассмотрим, например, файл с именем «RA2_GDR_2POF-P20050817J43910_00003017А040_00025_18115_3074.N1», содержащий половину орбиты № 25 цикла № 40 данных ENVISAT GDR, измеренных 17 августа 2005. В этом файле данных есть много записей, каждая запись является одним полем данных. Например: lat (degrees) - широта точки, log (degrees) - долгота точки, atlcogellip (mm) - геодезическая высота точки, ku_band_ocean_rage (mm) - расстояние от спутника

Высота морской поверхности, которая является расстоянием от мгновенной поверхности океана до поверхности эллипсоида, обозначается А Л. через SSHw вычисляется по формуле [40]: SSH=H-h-hC0VT (

1.4.1) Здесь Н — геодезическая высота спутника, h — расстояние от спутника до мгновенной поверхности океана. hcorr — поправки (инструментальные, за наклона состояния моря, ионосферная поправка, за влажность тропосферы, за ПРИЛИВЫ разного рода, барометрическая поправка). Имеются встроенные формулы

- Выбор необходимых данных latasets PtotTHej Х-Аж y-Axis Properties laod «VH-Nt-Vdegrees • Logarthrric Scale Number d ricks: [б Falback Range 0 Gerrve from Data О User-specfed j Base: i 1 0 _ Number of Digits: 4 I> Current Range Рис.

1.4.3. Результат вычисления аномалии уровня океана. BRAT позволяет выбрать необходимые данные с помощью функции «Selection criteria» в «expression», используя поля 38 «altimlandoceanflag» данных. В зависимости от поверхности измерения возможны следующ

Один цикл спутника ENVISAT состоит из 1002 оборотов. Процесс вычисления SSH и SLA для одного полного цикла (а именно, сорокового) предполагает выполнение следующих действий:

- выбор «operation» с «longitude» для X, «latitude» для Y, SSH и SLA для «data expression», - выбор «Execute», - выбор проекции и области просмотра результата. Результат сохранён в файле «Envisat_gdr_040.nc» в формате NetCDF.

1.4.5. Вычисление SLA на акватории, прилегающей к Вьетнаму, на регулярной сетке. Обра

их стандартных отклонений. В этом примере вычисляются средние значения аномалии уровня моря по всем циклам и соответствующие стандартные отклонения. Использованные данные являются результатами вычисления SLA со спутника ENVISAT с июля 2006 до апреля 2007. Эти данные содержатся в папке «msla». Для вычисления соедних по всем циклам аномалий уоовня океана выполним следующие шаги. 1. Создадим новый «dataset», выберем «Add dir» (в этом меню можно вводить папку данных в dataset). Выбираем папку «ms

1.5. РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫЧИСЛЕНИИ ВЫСОТ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

1.5.1. Описание результатов В таблице

1.5.1 представлены результаты вычислений по формуле (

1.1.1) высот морской поверхности для некоторых точек акватории Вьетнама по данным 25-го оборота 40-го цикла альтиметрии ENVISAT. Данные получены из архивов AVISO (Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data, France). Вычисления выполнены с помощью программы BRAT. В таблице

1.5.1: Нгеодезическая выс

к Вьетнаму

1.5.

2.1. Центр альтиметрии AVISO (aviso.oceanobs.com). Главным элементом наземного сегмента Центра альтиметрии является французский действующий центр архивации и обработки данных с различных спутников альтиметрии AVISO (Тулуза) в ведении CLS. Этот наземный сегмент отвечает за производство и переработку данных со спутников Topex/Poseidon, ERS-1, ERS-2, Jason-1, Jason-2 и Envisat и распространяет высокоточные временные ряды результатов альтиметрии. AVISO предоставляет сл

Как указано в параграфе

1.1, связь между динамической высотой морской поверхности hj, высотой геоида N и высотой морской поверхности SSH выражается следующей формулой SSH=N+hd (

2.1.1) Но высоту геоида полезно разделить на две части: высоту геоида NEGM относительно какой-либо референцией системы (EGM96 или EGM2008) и остаточную высоту геоида AN. Поэтому (

2.1.1) запишем в виде SSH=NEGM+&N+hd (

2.1.2) Согласно принципу «удаления - восстановления», до вычисления аном

Модель глобального гравитационного поля EGM96 (Earth Gravita­ tional Model 1996) до степени и порядка 360 создана в 1996 году NASA (National Aeronautics and Space Administration - Национальный комитет по астронавтике и исследованию космического пространства) и DMA (Defense Mapping Agency - Агентство Оборонной карты) [29]. Исходными данными послужили существующие тогда гравиметрические данные, в том числе результаты альтиметрии GEOSAT. Параметры модели EGM96* GM=

3986004.415Е+08 м /с , а

Модель глобального гравитационного поля EGM2008 (Earth Gravita­ tional Model 2008) до 2160 степени опубликована Национальным агентством геопространственных исследований министерства обороны США (National Geospatial-Intelligence Agency - NGA). Исходными данными послужили детальные аномалии силы тяжести с разрешением 5 х 5', новейшие спутниковые результаты проекта GRACE (Gravity Recovery And Cli­ mate Experiment), и аномалии силы тяжести, полученные из альтиметрии с использованием модели динами

Динамическая высота моря складывается из высоты средней динамической топографии моря hMDT и динамической высоты моря, изменяющейся со временем h, [18]. Высота средней динамической топографии моря является разностью между поверхностью геоида и средней морской поверхностью. Её значения изменяются в пределах ±1,8 м и во многом обусловлены морскими течениями. Высоту средней динамической топографии моря можно вычислить с помощью моделей геоида (EGM) и моделей средней морской поверхности (Mean Sea

2.2.2. Определение высот средней динамической топографии моря

2.2.

2.1. Описание использованных моделей При определение высот средней динамической топографии моря мы пользовались построенной в 2010 г. глобальной моделью средней морской поверхности MSS_GNES_CLS_10. Эта модель создана по данным альтиметрии 15-летнего периода (1993 - 2009): данные Topex/Poseidon за 10 лет, ERS-2 и ERS-1 - за 8 лет, GFO - за 7 лет, Envisat - за 7 лет и Jason-1 - за 7 лет. Значения средней морской пове

2.3. УРАВНИВАНИЕ ПЕРЕСЕЧЕНИИ ТРЕКОВ СПУТНИКОВОЙ АЛЬТИМЕТРИИ В ЛОКАЛЬНОМ РАЙОНЕ Для ослабления влияния динамической высоты моря ht, изменяющейся со временем, на определение высот геоида целесообразно выполнить уравнивание пересечений треков. Под пересечением треков понимают то место морской поверхности, где нисходящий трек альтиметрии пересекает восходящий трек. Естественно предположить, что высота геоида в каждом таком месте не изменяется во времени, что и служит основанием для уравнивания.

2.3.1. Определение местоположения и разности высот пересечения Однако пересечения треков часто не совпадают с точками, к которым относится результат альтиметрии. Поэтому, прежде чем выполнять уравнивание пересечений треков, необходимо определять местоположение и разности высот пересечений. Мы проделали такую работу в следующем порядке.

- Классификация нисходящих треков и восходящих треков: восходящий трек является треком с широтой последней точки больше, чем широта первой точки. Нисходя

Уравнивание пересечений треков для коротких дуг Для коротких дуг (< 1000

км) динамические высоты моря каждого трека могут быть смоделированы в предположении, что смещение трека постоянно, то есть dHiJ=ai-aJ+viJ, (

2.3.25) где ah cij - неизвестные параметры смещения и v,y - остатки - неизбежные уклонения от модели. В матричном виде это уравнение связи принимает вид: d = A.x + v, где (

2.3.26) d - матрица разностей высот морской поверхности в точках пересе­ чения треков

Трактуем величины остаточных высот геоида ANuAN2,...,ANn как измеренные значения Т, функционалов Lh i = 1, 2, ..., п на соответствующем возмущающем потенциале. Требуется вычислить значение другого функционала F- остаточную аномалию силы тяжести Agp в точке заданной Р. Согласно локальной задаче коллокации [7], F = KT(L,F).(K(L,L) + САуЧ. (

2.4.1) Здесь F - оценка функционала F, К(\ •) - воспроизводящее ядро используемого гильбертова пространства (ковариационная функция), Сд - ковариацио

Ковариационная функция возмущающего потенциала обычно трактуется как функция сферического расстояния у/ между двумя точками Р и Р ' и определяется как среднее произведение значений потенциала в двух точках, занимающих всевозможные положения на земной сфере, но постоянно находящихся на расстоянии у/ друг от друга. Таким образом, по определению, . К 2лл12 2ж (Ч Г,Р)=-^-Т / J { О-т/2 О JT(P).T(F)dasmed0dA, (

2.4.19) где а - азимут между точками Р и Р\ в и X - сферические координаты

Для того чтобы вычислить значения аномалий силы тяжести по формуле (

2.4.2), необходимо решить систему (K(AN,AN) + C&)J> = AN, где Ъ - w-мерный вектор-строка искомых коэффициентов. Отметим, что (

2.4.28) является системой нормальных уравнений, поскольку её матрица коэффициентов симметрична и положительно определена. Одним из наиболее подходящих методов решения этой системы уравнений является хорошо известный метод квадратного корня Холесского. Суть дела состоит в представле

ПО ДАННЫМ АЛЬТИМЕТРИИ ENVISAT Теоретические положения, изложенные в разделах

2.1 -

2.5, определяют общий порядок вычисления аномалий силы тяжести по данным альтиметрии, схематично показанный на рис.

2.6.1. В схеме: SSH- высота морской поверхности; NEGM- высота геоида относительно определённой модели гравитационного поля Земли (ГПЗ); AN- остаточная высота геоида; hMDT- высота средней динамической топографии моря; ht - динамическая высота моря, изменяющаяся со временем; Ag -

3.1. РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫЧИСЛЕНИЯ АНОМАЛИЙ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ EGM96 ДЛЯ ПРОЦЕДУРЫ «УДАЛЕНИЯВОССТАНОВЛЕНИЯ» В этом разделе описаны результаты вычисления аномалии силы тяжести на акватории, прилегающей к Вьетнаму (ср: 8° • 22°, X: 105° -• 114°), в * • * соответствии с изложенной выше теорией. Исходными данными для вычислений послужили высоты морской поверхности, полученные со спутника ENVISAT на десяти циклах и приведенные в параграфе

1.5. Для процедуры «удаления - восстановления» ис

96 Доступные части NEGM высот геоида вычислены по гармоническим коэффициентам модели EGM96 до 360-ой степени и удалены из высот морской поверхности. Вычисление произведено с помощью фортранпрограммы GeoEGM пакета GravSoft [39]. Краткие статистики полученных остаточных высот морской поверхности представлены таблице

3.1.1. Таблица

3.1.1. Краткие статистики остаточных высот морской поверхности (SSIF=SSH - NEGW6) Цикл п ssKaK (м) 3,690 3,769 4,195 3,781 3,854 3,663 3,900 4,060 3,8

Высоты средней динамической топографии моря в каждой измеренной точке интерполированы с 15 053 значений на акватории, прилегающей к Вьетнаму, с помощью специально написанной фортран-программы «In­ terpolation». Краткие статистики полученных остаточных высот морской поверхности после удаления высот геоида относительно EGM96 и высот средней динамической топографии моря QIMDI) приведены в таблице

3.1.2. Таблица

3.1.2. Краткие статистики остаточных высот морской поверхности (SSIF-SSH—

После того, как удалены доступные части геоида NEGW6 И высоты средней динамической топографии моря, остаточные высоты морской поверхности подвергнуты уравниванию пересечений треков в соответствии с теорией, изложенной в разделе

2.3. Уравнивание выполнено с помощью 81 программы CrsAdj пакета GravSoft [39]. Для акватории, прилегающей к Вьетнаму, длины треков достигают 1500 км, поэтому мы решили моделировать положение каждого трека двумя параметрами - смещением и уклоном. Уравнивание пер

Значения остаточных частей высот геоида AN мы использовали для вычисления соответствующих значений аномалий силы тяжести методом среднеквадратической коллокации. В связи с этим проделан ковариационный анализ ДМ В нашем случае среднее расстояние А у/ между узловыми точками приближённо равно 10 дуговых минут. Соответствующая эмпирическая ковариационная функция найдена на отрезке 0° < ц/ <3° с шагом Ау/ = 10 минут с помощью программы «EmpCov» пакета «GravSoft». Затем выполнена аппроксимаци

Численная процедура определения соответствующих значений аномалии силы тяжести выполнена методом среднеквадратическои коллокации с помощью программы «GeoCol_17» пакета «GravSoft» [39]. В ре84 зультате для изучаемого района (широта 8° -- 22°, долгота 105° + 114°) по­ * лучена регулярная сетка 10' х 10' остаточных значений аномалии силы тяжести. Краткие статистики полученных остаточных аномалий силы тяжести представлены в следующей таблице

3.1.6. Таблица

3.1.6. Краткие статистики ос

Результаты вычисленных аномалий силы тяжести для десяти циклов усреднены по формуле (

3.1.11), см. рис.

3.1.3 22- (

3.1.10) П ео 55 iJO т 10 5 О •5 I та сечения 5 мгал. 87 -10 -15 -20 -25 •30 -Э5 -•« -•* -50 -55 -60 -65 Рис.

3.1.3. Усредненные аномалии силы тяжести для десяти циклов, полученных при использовании EGM96 для процедуры «удаления - восстановления». ВысоЗдесь Agf*** - усредненная аномалия силы тяжести для десяти циклов в /-й точке; Agy- аномалия силы тяжестиу-го цикла в /-й точке. Краткая статистика усредненных результатов: максимальное значение = 70,8мгал, минимальное значение = -62,3 мгал, среднее значение = -3,8 мгал, среднеквадратическое отклонение = 16,5 мгал. Таблица

3.1.8. содержит краткие

3.1.7. Усреднение аномалий силы тяжести для девяти циклов Усредненные аномалии силы тяжести девяти циклов вычислены по формуле (

3.1.15). | б 0 55 50 45 — 40 35 30 25 20 15 10 5 О -5 10 15 20 I «в 108 110 114 Рис.

3.1.4. Усредненные аномалии силы тяжести для девяти циклов, полученные при использовании EGM96 для процедуры «удаления восстановления». Высота сечения 5 мгал 89 ^rd=^Sv, (

3.1.15) где Agfcped - усредненная аномалия силы тяжести для девяти циклов в /-й точке; &gv - аномалия силы тяжести у-го цикла в /-й точке. Краткая статистика усредненных результатов: максимальное значение = 70,7 мгал, минимальное значение = -62,5 мгал, среднее значение = -3,9 мгал, среднеквадратическое значение

3.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫЧИСЛЕНИЯ АНОМАЛИЙ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ EGM2008 ДЛЯ ПРОЦЕДУРЫ «УДАЛЕНИЯ - ВОССТАНОВЛЕНИЯ» В этом разделе представлены результаты аналогичных вычислений аномалий силы тяжести на акватории, прилегающей к Вьетнаму, по данным альтиметрии, но при использовании для процедуры «удаления - восстановления» более совершенной модели глобального гравитационного поля Земли, а именно EGM2008. Данные высоты морской поверхности получены со спутника ENVISAT на десяти циклах, см. разд

3.2.1. Удаление высот геоида, соответствующих модели EGM2008 Доступные части NEGM ВЫСОТ геоида вычислены по гармоническим коэффициентам модели EGM2008 до 2160-ой степени и удалены из высот морской поверхности. Вычисление произведено с помощью фортранпрограммы «GeoEGM» пакета «GravSoft» [39]. Краткие статистики полученных остаточных высот морской поверхности представлены в табл.

3.2.1. Таблица

3.2.1. Краткие статистики полученных остаточных высот морской поверхности (SSH,=SSH-NE

3.2.2. Результаты удаления высот средней динамической топографии Высоты средней динамической топографии моря в каждой измеренной точке интерполированы из 15 053 значений на акватории, прилегающей к Вьетнаму с помощью специально написанной фортран-программы «Interpolation». Краткие статистики полученных остаточных высот морской поверхности после удаления высот геоида относительно EGM2008 и высот средней динамической топографии моря (JIMDT) приведены в табл.

3.2.2. Таблица

3.2.2. Кр

После того, как удалены доступные части геоида NEGM2OOS И ВЫСОТЫ средней динамической топографии моря, остаточные высоты морской поверхности подвергнуты уравниванию пересечений треков в соответствии с теорией, изложенной в разделе

2.3. Уравнивание выполнено с помощью программы CrsAdj пакета GravSoft [39]. Для акватории, прилегающей к Вьетнаму, длины треков достигают 1500 км, поэтому мы решили модели93 ровать положение каждого трека двумя параметрами - смещением и уклоном. Уравнивание пе

Значения остаточных частей высот геоида ДМ мы использовали для вычисления соответствующих значений аномалий силы тяжести методом среднеквадратической коллокации. В связи с этим проделан ковариационный анализ AN. В нашем случае среднее расстояние Ау/ между узловыми точками приближённо равно 10 дуговых минут. Соответствующая эмпирическая ковариационная функция найдена на отрезке 0° < у/ <3° с шагом Ау/ = 10 минут с помощью программы «EmpCov» пакета «GravSoft». Затем выполнена аппроксимаци

Численная процедура определения соответствующих значений аномалии силы тяжести выполнена методом среднеквадратическои коллокации с помощью программы «GeoCol_17» пакета «GravSoft» [39]. В результате для изучаемого района (широта 8° • 22°, долгота 105° -• 114°) по* • * 96 лучена регулярная сетка 10' х 10' остаточных значений аномалии силы тяжести. Краткие статистики полученных остаточных аномалий силы тяжести представлены в таблице.

3.2.6. Таблица

3.2.6. Краткие статистики остаточны