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作者张杰
出版社测绘出版社
ISBN9787503042744
出版时间2020-06
装帧平装
开本16开
定价35元
货号10966028
上书时间2024-08-18
第1章 绪论
§1.1 引 言
1957年10月4日苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星,开创了人类空间技术的新纪元,标志着人类“空问时代”的真正开始。美国国防部于20世纪90年代研制完成的全球定位系统(global positioning system,G:PS)以全天候、全球性、实时、三维、高精度和高效率等特点引领了卫星导航与定位技术的巨大革命和深刻革新。其与随后发展的俄罗斯的格洛纳斯导航卫星系统(GLONASS)、中国的北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)、欧盟的伽利略导航卫星系统(Galileo)共同构成全球导航卫星系统(global navigation satellitesystem,GNSS)。GNSS在世界范围内的应用服务领域越来越广,不断满足不同行业日益增长的实际导航与定位需求。
GNSS已经成为大地测量学和地球动力学等地学研究领域的重要空间定位技术手段之一,特别是自20世纪90年代初以GPS为代表的国际GNSS服务(International GNSS Service,IGs)组织的基准站运行以来,为地学研究和应用积累了大量的宝贵的基础数据,生成的一系列产品为地学研究提供了技术支持,因此本书以GPS为对象研究海潮负荷(ocean tide loading,OTL)对GNSS精密测量的影响。地球形变是制约GNSS测站坐标精度的重要因素之一,主要包括地壳构造运动作用,以及大气、海洋、陆地水和冰后回弹等地表质量负荷产生的季节性地球物理效应作用等。如何有效构建相应的改正模型对提高GNSS坐标精度具有很大的现实意义,同时也为研究引起地球形变的各种地球物理解释提供参考,对于建立与维持地球参考框架、研究地球自转参数和地心运动、反演海水面和陆地水变化、合理解释地球的内部构造等地学研究具有重要的理论意义和应用价值(A1tamimi et al,2005;Collilieux et al,2010)。
在GNSS精密数据处理中,各种误差的消除和削弱通常采用模型改正或附加参数估计的方法进行,而地球潮汐效应引起的地球形变是影响GNSS测站坐标精度的主要误差源之一。目前在高精度GNSS精密定位中对固体潮、海潮负荷和极潮进行了有效改正,其中固体潮和极潮已经建立了比较完善的理论模型。国际地球自转服务局(International Earth Rotation Sm‘vice,IERS)在2010年的报告表明固体潮和极潮的模型精度能达到1 mm量级,但是海洋潮汐的不规则性导致海潮负荷模型改正的精度还达不到1 mm的精度要求。海潮负荷位移的影响量值会随着观测位置的不同而异,而且越靠近海岸地区,其对测站位置影响越大,海潮作用于地壳产生的质量负荷引起的地壳瞬时形变可以达到10 cm(Pet:it et al,2010)。同时GNSS气象学研究中的天顶对流层延迟(zenith tropospheric delay,ZTD)估计与GNSS测站的垂向坐标密切相关,虽然海潮负荷位移影响可以通过GNSS的单天解在很大程度上被削弱或消除,但是在GNSS气象应用中,为了提高中短期天气监测能力,通常天顶对流层延迟估计时间间隔较短(1小时甚至更短),所以海潮负荷位移影响并不能很好地被抵消。如果天顶对流层延迟估计忽略这种效应的影响,就会降低GNSS大气监测中的可降水量精度,难以满足GNSS气象预报的应用要求。因此,在高精度GNSS数据处理中,考虑海潮负荷位移改正对于提高GNSS定位精度和GNSS应用的可靠性具有非常重要的意义。
GNSS坐标时间序列特别是高程时间序列已广泛用于地球物理学研究领域。GNSS坐标时间序列包含明显的半年项和周年项信号,这些信号为定量研究全球的地球物理效应提供了重要信息,可用于分析海洋、大气、陆地水和冰雪的质量迁移及其相互作用机制,对全球气候环境变化和地球物理效应研究具有重要作用。GNSS坐标时间序列已成为监测地壳形变和分析各种地球物理过程最有力的工具,但是物理模型和数据处理策略的不完善性,导致其产生的虚假信号混叠到GNSS坐标时间序列的不同周期性信号中,从而造成对相应周期的地球物理信号的错误解释。通过研究海潮负荷位移对GNSS坐标时间序列周期信号的影响,可以为其他地球物理因素产生的GNSS坐标时间序列的假频现象提供借鉴和参考。
基于高精度全球海潮模型的海潮负荷位移改正可以提高GNSS估计精度,这已经得到了广泛的共识,也为从GNSS坐标时间序列研究中剥离海潮负荷位移影响提供了有效途径。同时对GNSS坐标时间序列的分析可以检验海潮负荷模型的精度和适应性。鉴于此,本书结合中国及周边地区IGS站的GNSS观测数据,对海潮负荷位移影响进行深入研究,其分析结果对于大地测量学和地球物理学中几何和物理信息的准确获取具有重要的理论意义和参考价值。
§1.2 海潮负荷的研究现状与发展
1.2.1 海潮负荷效应计算方法
现代负荷潮计算理论源于负荷勒夫(Love)数概念的提出(Munk et al,1960)。此后Longman(1962,1963)计算了直到40阶的负荷勒夫数,并给出了负荷格林函数表达式和数值解,但是负荷潮对高阶负荷勒夫数比较敏感,因此负荷潮的理论计算并未完全解决。Far’rell(1972)通过改进Longman的负荷理论方法,基于G—B......
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