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固体潮与负荷形变场精化系统ETideLoad3.0

固体潮与负荷形变场精化系统ETideLoad3.0

副标题

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  固体潮与负荷形变场精化系统ETideLoad3.0,面向多源数据融合与多种技术协同(全球大地测量观测系统GGOS)的大地测量发展需要,采用相同的动力学模型、数值标准和相容的算法体系,统一处理分析地面、海洋、近地空间和地球卫星的各种潮汐和非潮汐影响;综合区域CORS网、固体潮站、多种大地控制网或InSAR等监测数据,确定或精化全球/区域负荷形变场及其随时间变化,以满足1cm精度水平动态大地测量框架(坐标/垂直/重力)的同步实现与协同维持,全球或区域地球变化、时变重力场、陆地水与地表动力环境以及地面稳定性变化高精度定量监测的技术要求。

ETideLoad3.0系统主要功能
全球负荷形变场与时变重力场计算
固体潮、全球/区域负荷潮精确计算
非潮汐时序分析与负荷形变场精化
地表动力环境与地面稳定性定量监测
坐标/高程/重力基准协同监测维护
规模化数据处理-InSAR监测量分析
大地测量时序固体潮影响计算

功能:按输入时序文件中地点和时刻,计算地面各种大地测量参数的固体潮影响。

  可供选择的大地测量参数类型包括:高程异常/大地水准面(mm)、扰动重力(μGal)、地倾斜北南分量(ms)、地倾斜东西分量(ms),地面重力(μGal)、地面东方向(mm)、地面北方向(mm)、地面径向(大地高,mm)或地面正常高(mm)。

输入:待计算的时间序列文件。

输出:计算结果时间序列文件(如图2),在原时间序列文件记录的基础上增加一列或若干列固体潮影响时间序列值,保留两位有效数字。

  图2~3为重庆万州某地面站点3天的固体潮影响曲线。图中显示,正常高固体潮影响(最大幅值约300mm)与大地高固体潮影响、大地水准面固体潮影响(最大幅值约600mm)异相(即符号相反)。

时序球谐系数海潮负荷影响计算

 功能:由全球海潮负荷球谐系数模型(cm),按输入时序文件中地点和时刻,计算地面大地测量参数海潮负荷影响。

输入:待计算的时间序列文件。程序要求头文件中计算点的高程为正(常)高。

参数设置:输入球谐系数最大计算阶数。程序自动选择海潮负荷球谐系数模型最大阶数和输入最大阶数中的最小值作为计算阶数。

(1)计算速度取决于海潮球谐系数模型阶数、分潮数量和时序长度。

(2)图2为重庆万州某地5天海潮负荷影响。与固体潮影响不同,正常高与大地高负荷影响同相,正常高海潮负荷影响的幅值约为大地高的1.75倍。

(3)图3、4为浙江温州沿海某站点5天的海潮负荷影响曲线。比较图2、图3可以看出,浙江温州沿海地区海潮负荷影响是重庆万州内陆的5倍以上。

等效水高球谐综合负荷形变场计算

 功能:由全球负荷等效水高规格化球谐系数,计算地面或地球外部任意点的高程异常/大地水准面变化(mm),扰动重力/地面重力变化(μGal),地倾斜变化(ms),水平位置变化(mm),径向/正常高变化(mm),或地面等效水高值(mm)。

输入:(1)待计算的点值文件,计算点的高程为计算点相对于地面或海面的高度。

(2)全球负荷等效水高规格化球谐系数文件(m)。

参数设置:如图1。

(1)选择计算负荷影响的大地测量参数类型和影响方式。当选择“全部参数一起计算”时,程序计算所有参数的负荷影响和负荷等效水高值。

(2)指定文件记录起始行号n(即第1至n-1行是头文件)。

(3)当选择“计算点在固体地球外部空间”时,意味著大地测量参数的点位不与地球固连。

说明:(1)利用欧洲中期气候预报中心ECMWF全球0.25˚×0.25˚地面大气压格网模型月平均时间序列,经“4.1全球等效水高格网规格化球谐分析”,生成球谐系数模型时间序列,计算各种参数的非潮汐大气负荷影响。

(2)由GLDAS水文模式中全球0.25˚×0.25˚土壤水含量格网模型月平均时间序列,经“4.1全球等效水高格网规格化球谐分析”,生成月平均土壤水含量球谐系数模型时间序列,计算各种参数的土壤水负荷影响。

(3)由10余种卫星测高综合确定的0.25˚×0.25˚月平均海平面距平(异常)格网时序,经“4.1全球等效水高格网规格化球谐分析”,生成海平面变化球谐系数模型时序,计算中国沿海CORS站各种参数的非潮汐海平面变化负荷影响。

基于监测量的控制网拟稳平差

 功能:由CORS网(GNSS监测网)基线一维分量、水准网测段高差或重力网段差变化量,以用户给定的一组地面站点为拟稳基准,采用附有拟稳基准约束的间接最小二乘平差法,计算站点坐标分量变化、正(常)高变化或重力变化平差值。

输入:(1)GNSS基线分量、水准测段高差或重力段差变化量文件。

(2)监测网拟稳基准点经纬度坐标文件和站点经纬度坐标文件。

参数设置:如图1。

(1)输入监测网站点经纬度坐标文件中记录的起始行号。

(2)输入拟稳基准点文件中拟稳点参考值和权值所在的列序号。

(3)输入GNSS基线分量、水准测段高差或重力段差变化量所在的列序号。

(4)输入站点(基线或测段起点、终点)名称的字符个数。程序自动从基线或测段名称中按字符数提取站点名称。

(5)选择基准约束方式:拟稳基准零约束,或加权平均约束。

(6)程序自动按基线/线路长度反比对监测网变化量配权。

输出:GNSS站点的坐标分量变化、水准网点正(常)高变化或重力控制网点的重力变化平差值文件。

说明:(1)从某区CORS网(38座,构成630条基线)2015年1月1日至2017年12月31日,基线大地高差天解时序中,提取630条基线大地高差年变化率。

(2)由CORS网基线大地高差年变化率,按拟稳平差方法确定38座CORS站的地面大地高年变化率(地面沉降速率),平差值格网化结果如图2。

(3)按同样的作业流程,由CORS网基线水平坐标差线性变化,采用拟稳平差基准,得38座CORS站水平速度场,格网化结果如图3。

(4)利用拟稳平差结果,还可以进一步优化选择拟稳基准站点和权值。

站点大地测量参数负荷形变场精化

 功能:由区域内系列地面站点的大地高、重力或地倾斜等大地测量参数变化,确定区域负荷等效水高变化格网,精化区域地面负荷形变场和时变重力场。

程序可用于联合CORS站、重力或地倾斜固体潮站网,按移去恢复法,移去由已知负荷模型计算的模型变化量,由系列剩余大地测量参数变化,精化区域地面负荷形变场和时变重力场。

输入:精化区域(大于CORS网作用范围)的数字高程模型,系列地面站点大地测量(剩余)参数时序文件。

参数设置:如图1。

(1)输入基准历元和计算历元(剩余)参数所在的列序号。

(2)输入积分半径(球面角距0.5~2.0˚)。积分半径为剩余参数的负荷格林函数积分半径。

(3)输入迭代计算次数N(1≤N≤30)。

输出:与数字高程模型格网规格相同的地面等效水高格网模型(如图2、3),生成系列残差大地测量参数文件。

高程变化格网地面稳定性变化检测

 功能:由地面高程变化率格网(mm/月),地面高程变化率水平梯度(mm/m/月)格网,以及地形坡度格网模型,确定地面稳定性降低的位置和空间影响范围。

地面稳定性降低的定量辨识准则(客观规律,确定性、无疑义):①地面高程变化率较大(大于零)。地面向上抬升;②地面高程变化率水平梯度(模)较大。地面局部不均匀扭曲;③地形坡度值较大。20200611

输入:

(1)地面高程变化率格网,单位mm/月,如图2。

(2)地面高程变化率水平梯度格网模型,单位mm/m/月,如图3。极坐标形式的水平梯度向量格网,或向量模数字格网。

(3)地形坡度格网模型,如图4。极坐标形式的地形水平梯度向量格网,或地形水平梯度向量模(即地形坡度)数字格网。

参数设置:如图1。

(1)设置地面高程变化率、地面高程变化率水平梯度和地形坡度的权值。程序对输入的三个权值自动进行归一化处理,保持权比关系不变。

(3)输入地面高程变化率格网时序的平均值和标准差,以及地面高程变化率水平梯度格网时序的平均值和标准差。

输出:基于高程变化的地面稳定性变化格网模型,如图5、6。

地面稳定性变化格值越大,所在格网处的地面稳定性越差。

潮汐调和常数格网规格化球谐分析

 功能:由指定海洋分潮潮高(或大气压分潮)的同相/异相幅值规格化球谐系数(cm),生成规格化球谐系数格式的海潮模型(cm)

输入:某一分潮同相幅值(余弦分量)、异相幅值(正弦分量)规格化球谐系数

参数设置:输入分潮符号及其对应的Doodson常数(整数表示)。

输出:(1)分潮规格化球谐系数模型文件。

(2)格式同IERS2010协议标准中的FES2004海潮模型(cm),球谐系数阶数与同相/异相幅值球谐系数阶数相同。

说明:系统中360阶大气压潮负荷球谐系数模型ECMWF2006.dat,就是采用欧洲中期气候预报中心ECMWF-DCDA2006的大气压周日S1、半日S2、半年Ssa和年周期Sa分潮的0.5˚×0.5˚全球调和常数格网,采用球谐分析方法生成。