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地球潮汐负荷效应与形变监测计算系统ETideLoad4.5 (Earth Tide, Load Effects and Deformation Monitoring Comput-ation),覆盖形变地球大地测量学的基本原理、主要公式与重要方法,以普及改善高等教育;严格按大地测量和固体地球动力学原理约束同化多源异质数据的深度融合,实现多种异构大地测量协同监测,完善大地测量科学技术,夯实拓展应用能力。

地球潮汐负荷效应与形变监测计算系统

地球潮汐负荷效应与形变监测计算系统ETideLoad4.5,主要由大地测量全要素各类潮汐效应计算,非潮汐大地测量时序分析处理,多源异质负荷形变场逼近与协同监测,CORS InSAR融合与地面稳定性计算,以及大地测量数据编辑计算与可视化五大子系统有机构成。

ETideLoad4.5科学目标

采用一致的地球物理模型和相同的数值标准,构造相容的大地测量与地球动力学算法,统一计算各种大地测量多种潮汐/非潮汐效应,由地表环境观测精确逼近全球和区域负荷形变场,严格依据大地测量与固体地球动力学原理,约束同化多源异质监测数据的深度融合,实现陆地水、负荷形变场及时变重力场协同监测,定量跟踪地表动力环境与地面稳定性变化。为多种异构大地测量基准构建维持,地球形变效应监测计算,空天地海协同观测与海量数据深度融合,以及地表水文环境、地质灾害与地面稳定性变化监测,提供一套科学先进实用的大地测量地球动力学算法系统。







ETideLoad4.5技术特色

(1)严格采用科学统一的标准与解析相容的算法,精密计算地面及固体地球外部全要素大地测量的固体潮、海潮及大气潮负荷效应,极移效应、永久潮汐影响与地球质心运动,实现地面全要素大地测量各类潮汐效应全球预报。

(2)精确计算大气、海平面、土壤水、江河湖库水和冰川雪山等非潮汐地表环境负荷形变场及时变重力场;由大地测量与固体地球形变理论,约束同化多种大地测量监测量与地表环境数据的深度融合,协同监测陆地水变化与时变重力场。

(3)构建区域统一、长期稳定时空监测基准,融合CORS网、InSAR与多源大地测量数据;按照客观自然规律,由大地测量几何物理场时序,构造地面稳定性定量辨识准则,实现地面稳定性变化空间无缝、时间持续的定量监测与短时预报。

五种大地测量时序数据文件格式约定

ETideLoad采用自定义格式的五种形式大地测量时间序列数据,包括地面监测量时间序列、监测网站点记录时间序列、监测网观测量记录时间序列、监测量(向量)数值格网时间序列和球谐系数模型时间序列。

(1)地面监测量时间序列。一个地面监测量时序文件可存储某一站点、某条基线或路线多种属性监测量时间序列数据,各种属性的采样历元时刻完全相同。如CORS坐标解时间序列、固体潮站观测与分析成果时间序列、GNSS基线解时间序列等。

(2)监测网站点记录时间序列。一个监测网站点记录时序文件可存储大地监测网多个地面站点一种类型监测量的时间序列数据。如CORS站网坐标解(一维)、水准网点高程、固体潮站网、验潮站网时间序列,以及时序InSAR监测量等。

(3)监测网观测量记录时间序列。一个大地测量监测网观测量记录时序文件可存储CORS网(GNSS网)一维基线解、水准控制网水准路线高差观测量或重力控制网重力段差观测量时间序列数据。

(4)数字模型(向量)格网时间序列。由一组带时间(历元)信息的某一种类型监测量(向量)格网文件构成,每个格网头文件第7个属性约定为该格网数据的采样历元时刻。如陆地水等效水高、海平面变化格网时序,各种地面负荷形变场格网时序,时变重力场格网时间序列等。

(5)球谐系数模型时间序列。由一组带时间信息的球谐系数(Stokes系数)模型文件构成,用于表示全球负荷变化时间序列、全球负荷形变场时间序列和全球重力场变化时间序列。每个文件头占住一行,至少包含地心引力常数GM(×10¹⁴m³/s²)、地球椭球长半轴a(m)和采样历元时刻(ETideLoad约定的长整数格式)3个属性。GM,a称为球谐系数模型的尺度参数。

ETideLoad大地测量监测量概念

因技术需要,ETideLoad约定了大地测量监测量概念。

☆ ETideLoad自定义

大地测量监测量定义为当前历元时刻的大地测量观测量或参数,与其一段时间内观测量或参数的平均值或某一参考历元时刻大地测量观测量或参数之差。大地测量监测量通常用大地测量观测量或参数变化(特指时间差分)表示。如地面重力变化、地倾斜向量变化分别表示地面重力监测量和地倾斜监测量。

☆ 监测量类型及单位约定

(1)高程异常/大地水准面变化(mm,毫米)、地面重力/扰动重力变化(μGal,微伽)、地倾斜/垂线偏差变化(mas,毫角秒);

(2)地面水平位移(东向/北向,mm)、地面径向位移(大地高变化mm)、地面正(常)高变化(mm);

(3)扰动重力梯度变化(径向/天顶方向,10μE)、水平重力梯度变化(北向/西向10μE)。仅在表示区域性重力梯度的非潮汐负荷效应时,单位用mE。

(4)卫星轨道重力位摄动(0.1m²/s²)、重力摄动及其三维分量变化(μGal)、扰动重力梯度摄动对角线三分量变化(10μE);

(5)陆地水负荷等效水高变化(cm)、海平面变化(cm)、海洋潮高(cm)和大气压变化(hPa)。

☆ 监测量向量方向约定

(1)地倾斜/垂线偏差变化SW。第一分量指向南,第二分量指向西,与地面重力/扰动重力方向构成右手直角坐标系,即自然坐标系;

(2)站点水平位移EN。第一分量指向东,第二分量指向北,与径向位移(大地高变化)方向构成右手直角坐标系,即东北天坐标系;

(3)水平重力梯度变化NW。第一分量指向北,第二分量指向西,与扰动重力梯度方向(径向/天顶方向)构成右手直角坐标系;

(4)分潮调和常数。第一分量为同相幅值(余弦分量),第二分量为异相幅值(正弦分量)。