基于最小二乘配置构建局部重力场模型

论文摘要

地球重力场是描述地球物理性质的一个重要物理量。从静态角度看,地球重力场是地球空间全部质量分布的综合反映;从动态角度看,地球时变重力场反映了地球物质质量或密度在时空域上的变化。地球内部物质分布,构造,以及迁移运动过程均能在地球重力场上得到充分体现。深入研究地球重力场,对于解决很多地球物理现象和问题都具有重要的意义,如研究地球自然形状,反演岩石圈和软流圈的物质密度结构,探测火山、地震过程中物质的运动等。地球重力场为解决这些问题提供了重要的基础信息。另外。地球重力场在其他科学领域,如大地测量学、地质学、地球动力学、海洋学等学科研究上同样发挥着重要作用。这些学科问题的研究迫切需要一个可靠精密的重力场模型（全球重力场模型或者局部重力场模型）作为支持。因此,研究地球重力场是地球科学的一项重要且基础性科学任务。本文主要研究:在局部区域中利用地面实测重力数据,构建局部重力场模型。地球重力场模型通常用球谐函数的形式表示,如:EGM2008和EIGEN-6C,它需要覆盖全球范围内的重力观测数据计算。但对于局部重力场模型构建问题,由于重力数据覆盖区域有限,精确求解球谐模型存在一定困难。这主要是由于,球谐模型是从全球尺度最优地逼近实际地球重力场,任意一个球谐系数的改变总会从全局范围内影响地球重力场模型,因此,传统的球谐函数法不适用于局部重力场模型构建。构建局部重力场模型需要解决两个问题:局部区域内地表重力测量数据在空间上常常为不均匀离散分布,甚至在某些区域出现数据空白;重力数据在测量过程中不可避免地受外部噪声影响。本文研究如何减少这些因素对局部重力场模型构建的影响及相关问题。本文仿真测试数据使用EGM2008地球重力场模型,研究区域选择华北地区（29°N-43°N;109°E-124°E）。从EGM2008模型中提取华北自由空气重力异常场,以0.1°网格间距进行采样。模拟局部重力场建模中的测点分布不规则、区域内部重力数据缺失和数据中含一定随机噪声等情况,利用最小二乘配置法恢复该区域的重力场模型。并与最小曲率法和反距离加权法的建模结果进行对比,通过重力场模型残差标准差评价各方法的建模效果,探讨局部区域内重力场建模方法的适用性。本文取得的主要成果如下:（1）通过随机选取重力采样点,加入不同水平的噪声时,最小二乘配置法与反距离加权法和最小曲率法建模效果更好。在50%的随机采样情况下,随噪声水平增加,最小二乘配置法对噪声抑制效果相比其它方法显著增强;（2）通过使用华北地区实际重力点位置,以EGM2008重力异常180阶模型进行离散采样,利用最小二乘配置法重构的该区域重力异常精度最高,其中,最小二乘配置法残差标准差为0.8mGal,最小曲率法残差标准差为1.4mGal,反距离加权法残差标准差为4.1mGal;（3）通过设定场源模型分别正演华北地区0.5°、1.5°、3°分辨率的重力异常,利用最小二乘配置法检测现有重力测网对不同尺度异常的分辨能力。结果表明:华北区域重力测网对场源尺度为0.5°的重力异常在部分测点较少地区,分辨效果较差;而场源尺度为1.5°和3°的重力异常,现有的华北重力测网分辨效果较好。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 阮明明

导师: 陈石

关键词: 局部重力场,最小二乘配置,协方差函数,噪声

来源: 中国地震局地球物理研究所

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 中国地震局地球物理研究所

分类号: P223.0

总页数: 62

文件大小: 6246K

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