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我国新一代全球平均海面高模型研制成功

行业聚焦点中国仪表网2014年12月10日 16:07人气:6672

  【中国仪表网 行业聚焦点】近日,由武汉大学承担的863计划“高程基准现代化实现关键技术”课题顺利通过中期检查。成功建立的名为WHU2013 MSS全球平均海面高模型,为全球海域重力数据、海域大地水准面、全球高程基准统一、海平面变化、海洋环流等大地测量学和海洋学相关应用领域提供了精确基础海面高信息。

  
  平均海面是大地测量学和物理海洋学最重要的参考面,包括了大地水准面和海面地形两部分,广泛用于分析大地水准面差距、研究地壳形变和地球内部动力学机制等。如何联合处理多代测高文行数据,成为计算高精度高分辨率平均海面高模型的关键技术。
  
  高精度高分辨率平均海面高模型是研究海洋动力环境变化的重要基础,也是当今地球科学和全球变化所关注的科学问题之一。随着测高数据的不断获取,平均海平面高模型的研究不断向前推进,模型的分辨率和精度不断提高。卫星测高首次提供了直接测量全球海面高的技术,极大地提高了海洋观测数据的时空分辨率。

  自20世纪70年代成功获取第一颗测高卫星Geos-3观测数据以来,利用卫星测高观测数据先后建立了一系列全球和区域平均海平面高模型。国际上先后推出了OSU95MSS、CLS_SHOM98.2、GSFC00.1、CLS01、CNES_CLS11、DTU13等多个全球平均海面高模型。
  
  2014年11月15日,科技部国家遥感中心组织专家对由武汉大学承担的863计划“高程基准现代化实现关键技术”课题进行了中期检查。两年来,课题组采用了1993至2012共20年所有T/P、Jason-1/2、ERS-1/2、ENVISAT、GFO、Cryosat2等多源测高数据,通过多源数据基准的统一、大地测量任务数据海平面变化信号削弱等方法研究,以EGM08超高阶重力场模型确定的全球大地水准面为参考,利用移去-恢复方法,并选用最小二乘配置格网化方法建立了全球纬度-80°~84°海域内2′×2′分辨率的平均海平面高模型WHU2013 MSS。在-66°~66°纬度范围内,该模型与丹麦科技大学发布的最新模型DTU13差异为1.9cm,与法国空间局发布的最新模型CNESCLS2011差异为2.7cm;在-80°~84°纬度范围内,差异分别为4.5cm和5.3cm,达到国际先进水平。
  
  据了解,武汉大学测绘学院一直致力于全球平均海面数值模型的研制。2002年,该院利用多年多种卫星测高数据,研制完成的WHU2000 MSS,是当时国际上少数分辨率和精度极高的平均海面模型之一。
  
  利用卫星测高技术监测全球海面变化是一项长期的科学任务,后续测高卫星的测量精度将继续改进,需要进一步研究利用新的大气和海洋环境卫星探测数据来精化测高数据的物理改正模型,将平均海面模型的精度再提高,进而更精确地研究预测平均海面的变化趋势,并作出地球物理和环境变化的解释。
  
  此次通过中期检查的WHU2013 MSS成果为全球海域重力数据、海域大地水准面、全球高程基准统一、海平面变化、海洋环流等大地测量学和海洋学相关应用领域提供了精确基础海面高信息。
  
  卫星测高是20世纪70年代发展起来的一项空间测量技术。经过几十年的研究,大量的数据结果表明,该技术在研究海洋大地水准面和重力异常与地球物理和海洋参数方面,都显示出了巨大的潜力。作为一项高科技测量技术,卫星测高以人造卫星作为测量仪器的载体,借助着空间技术、电子技术、光电技术和微波技术等高新技术的发展,在空间大地测量领域产生了一场深刻的变革。
  
  卫星测高仪是一种星载的微波雷达。测高仪的发射装置通过天线以一定的脉冲重复频率向地球表面发射调制后的压缩脉冲,经海面反射后,由接收机接收返回的脉冲,并测量发射脉冲的时刻与接收脉冲的时刻的时间差。根据此时间差及返回的波形,便可以测量出卫星到海面的距离。实际上,测高仪所测的距离是卫星到星下点足迹(footprint)某一范围内的平均距离。根据海况的不同,该星下点足迹的直径从214km到12km不等。星下点足迹内海面的粗糙度可根据接收雷达脉冲的时间分布(波形结构)来推断,并由此来定义有效波高SWH。另一项回波内容是反射脉冲的强度,通常用自动增益控制AGC来表示。
  
  据悉,对过去100年全球验潮站数据及近15年卫星测高数据进行分析,得出的海平面上升速率大致为1mm-2mm/年。我国海岸线长17700km,海面上升对我国未来环境的影响不容忽视。因此,确定平均海面模型研究海平面变化,对地球科学和环境科学的发展都有重要意义。专家介绍,平均海面模型可为研究海平面变化特别是较短时间尺度内的变化提供基准面。
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