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精确确定稳态海面动力地形及地转流对于地球形状、全球高程基准统一、海水运动机制以及海洋环境监测等方面的研究具有重要意义和作用,长期以来一直是海洋学和大地测量学领域的研究热点。随着卫星大地测量技术的发展,平均海面高度和大地水准面分辨率和精度得到大幅提高,利用大地测量手段解算稳态海面动力地形及地转流的条件日益成熟。2009年,GOCE静态重力场数据公布以后,大地水准面数据质量有了大幅提高,稳态海面动力地形确定以及相应地转流研究得到了快速发展。虽然GOCE重力场模型已可以确定空间尺度大于100km的稳态海面动力地形信号,但在小尺度信号方面,稳态海面动力地形仍然存在较多高频误差,需要对其进行滤波才能得到清晰的稳态海面动力地形及地转流特征。此外,将稳态海面动力地形和地转流与海洋实测数据或者海洋模式联合研究海水运动机制问题时,需要我们对稳态海面动力地形及地转流的误差有定量分析。 基于以上需求,本文对大地测量法确定的稳态海面动力地形及地转流的空间尺度做了深入分析,并根据误差传播定律,利用最新的卫星重力观测和卫星测高观测给出的重力场模型方差协方差矩阵和海面高度的误差分布数据,估算了不同分辨率的稳态海面动力地形及地转流的内符合精度。具体研究内容及成果有以下几个方面: (1)系统地研究了稳态海面动力地形及地转流解算的基本理论与方法,在此基础上,基于频域法,利用最新的GOCE卫星重力场模型和卫星测高数据计算了稳态海面动力地形。结合海洋表层漂流浮标的观测结果,对稳态海面动力地形进行了最优空间滤波尺度分析,给出了区域、纬度带和全球稳态海面动力地形的最优空间滤波尺度因子。在此基础上,给出了全球和区域地转流。结果表明:在滤波尺度分析中,我们发现强流区域的滤波尺度较小,而弱流区域的滤波尺度较大;高纬度区域的滤波尺度较小,而低纬度区域的滤波尺度较大;在南北纬大于40°、20°~40°,小于20°三个纬度带区域,GOCE稳态海面动力地形的最优滤波尺度分别为109km、122km和137km,相比于GRACE对应的最优滤波尺度,整体减小了约25km;与海洋表层漂流浮标对比可知,由GOCE重力场得到的地转流精度整体高于对应的GRACE结果。 (2)深入分析了空域网格误差与谱域球谐系数误差的相互转换理论,推导了空域网格误差转换为球谐系数误差的公式,并通过引入FFT算法,解决了计算量过大的问题,使得空域误差和谱域球谐系数误差得以高效地相互转换。在对误差分布的分析中发现:球谐系数的方差(球谐系数互协方差矩阵中的主对角线元素)仅能表示空域网格误差的纬度带分布,空域网格误差的区域差异主要来自球谐系数的协方差。 (3)基于空域误差与谱域球谐系数协方差的相互转换理论,计算了不同截断阶次的大地水准面、平均海面高度及稳态海面动力地形的内符合误差。结果表明:大地水准面内符合误差的空间分布在大尺度上与纬度高度相关,除两极区域外,整体呈现随纬度升高而逐渐降低的态势,且南半球的误差整体高于北半球的误差;随着截断阶次的提高,近似呈指数形式增长。平均海面高度内符合误差的空间分布则相对不规则,其误差随截断阶次提高的增长速度低于大地水准面内符合误差的增长速度;在全球尺度上,中高阶部分(大于120阶)的MDT内符合误差主要由大地水准面误差决定,且呈现出明显按纬度带分布的特征;在长波长部分(小于120阶),海面高度误差对稳态海面动力地形误差的贡献较大;在不同区域,平均海面高度内符合误差和大地水准面内符合误差对MDT内符合误差的贡献存在显著差异;赤道区域不同截断阶次的MDT内符合误差均大于高纬度区域的MDT内符合误差;在低阶部分(<140阶),北半球高纬度区域的MDT内误差大于南半球高纬度区域的误差,140-280阶,则是南半球高纬度区域的MDT内误差更大。 (4)推导了利用球谐系数互协方差矩阵估计不同截断阶次地转流内符合误差的计算公式,进而估计了不同截断阶次的地转流内符合误差。同时,我们还利用大地水准面和平均海面高度对应球谐系数的互协方差矩阵计算了由二者引起的地转流误差大小。在此基础上,我们对不同截断阶次和不同区域的地转流误差及其特征进行了具体分析。研究表明:大地水准面误差、平均海面高度误差和稳态海面动力地形误差引起的地转流误差分布在大空间尺度上均是呈显著的纬度带状,这种现象与科氏力系数有关;随着截断阶次的提高,大地水准面误差对应地转流误差的幅值急剧增大,这与大地水准面误差随截断阶次的提高呈指数形式增长的特征一致;平均海面高度误差对应地转流误差幅值以近线性形式逐步增大,这与平均海面高度误差随截断阶次的提高呈线性数形式增长的特征一致;平均海面高度误差对地转流误差的贡献主要集中在低阶部分,在高阶部分,地转流误差则主要由大地水准面误差引起;在大地水准面误差对应的地转流误差方面,南北方向地转流误差与东西方向地转流误差的比值与截断阶次和区域分布密切相关。当截断阶次较小时,在赤道处东西方向和南北方向的误差较为接近,随着纬度的升高,东西方向的误差比例越来越突出;在高纬度区域,大地水准面误差对应的地转流误差几乎全部由东西方向误差组成。随着截断阶次的提高,东西方向和南北方向误差较为接近的区域越来越大。在平均海面高度误差对应地转流误差方面,对于不同的截断阶次,南北方向与东西方向地转流误差比值的空间分布十分类似。在全球尺度上,南北方向与东西方向的误差均较为接近。