Моделювання гравітаційного поля та топографії океану в регіоні Антарктики

Abstract

Дисертацію присвячено моделюванню гравітаційного поля Землі та топографії океанічної поверхні в регіоні Антарктики на основі гравіметричних та альтиметричних даних. У дисертації: запропоновано методологічні основи побудови регіонального гравітаційного поля і моделі квазігеоїда в аналітичній формі за неоднорідною за точністю інформацією; розроблено методику конвертації вибраної мультипольної моделі гравітаційного поля в модель гармонічних коефіцієнтів, яка заснована на процедурі видалення-відновлення в аналітичному вигляді. Ці методики дали змогу розрахувати відповідні значення трансформант гравітаційного поля для досліджуваного регіону. Для точок з відомими геодезичними висотами визначено значення нормальних висот, використовуючи отриману в роботі модель квазігеоїда. Порівняння цих нормальних висот з висотами середнього рівня океану на контрольних футштоках із врахуванням цифрової регіональної моделі топографії океану призводить до різниць на дециметровому рівні точності. Розраховано середнє регіональне значення потенціалу сили ваги для досліджуваного регіону. Сумісне використання цифрової регіональної моделі топографії океану з моделлю квазігеоїда відкривають практичну можливість встановлення вертикальної референцної системи, пов’язаної з регіональним гравітаційним полем Землі і одержаним значенням потенціалу сили ваги. Диссертация посвящена моделированию гравитациного поля Земли и топографии океанической поверхности в регионе Антарктики на основе данных гравиметрии и спутниковой альтиметрии. В диссертации: предло­жены методологические основы построения регионального гравита­ционного поля и модели квазигеоида в аналитической форме за неоднородной по точности информации; разработана методика конвертации выбранной мультипольной модели гравитационного поля в модель гармонических коэффициентов, основанная на использовании процедуры удаления-восстановления в аналитическом виде. Эти методики дали возможность рассчитать соответствующие значения трансформант гравитационного поля для исследуемого региона. Для точек с известными геодезическими высотами определенно значение нормальных высот, используя полученную в работе модель квазигеоида. Сравнение этих нормальных высот с высотами среднего уровня океана на контрольных футштоках с учетом цифровой региональной модели топографии океана приводит к разницам на дециметровом уровне точности. Рассчитано среднее региональное значение потенциала силы тяжести для исследуемого региона. Совмесное использование цифровой региональной модели топографии океана с моделью квазигеоида открывают практическую возможность установления вертикальной референцной системы, связанной с региональным гравитационным полем Земли, и полученным значением потенциала силы веса.The thesis is devoted to the modeling of the gravity field and topography of the ocean in the region of Antarctica. It is well known that Antarctic region is the sole region which is not sufficiently studied by scientific means till nowadays. With the appearance of the new technologies such as satellite surveying it is possible to solve a lot of the problems using the new mathematical approach and which do not require direct participation of the human as for example classical geodetic works. The gravimetric data for the period of more than ten years were taken as the initial data for mathematical processing using sequentional multipole analysis in the remove-restore technique for modeling the regional gravity field up to 1200 degree/order. The fields of quasigeoid heights, gravity anomalies and plumb-line deflections were constructed for the Antarctic area. The quality of the constructed model was checked on the five Australian Antarctic tide gauges. The normal heights computed for these points were compared with known values of mean sea level. The differences between these values were approximately on the one meter level. This led us for the solution of the second main goal in the work – creation of the model of topography of the ocean in the region of Antarctica. Such model was constructed using averaged satellite altimetry data which previously passed two level filtering process. Independent validation of the SST model together with the gravimetric quasigeoid has led to the average differences of 10 cm level that reflects a quality of solution for such region as Antarctica. The values of the normal heights were calculated for the points with known geodetic heights on the continent, using a local quasigeoid model. There were solved such problems as the estimation of the quality of the DTM GEBCO model for Antarctic region and the computation of the mean regional value for the gravity potential as the second level tasks in this work. The comparison of DTM GEBCO and computed normal heights for well-determined GPS-sites led to the low accuracy of this DTM and to the application of the Molodensky formulae for further covering the Antarctic area by normal heights. The altimetry-gravimetric quasigeoid solution was selected for further computation of the gravity potential W0 for the Antarctic area. The difference between global and local values of the gravity potential is on the 0.7 m level. The main conclusion is that the combined usage of the models of topography of the ocean and local quasigeoid model can lead one to the practical realization of the vertical reference system which is connected to the regional gravity field and the gravity potential value.