Визначення геоїда, поля сили тяжіння та топографії Чорного моря за даними супутникової альтиметрії

Abstract

Мета роботи - розробити методику розв’язування основного завдання геодезії на акваторіях шляхом використання даних супутникової альтиметрії, а саме - визначити стаціонарну топографію Світового океану відносно геоїда. Метод супутникової альтиметрії як порівняно новий підхід високоточного супутникового знімання забезпечує різні галузі наук про Землю найповнішою інформацією про стан океану та його зміни в часі, яку використовують, зокрема в наукових дослідженнях геодезії, океанографії та кліматології. Моделі динамічної топографії океану основані головно на даних альтиметрії. Методика. Методика грунтується на інверсії висот поверхні моря або визначення залишкових SAg аномалій сили тяжіння за залишковими висотами геоїда, 8С, виконується також у межах процедури видалення-відновлення та засновується на оберненій формулі Молоденського і фундаментальному співвідношенні фізичної геодезії, записаному через висоти геоїда. З появою супутникових технологій поверхня Світового океану картографується з рівнем точності в 1-5 см за допомогою дуже простого методу, який базується на альтиметричних вимірах різних супутникових місій. Виміри відстані від бортового супутникового альтиметра до океанічної поверхні та визначення його положення в просторі на основі SLR, GNSS, або DORIS-технологій відкриває можливість обчислення висот SSH (Sea Surface Heights) поверхні океану над прийнятим референц-еліпсоїдом. За попереднього опрацювання даних SSH за рахунок введення поправок за вплив середовища та різноманітних геофізичних факторів до вихідної інформації, які залежать від часу, в результаті чого обчислюються скореговані висоти рівня океану CorSSH. Серед останніх особливо слід виділити найвпливовіші поправки, які пов’язані з припливним ефектом Сонця і Місяця. Ці ефекти поділено на дві частини: океанічний приплив і приплив твердої Землі. Океанічний приплив являє собою відхилення миттєвої океанічної поверхні відносно її середнього значення. Середньою поверхнею може бути, наприклад, поверхня, яка визначена за даними спостережень мареографів. Поправка за припливи твердої Землі пов’язана головно з класичними деформаціями еластичної Землі і вміщує прямий та непрямий ефекти. Незбурена поверхня океану названа геоїдом, або основною рівневою поверхнею, і є однією з найважливіших референцних поверхонь у науках про Землю. При цьому до 1983 р. в обчисленні геоїда не брали до уваги будь-які ефекти, пов’язані з припливами. У 1983 р. згідно з резолюцією IAG поверхню геоїда стали будувати з врахуванням непрямого припливу твердої Землі. Наукова новизна і практична значущість. Амплітуда висот геоїда, побудованого за даними CorSSH, відносно загальноземного еліпсоїда GRS80, не перевищує значень ±100 м. Інша ситуація спостерігається в океанографії, де найціннішими даними стають відхилення рівня океану від геоїда, які отримали назву висот топографії моря SST (Sea Surface Topography) з амплітудою ±2 м. Результати. За останні два роки основні моделі гравітаційного поля Землі побудовані за даними супутника GOCE, як правило, до 250 степеня\порядку. На основі цих моделей GOCE, застовуючи процедуру видалення-відновлення, в роботі розглянуто та вирішено задачі побудови висот SSH за фільтрованими, поля висот аномалій сили тяжіння, побудова гравіметричного квазігеоїда та обчислення стаціонарної моделі топографії моря. Цель работы заключается в разработке методики решения основной задачи геодезии на акваториях путем использования данных спутниковой альтиметрии, а именно - определение стационарной топографии Мирового океана относительно геоида.Метод спутниковой альтиметрии как относительно новый подход высокоточного спутниковой съемки, который обеспечивает различные области наук о Земле наиболее полной информации о состоянии океана и его изменения во времени, которая используется, в частности, в научных исследованиях геодезии, океанографии и климатологии. Модели динамической топографии океана базируются главным образом на данных альтиметрии. Методика. Методика базируется на инверсии высот поверхности моря или определения окончательных аномалий силы тяжести за окончательными высотами геоида выполняется также в рамках процедуры удаления-обновления и основывается на обратной формуле Молоденского и фундаментальном соотношению физической геодезии, записанном через высоты геоида. С появлением спутниковых технологий поверхность Мирового океана картографируемого с уровнем точности в 1-5 см с помощью очень простого метода, который базируется на альтиметрических измерениях различных спутниковых миссий. Измерения расстояния от бортового спутникового альтиметра к океанической поверхности и определения его положения в пространстве на основе SLR, GNSS, или DORIS технологий открывает возможность вычисления высот SSH (Sea Surface Heights) поверхности океана над принятым референи-эллипсоидом. При предварительной обработке данных SSH за счет введения поправок за влияние среды и различных геофизических факторов к исходной информации, которые зависят от времени, в результате чего вычисляются скорректированы высоты уровня океана CorSSH. Среди последних особо следует выделить наиболее влиятельные поправки, связанные с приточным эффектом Солнца и Луны. Эти эффекты делятся на две части: океанический прилив и приток твердой Земли. Океанический прилив представляет собой отклонение мгновенной океанической поверхности относительно ее среднего значения. Средней поверхностью может быть, например, поверхность, которая определена по данным наблюдений мареографа. Поправка за приливы твердой Земли связана главным образом с классическими деформациями эластичной Земли и включает прямой и косвенный эффекты. Невозмущенная поверхность океана была названа геоидом или основной уровневой поверхностью и является одной из наиболее важных референцных поверхностей в науках о Земле. При этом к 1983 при исчислении геоида не принимали во внимание любые эффекты, связанные с приливами. В 1983 согласно резолюции IAG поверхность геоида стали строить с учетом косвенного притока твердой Земли. Практическая значимость. Амплитуда высот геоида, построенного по данным CorSSH относительно общеземного эллипсоида GRS80, не превышает значений ±100 м. Другая ситуация наблюдается в океанографии, где наиболее ценными данными становятся отклонения уровня океана от геоида, которые получили название высот топографии моря SST (Sea Surface Topography) с амплитудой ±2 м. Результаты. За последние два года основные модели гравитационного поля Земли построены по данным спутника GOCE, как правило до 250 степень \ порядке. На основе этихмоделей GOCE, применяя процедуру удаления-восстановления, в работе рассмотрены и решены задачи построения высот SSH по фильтруемым, поля высот аномалий силы тяжести, построение гравиметрического квазигеоида и вычисления стационарной модели топографии моря. The method of satellite altimetry as a relatively new approach to precise satellite surveying, which provides the different Earth sciences by a most complete information about the state of the ocean and its changes over time. In particular this method uses in scientific researches of geodesy, oceanography and climatology. The models of ocean dynamic topography are based on the altimetry data also. Methodology. With the modern of satellite technology the oceans surface is mapped with a very simple approach, which are based on altimetric satellite measurements of different missions with the level of accuracy 1-5 cm. Distance measuring from altimetry satellite to the ocean surface and determining its position in the space based on SLR, GNSS, or DORIS technologies open the possibility of calculating the Sea Surface Heights passed over the ocean surface reference ellipsoid. Heights of the ocean CorSSH are estimated based on the previous SSH data processing. Which are govered by different corrections for the environment and the impact of various geophysical factors to initial dependent time information. These corrections the most impact is caused by the tidal effect of the Sun and the Moon. Tidel effects consist to from two parts: the ocean tide and the tide of the solid Earth. The ocean tide is an instant deviation of the ocean surface relative to its average value. The middle surface, for example, can be the surface which is defined according to observations of a tide gauge. Undisturbed ocean surface was named the geoid or primary level surface and is one of the most important referential surfaces in geosciences. In 1983 according to the resolution of IAG the geoid surface was constract taking into account indirect tides of the solid Earth. The practical significance. The amplitudes of the geoid heights have obtain using to CorSSH as with respect to GRS80 system are not more than ±100 m. Another situation occurs in the oceanography, where the most valuable data are ocean surface deviations from geoid with the amplitude of ±2 m this data are called Sea Surface Topography (SST). Results. Thus, this paper focuses on the problem of constraction filtered heights SSH, field heights gravity anomalies, construction and calculation gravimetric quasigeoid, calculation of the stationary model of the sea topography (SST). In all cases the procedure of remove/restore was edopted based on the atellite-only GOCE gravitational field up to degree \ order 250.