Прогнозування потенційних похибок аномалій висот глобальних моделей геоїда для різних систем припливів

Abstract

Викладено методику прогнозування похибок аномалій висот, отриманих із глобальних моделей геоїда високого ступеня-порядку (EGM_2008, EIGEN_6C4, GECO, XGM2019e2159, SGG_UGM_2) та з урахуванням різних систем припливів (free/zero/mean-tide). Правильне розуміння того, наскільки вибір системи припливів висот глобальних моделей впливає на точність обчислення нормальних висот фізичної поверхні Землі, є важливою складовою для отримання надійних результатів. Мета роботи – прогнозування потенційних похибок аномалій висот для трьох основних концепцій припливних поправок (систем припливів), що використовують для створення глобальних моделей геоїда. Методика. Суть методики прогнозування полягає у знаходженні зв’язку між аномаліями висот глобальних моделей геоїда та моделлю регіонального квазігеоїда PL-quasi-geoid2021. На основі встановленого зв’язку виконано прогнозування потенційних похибок аномалій висот з урахуванням вибору тієї чи іншої системи припливів. Прогнозування похибок аномалій висот реалізовано на основі 200 ГНСС станцій, розташованих на території України та в прикордонному секторі. Для виявлення зв’язку між висотами глобальних моделей геоїда і регіональною моделлю PL-quasi-geoid2021 виділено територію в західному прикордонному секторі розміром 48–52° по широті та 21–25° по довготі. Для 36 ГНСС станцій, розташованих на прикордонній території, визначено масштабний коефіцієнт між глобальними та регіональними аномаліями висот. Результати. В прикордонному секторі фактичні похибки аномалій висот оцінено на рівні 0,01–0,03 м з погляду стандартного відхилення та на рівні середнього квадратичного відхилення у 0,17–0,18 м, 0,15–0,16 м, 0,08–0,09 м для системи припливів free, zero, mean-tide відповідно. Стандартні відхилення прогнозованих потенційних похибок для прикордонного сектору становлять 0,02–0,03 м, а середні квадратичні значення 0,17–0,18 м, 0,13 м та 0,06 м для аналогічних систем припливів. Залишкові похибки аномалій висот для прикордонного сектору дорівнювали 0,03 м за стандартним та середнім квадратичним відхиленням. Точність прогнозування потенційних похибок аномалій висот моделей EGM_2008, EIGEN_6C4, GECO, XGM2019e2159, SGG_UGM_2, оцінена на основі 200 ГНСС станцій, становила за стандартним відхиленням 0,03 м, а за середнім квадратичним показником 0,15 м (free-tide), 0,13 м (zero-tide) та 0,06 м (mean-tide). Наукова новизна. Вперше виконано прогнозування потенційних похибок аномалій висот глобальних моделей геоїда на основі масштабного коефіцієнта для ГНСС станцій, розташованих на території України, та з урахуванням різних систем припливів. Практична значущість. Прогнозовані похибки аномалій висот уможливлюють обчислення нормальних висот ГНСС станцій та точок фізичної поверхні Землі з точністю близько 3 см. Отримані результати дають змогу використовувати аномалії висот глобальних моделей геоїда високих ступеня та порядку для точніших геодезичних робіт.

The article presents the method of predicting the errors of height anomalies obtained from high-order global geoid models (EGM_2008, EIGEN_6C4, GECO, XGM2019e2159, SGG_UGM_2) and taking into account different tide systems (free/zero/mean-tide). A correct understanding of how much the choice of the global model height tide system affects the accuracy of calculating the normal heights of the Earth’s physical surface is an important component for obtaining reliable results. The purpose of the work is to predict the potential errors of height anomalies for three main concepts of tidal corrections (tidal systems) used in the creation of global geoid models. Method. The essence of the prediction method is to find a connection between the height anomalies of the global geoid models and the PL-quasigeoid2021 regional quasi-geoid model. On the basis of the established connection, the prediction of potential errors of height anomalies was made, taking into account the choice of one or another system of tides. The prediction of the errors of height anomalies is implemented on the basis of 200 GNSS stations located on the territory of Ukraine and in the border sector. To find the connection between the heights of the global geoid models and the PL-quasi-geoid2021 regional model, a territory was allocated in the western border sector measuring 48–52° in latitude and 21–25° in longitude. For 36 GNSS stations located in the border area, a scale coefficient between global and regional height anomalies was found. Results. In the border sector, the factual errors of height anomalies are estimated at the level of 0.01–0.03 m based on the standard deviation and at the level of the mean square deviation of 0.17–0.18 m, 0.15–0.16 m, and 0.08–0.09 m for the free, zero and mean-tide systems, respectively. The standard deviations of the predicted potential errors for the border sector were 0.02–0.03 m, and the mean square values were 0.17–0.18 m, 0.13 m and 0.06 m for similar tidal systems. The residual errors of height anomalies for the border sector amounted to 0.03 m according to the standard and mean square deviation. Assessment of accuracy prediction of potential errors of height anomalies of models EGM_2008, EIGEN_6C4, GECO, XGM2019e2159, SGG_UGM_2 carried out on the basis of 200 GNSS stations was 0.03 m by standard deviation and 0.15 m (free-tide), 0.13 m (zero-tide) and 0.06 m (mean-tide) by mean square value.Scientific novelty. First implemented was the prediction of potential errors of height anomalies of global geoid models, which was performed by the scale factor for GNSS stations located on the territory of Ukraine and taking into account different tidal systems. Practical significance. The predicted errors of height anomalies make it possible to calculate the normal heights of GNSS stations and points on the Earth's physical surface with an accuracy of about 3 cm. The obtained results allow the use of height anomalies of global geoid models of high order for more accurate geodetics work.