| Název: | Validation of space-wise GOCE gravitational gradient grids using the spectral combination method and GNSS/levelling data |
| Další názvy: | Validace space-wise gridů gravitačních gradientů měřených družici GOCE pomocí metody spektrální kombinace a GNSS/nivelace |
| Autoři: | Pitoňák, Martin Šprlák, Michal Ophaug, Vegard Omang, Ove Novák, Pavel |
| Citace zdrojového dokumentu: | PITOŇÁK, M. ŠPRLÁK, M. OPHAUG, V. OMANG, O. NOVÁK, P. Validation of space-wise GOCE gravitational gradient grids using the spectral combination method and GNSS/levelling data. Surveys in Geophysics, 2023, roč. 44, č. 3, s. 739–782. ISSN: 0169-3298 |
| Datum vydání: | 2023 |
| Nakladatel: | Springer Science and Business Media |
| Typ dokumentu: | článek article |
| URI: | 2-s2.0-85149061968 http://hdl.handle.net/11025/54894 |
| ISSN: | 0169-3298 |
| Klíčová slova: | pokračování nadol;gravitační gradienty GOCE;reziduální terénní model;gridy družicových gravitačních gradientů;spektrální kombinace;validace |
| Klíčová slova v dalším jazyce: | downward continuation;GOCE gravitational gradients;residual terrain model;satellite gravitational gradients grids;spectral combination;validation |
| Abstrakt: | Vypuštění družicových misí zaměřených na tíhové pole Země na začátku nového tisíciletí vedlo ke zlepšení přesnosti globálních modelů zemského gravitačního pole (GGM). Jednou z těchto misí byla i Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer (GOCE), vypuštěná v roce 2009. Jako první mise Earth Explorer od Evropské vesmírné agentury nesl satelit nový přístroj, 3-D gradiometr, který umožňoval měřit druhý směrové derivace gravitačního potenciálu (gravitační gradienty) s jednotnou kvalitou a téměř globálním pokrytím. Hlavním cílem mise bylo určit statické gravitační pole Země s ambiciózní přesností 1-2 cm, pokud jde o výšky geoidu a 1 mGal, pokud jde o tíhové anomálie, pro prostorové rozlišení 100 km (poloviční vlnová délka na rovníku). Více než tři roky vynikajících měření vyústily ve tři úrovně datových produktů (Úroveň 0, Úroveň 1b a Úroveň 2), šest vydání GGM a několik globálních gridů gravitačních gradientů. Gridy, které představují krok mezi gravitačními gradienty měřenými přímo na oběžné dráze GOCE a gradienty reprezentovanými GGM, našly své využití především v geofyzikálních aplikacích. V tomto příspěvku ověřujeme oficiální produkt úrovně 2 GRD_SPW_2 pomocí výškových anomálií ve dvou testovacích oblastech ve střední a severní Evropě (Česko/Slovensko a Norsko). Pro validaci gridů gravitačních gradientů je použit matematický model založený na spektrálním váhování metodou nejmenších čtverců s odpovídajícími odhadovanými spektrálními váhami. Tento model prodlužuje gravitační gradienty ze střední orbitální výšky GOCE dolů na nepravidelný zemský povrch (nikoli na kouli) a transformuje je na výškové anomálie v jednom výpočetním kroku. Analytické chyby prodlužování tohoto modelu jsou odhadnuty pomocí syntetického testu. Před porovnáním výškových anomálií odhadnutých z gravitačních gradientů s jejich referenčními hodnotami odvozenými z GNSS/nivelačních bodů na dvou testovacích oblastech jsou gravitační gradienty a referenční data korigovány pro všechny systematické efekty, jako je konverze slapových systému. Navíc je vysokofrekvenční část gravitačního signálu odhadnuta a odečtena od referenčních dat, protože je zeslabena v gravitačních gradientech měřených GOCE. Relativní zlepšení mezi gridmi verze 6 a verze 2 dosahuje 48 % z hlediska výškových anomálií v ČR/SR. Relativní zlepšení v Norsku je ještě výraznější a dosahuje 55 %. Verze 6 oficiálního produktu úrovně 2 GRD_SPW_2 má absolutní přesnost 8,7 cm nad ČR/Slovenskem a 9,3 cm nad Norskem. |
| Abstrakt v dalším jazyce: | The launch of gravity-dedicated satellite missions at the beginning of the new millennium led to an accuracy improvement of global Earth gravity field models (GGMs). One of these missions was the Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer (GOCE) launched in 2009. As the first European Space Agency’s Earth Explorer Mission, the satellite carried a novel instrument, a 3-D gradiometer, which allowed to measure second-order directional derivatives of the gravitational potential (gravitational gradients) with a uniform quality and a near-global coverage. The main mission goal was to determine the static Earth’s gravity field with the ambitious precision of 1-2 cm in terms of geoid heights and 1 mGal in terms of gravity anomalies for spatial resolution of 100 km (half wavelength at the equator). More than three years of the outstanding measurements resulted in three levels of data products (Level 0, Level 1b and Level 2), six releases of GGMs, and several global grids of gravitational gradients. The grids, which represent a step between gravitational gradients measured directly along the GOCE orbit and those represented by GGMs, found their usage mainly in geophysical applications. In this contribution, we validate the official Level 2 product GRD_SPW_2 using height anomalies over two test areas located in central and northern Europe (Czechia/Slovakia and Norway). A mathematical model based on the least-squares spectral weighting is employed with corresponding spectral weights estimated for validation of gravitational gradient grids. This model continues gravitational gradients from the mean orbital altitude of GOCE down to the irregular Earth’s surface (not to a sphere) and transforms them to height anomalies in one computational step. Analytical downward continuation errors of the model are estimated using a closed-loop test. Prior to the comparison of height anomalies estimated from gravitational gradients with their reference values derived from Global Navigation Satellite Systems (GNSS)/levelling over the two test areas, the gravitational gradients and reference data are corrected for all systematic effects such as the tide system conversion. Moreover, the high-frequency part of the gravitational signal is estimated and subtracted from reference data as it is attenuated in the gravitational gradients measured by GOCE. A relative improvement between the release 6 and release 2 gradient grids reaches 48% in terms of height anomalies in Czechia/Slovakia. The relative improvement in Norway is even more significant and reaches 55%. The release 6 of the official Level 2 product GRD_SPW_2 gained the absolute accuracy with the standard deviation of 8.7 cm over Czechia/Slovakia and 9.3 cm over Norway. |
| Práva: | Plný text není přístupný © The Author(s) |
| Vyskytuje se v kolekcích: | Články / Articles (NTIS) Články / Articles (KGM) OBD |
Soubory připojené k záznamu:
| Soubor | Velikost | Formát | |
|---|---|---|---|
| s10712-022-09762-9 (2).pdf | 3,74 MB | Adobe PDF | Zobrazit/otevřít Vyžádat kopii |
Použijte tento identifikátor k citaci nebo jako odkaz na tento záznam:
http://hdl.handle.net/11025/54894Všechny záznamy v DSpace jsou chráněny autorskými právy, všechna práva vyhrazena.