Гравитационная модель Земли
Описания геопотенциала, используемые Министерством обороны США
Вид геоида Земли, предоставленный EGM96

Гравитационные модели Земли ( EGM ) — это серия геопотенциальных моделей Земли, опубликованных Национальным агентством геопространственной разведки (NGA). Они используются в качестве геоидной привязки во Всемирной геодезической системе .

NGA предоставляет модели в двух форматах: как ряд числовых коэффициентов сферических гармоник , которые определяют модель, или как набор данных, дающий высоту геоида в каждой координате при заданном разрешении. [1]

Были опубликованы три версии модели: EGM84 с n=m=180, EGM96 с n=m=360 и EGM2008 с n=m=2160. n и m — это степень и порядок гармонических коэффициентов; чем они выше, тем больше параметров имеют модели и тем они точнее. EGM2008 также содержит расширения до n=2190. [1] Развивающие версии EGM называются предварительными гравитационными моделями (PGM). [2]

Каждая версия EGM имеет свой собственный код EPSG в качестве вертикальной системы отсчета .

История

EGM84

Первая EGM, EGM84, была определена как часть WGS84 вместе с ее референц-эллипсоидом . WGS84 объединяет старую GRS 80 с новейшими на тот момент данными, а именно доступными данными Доплера, спутниковой лазерной локации и наблюдениями интерферометрии со сверхдлинной базой ( VLBI ), а также новым методом наименьших квадратов , называемым коллокацией. [3] Это позволило определить модель с n=m=180, предоставив растр для каждой половины градуса (30', 30 минут) широты и долготы мира. [4] NIMA также вычислила и предоставила 30′×30′ средних аномалий силы тяжести, полученных с помощью высотомера из геодезической миссии GEOSAT . Также доступно 15′×15′. [5]

EGM96

EGM96 от 1996 года является результатом сотрудничества между Национальным агентством по визуализации и картографии (NIMA), Центром космических полетов имени Годдарда (GSFC) NASA и Университетом штата Огайо . Он использовал новые данные о поверхностной гравитации из многих различных регионов земного шара, включая недавно опубликованные данные из архивов NIMA. Основные приобретения земной гравитации NIMA с 1990 года включают воздушные гравитационные съемки над Гренландией и частями Арктики и Антарктики, обследованные Военно-морской исследовательской лабораторией (NRL), и совместные проекты по сбору гравитационных данных, некоторые из которых были реализованы с Университетом Лидса. Эти усилия по сбору улучшили запасы данных по многим территориям суши мира, включая Африку, Канаду, части Южной Америки и Африки, Юго-Восточную Азию, Восточную Европу и бывший Советский Союз. Кроме того, были предприняты серьезные усилия по улучшению существующей базы данных NIMA по средним аномалиям в 30' посредством вкладов по различным странам Азии. EGM96 также включал аномалии, полученные с помощью альтиметра, полученные с ERS-1 Kort & Matrikelstyrelsen (KMS), (Национальная служба геодезии и кадастра, Дания) по частям Арктики и Антарктики, а также аномалии, полученные с помощью альтиметра Schoene [1996] по морю Уэдделла . Растр из EGM96 представлен с разрешением 15'x15'. [1]

EGM96 — это композитное решение, состоящее из: [6]

  1. комбинированное решение степени и порядка 70,
  2. блочно-диагональное решение от степени 71 до 359,
  3. и квадратурное решение в степени 360.

PGM2000A — это производная модель EGM96, которая включает в себя нормальные уравнения для динамической топографии океана, подразумеваемые моделью общей циркуляции океана POCM4B .

EGM2008

Официальная модель гравитации Земли EGM2008 была публично опубликована Национальным агентством геопространственной разведки (NGA) EGM Development Team. Среди других новых источников данных спутниковая миссия GRACE предоставила модель глобальной гравитации с очень высоким разрешением. Эта гравитационная модель является полной до сферической гармонической степени и порядка 2159 (диагональ блока) и содержит дополнительные коэффициенты, простирающиеся до степени 2190 и порядка 2159. Она обеспечивает растр 2,5′×2,5′ и точность, приближающуюся к 10 см. 1'×1' также доступен [7] в неплавающем, но без потерь PGM , [5] [8] но оригинальные файлы .gsb лучше. [9] Действительно, некоторые библиотеки, такие как GeographicLib, используют несжатый PGM, но это не оригинальные данные с плавающей точкой, которые присутствовали в формате .gsb. Это вносит ошибку до 0,3 мм из-за 16-битного квантования, использование файлов GeoTIFF без потерь с плавающей точкой или оригинальных файлов .gsb является хорошей идеей. [5] Две сетки можно воссоздать с помощью программы на языке Fortran и исходных данных из NGA. [10] «Тестовые версии» EGM2008 включают PGM2004, 2006 и 2007. [2]

Как и все сферические гармонические модели, EGM2008 можно усечь, чтобы иметь меньше коэффициентов с более низким разрешением.

EGM2020

EGM2020 должен стать новым релизом (все еще не выпущенным по состоянию на сентябрь 2024 года) с той же структурой, что и EGM2008, но с улучшенной точностью за счет включения новых данных. [11] Первоначально планировалось, что он будет выпущен в апреле 2020 года. [12] Предшествующая версия XGM2016 (X означает экспериментальный) была выпущена в 2016 году до степени и порядка (d/o) 719. [13] XGM2019e был выпущен в 2020 году до сфероидального d/o 5399 (что соответствует пространственному разрешению 2′, что составляет ~4 км) и сферического d/o 5540 с другой сфероидальной гармонической конструкцией с последующим преобразованием обратно в сферические гармоники. [14] [15] XGM2020 также был выпущен недавно. [16]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc "WGS 84 Earth Gravitational Model". earth-info.nga.mil . Архивировано из оригинала 27 марта 2013 года . Получено 30 июля 2019 года .
  2. ^ ab Павлис, Николаос К.; Холмс, Саймон А.; Кеньон, Стив К.; Фактор, Джон К. (апрель 2012 г.). «Разработка и оценка гравитационной модели Земли 2008 г. (EGM2008)». Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 117 (B4). Bibcode : 2012JGRB..117.4406P. doi : 10.1029/2011JB008916.
  3. ^ Раффхед, А. (апрель 1987 г.). «Введение в коллокацию наименьших квадратов». Обзор . 29 (224): 85–94 . doi :10.1179/003962687791512662.
  4. ^ "WGS 84, N=M=180 Гравитационная модель Земли". earth-info.nga.mil .
  5. ^ abc "GeographicLib: Высота геоида". geographiclib.sourceforge.io . Получено 2022-01-31 .
  6. ^ Lemoine, FG, SC Kenyon, JK Factor, RG Trimmer, NK Pavlis, DS Chinn, CM Cox, SM Klosko, SB Luthcke, MH Torrence, YM Wang, RG Williamson, EC Pavlis, RH Rapp и TR Olson (1998). Разработка совместной геопотенциальной модели NASA GSFC и Национального агентства по визуализации и картографии (NIMA) EGM96. NASA/TP-1998-206861, июль 1998 г. Частично доступно в Интернете.
  7. ^ "EPSG:3859" . Получено 2022-02-04 .
  8. ^ "EGM2008 height" . Получено 2022-02-04 .
  9. ^ "EGM96 и EGM2008 Геоиды". www.usna.edu . Получено 2022-01-31 .
  10. ^ "EGM2008 - WGS 84 Version". Архивировано из оригинала 2021-02-18 . Получено 2022-02-04 .
  11. ^ Barnes, D.; Factor, JK; Holmes, SA; Ingalls, S.; Presicci, MR; Beale, J.; Fecher, T. (1 декабря 2015 г.). Гравитационная модель Земли 2020 г. Осеннее собрание AGU. стр. G34A–03. Bibcode : 2015AGUFM.G34A..03B.
  12. ^ Дэниел Барнс; Джим Бил; Сара Ингаллс; Говард Смолл; Роуз Гэнли; Клифф Минтер; Мэнни Пресиччи (18 сентября 2019 г.). «EGM2020: Обновления» (PDF) .
  13. ^ Pail, R.; Fecher, T.; Barnes, D.; Factor, JF; Holmes, SA; Gruber, T.; Zingerle, P. (апрель 2018 г.). «Краткая заметка: экспериментальная геопотенциальная модель XGM2016». Journal of Geodesy . 92 (4): 443– 451. Bibcode : 2018JGeod..92..443P. doi : 10.1007/s00190-017-1070-6. S2CID  126360228.
  14. ^ Zingerle, P.; Pail, R.; Gruber, T.; Oikonomidou, X. (июль 2020 г.). "Объединенная глобальная модель гравитационного поля XGM2019e" (PDF) . Journal of Geodesy . 94 (7): 66. Bibcode :2020JGeod..94...66Z. doi : 10.1007/s00190-020-01398-0 .
  15. ^ "Экспериментальная модель гравитационного поля XGM2019e". dataservices.gfz-potsdam.de . Получено 2022-01-30 .
  16. ^ Зингерле, Филипп (2020-05-02). «Высокоразрешающее комбинированное моделирование глобального гравитационного поля: режим d/o 5,400 XGM2020» (PDF) .
  • EGM96: Совместная геопотенциальная модель NASA GSFC и NIMA
  • Гравитационная модель Земли 2008 (EGM2008)
  • GeographicLib предоставляет утилиту GeoidEval (с исходным кодом) для оценки высоты геоида для моделей гравитации Земли EGM84, EGM96 и EGM2008. Вот онлайн-версия GeoidEval.
  • Библиотека компонентов Tracker от Военно-морской исследовательской лаборатории США — это бесплатная библиотека Matlab с рядом процедур гравитационного синтеза. Функцию getEGMGeoidHeightможно использовать для оценки высоты геоида в моделях EGM96 и EGM2008. Кроме того, с помощью функции можно оценить гравитационный потенциал, ускорение и градиент силы тяжести (вторые пространственные производные потенциала) spherHarmonicEval, как показано в DemoGravCode.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Gravitational_Model_Earth&oldid=1245250336"