行星地球动力学扁率变化多卫星观测及其物理机制

行星地球是一个旋转的扁椭球体，其动力学扁率(即J2)变化主要由地球系统质量迁移和重新分布引起，反映地球系统中各分量相互作用与过程。当前国际上测定地球动力学扁率主要用卫星激光测距(SLR)资料得到，然而SLR地面观测台站南北半球分布不均，也不是连续观测，且不同时间段SLR资料处理使用动力学模型和参考架等不一致，以及部分J2变化不能很好的解释。尽管新一代重力卫星（GRACE）观测提高了重力场系数低阶项一两个数量级，但二阶项C20(即-J2)仍然较差。本项目将采用同一战略和最新模型联合处理卫星重力和激光测距资料得到高精度的地球动力学扁率，并用全球连续GPS等地面观测结果和SLR/GRACE估计的地表负荷位移反演得到地球动力学扁率。比较和分析地球动力学扁率多尺度变化特征和暗含，以及用新的大气、海洋、陆地水、冰期后回弹、核幔耦合、地球自转和气候变化等资料研究对地球动力学扁率变化的贡献，并揭示其机理。

本项目利用空间大地测量观测资料获得高精度地球动力学扁率，比较和分析地球动力学扁率多尺度变化特征和暗含及其机理。项目执行四年，获得以下创新性成果：1）精化了空间大地测量误差模型，包括GNSS卫星和接收机码偏差估计、GNSS电离层延迟和多路径误差及其变化特性，提高了GNSS导航定位精度；2）利用GNSS观测结果基于Tikhonov正则化方法估计了地球动力学扁率变化，较传统的最小二乘法显著提高，且发现截断4阶较好地估计地球动力学扁率周年变化；3）联合高精度连续GNSS观测、海底气压(OBP)和GRACE资料较好地估计了地球动力学扁率变化，以及获得了地球动力学扁率季节性、季节内和年季变化主要由大气、海洋和陆地水地表流体质量重新分布和迁移引起的；4）并在国际上首次联合全球连续GNSS观测和卫星测高资料估计了全球60阶时变重力场，更好地估计了地球动力学扁率(C20)，较GRACE结果更稳定，切与SLR结果较一致等。本项目发表SCI论文30余篇，出版著作3部，会议论文20余篇。培养硕士研究生4名，博士研究生6名，博士后3名。获软件著作权3项和实用新型专利1项，以及获上海市科技进步二等奖(12/2014)和湖北省自然科学二等奖各一项(12/2012)。