Validation of space-wise GOCE gravitational gradient grids using the spectral combination method and GNSS/levelling data

Abstract

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.