On the selection of GRACE-based GGMs and a filtering method for estimating mass variations in the Earth system over Poland

• Autorzy: Godah W. , Szelachowska M. , Krynski J.

Warianty tytułu

PL

Wybór globalnych modeli geopotencjału opracowanych na podstawie danych z misji GRACE oraz metody filtracji, do wyznaczania zmian rozkładu mas w systemie Ziemia na obszarze Polski

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Since the launch of the GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) satellite mission in 2002, significant progress in the knowledge regarding the temporal variations of the Earth’s gravity field has been achieved. The main objectives of this contribution are to define a suitable filter to reduce the noise contained in the latest release, i.e. RL05, of GRACE-based GGMs as well as to select the most suitable GRACE-based GGM time series for estimating mass variations in the Earth system over Poland. The performance of the Gaussian filter with different radii and the de-correlation filters (DDK1–DDK5) applied to reduce the noise contained in those GGMs was examined. First, they were investigated globally. Then, they were examined over the area of Poland, in particular, over two basins, i.e. the Vistula river basin and the Odra river basin. Moreover, both the internal and external accuracy of RL05 GRACE-based GGMs were assessed. Error degree variances of geoid heights were calculated on the basis of these models. Equivalent water thickness variations obtained from GRACE-based GGMs were compared with the corresponding ones obtained from the hydrology model. The obtained results were analysed and discussed. Finally the filtering method and the GGM time series most suitable for estimating mass variations in the Earth system over Poland were selected.

PL

Satelitarna misja GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment zapoczątkowana w 2002 roku znacząco przyczyniła się do rozwoju wiedzy o zmianach w czasie pola siły ciężkości Ziemi. Głównym celem niniejszego opracowania jest zdefiniowanie odpowiedniego filtru do redukcji szumu zawartego w ostatniej wersji, tj. wersji 5. globalnych modeli geopotencjału opracowanych na podstawie danych z misji GRACE, jak również wybór najbardziej odpowiedniego szeregu czasowego globalnych modeli geopotencjału wyznaczonych na podstawie danych z misji GRACE, do określenia zmian rozkładu mas w systemie Ziemia dla obszaru Polski. W szczególności badano wpływ filtrów Gaussa o różnych promieniach oraz filtrów dekorelacyjnych (DDK1–DDK5) na redukcję szumu zawartego w globalnych modelach geopotencjału. Na początku wpływ użycia filtru był badany w ujęciu globalnym. Następnie wpływ ten został zbadany dla obszaru Polski – oddzielnie dla dorzeczy Wisły i Odry. Ponadto, została oszacowana zarówno wewnętrzna, jak i zewnętrzna dokładność wersji 5. globalnych modeli geopotencjału opracowanych na podstawie danych z misji GRACE. Obliczono wariancje błędów wysokości geoidy dla poszczególnych stopni badanych modeli. Zmiany ekwiwalentnej warstwy wody wyznaczone z globalnych modeli geopotencjału opracowanych na podstawie danych z misji GRACE zostały porównane z odpowiednimi zmianami otrzymanymi z modelu hydrologicznego. Wyniki poddano analizie i dyskusji. Ostatecznie wybrano metodę filtracji oraz szereg czasowy globalnych modeli geopotencjału najbardziej odpowiednie do oszacowania zmian rozkładu mas w systemie Ziemia dla obszaru Polski.

Słowa kluczowe

EN

GRACE; GGM; filter; equivalent water thickness

PL

GRACE; globalny model geopotencjału; ekwiwalentna warstwa wody

• Wydawca: Instytut Geodezji i Kartografii
• Czasopismo: Geoinformation Issues
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 7, no. 1(7)
• Strony: 5--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Godah W.

• Institute of Geodesy and Cartography, 27 Modzelewskiego St., 02-679, Warsaw, Poland, Tel.: [phone], Fax: [phone]

autor

Szelachowska M.

• Institute of Geodesy and Cartography, 27 Modzelewskiego St., 02-679, Warsaw, Poland, Tel.: [phone], Fax: [phone]

autor

Krynski J.

• Institute of Geodesy and Cartography, 27 Modzelewskiego St., 02-679, Warsaw, Poland, Tel.: [phone], Fax: [phone]

Bibliografia

• [1] Bettadpur S., (2012): UTCSR Level-2 Processing Standards Document for Level-2 Product Release 0005, GRACE 327–742, CSR Publ. GR-12-xx, Rev. 4.0, University of Texas at Austin, pp. 16.
• [2] Birylo M., Nastula J., (2012a): Local Equivalent Water Thickness Determination as a Source of Data for Flood Phenomenon Observation, Papers on Global Change IGBP 19(1), pp. 43–52, ISSN (Print) 1730-802X, doi: 10.2478/v10190-012-0003-8.
• [3] Birylo M., Nastula J., (2012b): Signal Filtering as a Means of Determining Equivalent Water Thickness in Poland, Papers on Global Change, 19(1), pp. 33–42.
• [4] Birylo M., Nastula J., Kuczynska-Siehien J., (2015): The creation of flood risk model using a combination of satellite and meteorological models, Acta Geodyn. Geomaterialia, 12, 2(178), pp. 151–156.
• [5] Chambers D.P., (2006): Evaluation of new GRACE time-variable gravity data over the ocean, Geophys. Res. Lett., 33(17), doi:10.1029/2006GL027296.
• [6] Dahle C., Flechtner F., Gruber C., König D., König R., Michalak G., Neumayer K.H., (2014): GFZ RL05: An Improved Time-Series of Monthly GRACE Gravity Field Solutions, Observation of the System Earth from Space – CHAMP, GRACE, GOCE and future missions, Advanced Technologies in Earth Sciences, pp. 29–39, Doi: 10.1007/978-3-642-32135-1_4.
• [7] Ditmar P., Teixeira da Encarnação J., Farahani H.H., (2012): Understanding data noise in gravity field recovery on the basis of inter-satellite ranging measurements acquired by the satellite gravimetry mission GRACE, J Geod. 87(9), pp. 1–25, doi:10.1007/s00190-011-0531-6.
• [8] Döll P., Kaspar F., Lehner B., (2003): A global hydrological model for deriving water availability indicators: model tuning and validation, Journal of Hydrology, 270 (1–2), pp. 105–134.
• [9] ESA, (1999): Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Mission, Report for mission selection of the four candidate Earth Explorer missions, ESA SP 1233(1).
• [10] Jolliffe I.T., (2002): Principal Component Analysis, 2nd edition, Springer, New York.
• [11] Klees R., Rervtova E.A., Gunter B., Ditmar P., Oudman E., Winsemius H.C., Savanije H.H., (2008): The design of an optimal filter for monthly grace gravity field models, Geophys. J. Int. 175: pp. 417–432, doi: 10.1111/j.1365-246X.2008.03922.x.
• [12] Krynski J., Kloch-Glowka G., Szelachowska M., (2014): Analysis of time variations of the gravity field over Europe obtained from GRACE data in terms of geoid height and mass variations, In: C. Rizos and P. Willis (Eds.), Earth on the Edge: Science for a Sustainable Planet, International Association of Geodesy Symposia 139: pp. 365–370.
• [13] Kusche J., Schmidt R., Petrovic S., Rietbroek R., (2009): Decorrelated GRACE time-variable gravity solutions by GFZ, and their validation using a hydrological model, J. Geod. 83(10): pp. 903–913.
• [14] Kusche J., (2007): Approximate decorrelation and non-isotropic smoothing of time variable GRACE-type gravity field models, J. Geod. 81(11), pp. 733–749.
• [15] Luthcke S.B., Sabaka T.J., Loomis B.D., Arendt A.A., McCarthy J.J., Camp J., (2013): Antarctica, Greenland and Gulf of Alaska land-ice evolution from an iterated GRACE global mascon solution, J. Glaciol., 59(216), pp. 613–631, doi: 10.3189/2013JoG12J147.
• [16] Pavlis N.K., (1988): Modeling and estimation of a low degree geopotential model from terrestrial gravity data, Rep. 386, Dept. of Geod. Sci. and Surv., Ohio State Univ., Columbus.
• [17] Rangelova E., van der Wal W., Braun A., Sideris M.G., Wu P., (2007): Analysis of Gravity Recovery and Climate Experiment time-variable mass redistribution signals over North America by means of principal component analysis, J. Geophys. Res. 112, F03002. doi:10.1029/2006JF000615.
• [18] Swenson S., Wahr J., (2007): Multi-sensor analysis of water storage variations in the Caspian Sea, Geophys. Res. Lett., 34, L16401, doi:10.1029/2007GL030733.
• [19] Tapley B., Flechtner F., Watkins M., Bettadpur S., (2015): GRACE Mission: Status and Prospects, The GRACE Science Team Meeting, 21–23 Sept. 2015, Austin, Texas.
• [20] Tapley B.D., Bettadpur S., Watkins M., Reigber C., (2004): The gravity recovery and climate experiment: Mission overview and early results, Geophys. Res. Lett. 31, L09607, doi: 10.1029/2004GL019920.
• [21] Wahr J., Molenaar M., Bryan F., (1998): Time variability of the Earth’s gravity field: Hydrological and oceanic effects and their possible detection using GRACE, J. Geophys. Res., 103(B12), pp. 30205–30229.
• [22] Watkins M.M., Yuan D-N., (2014): GRACE: JPL Level-2 Processing Standards Document for Level-2 Product Release 05.1, GRACE 327–744 (v5.1), Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, pp. 14.
• [23] Wu X., Heflin M.B., (2015): A global assessment of accelerations in surface mass transport, Geophys. Res. Lett., 42(16), pp. 6716–6723, doi: 10.1002/2015GL064941.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.