Accuracy assessment of GOCE-based geopotential models and their use for modelling the gravimetric quasigeoid - A case study for Poland

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

Identyfikatory

DOI

10.2478/geocart-2014-0001

Warianty tytułu

PL

Oszacowanie dokładności modeli geopotencjału wyznaczonych na podstawie danych z misji GOCE oraz ich wykorzystanie do modelowania grawimetrycznej quasigeoidy – opracowanie dla obszaru Polski

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) has significantly upgraded the knowledge on the Earth gravity field. In this contribution the accuracy of height anomalies determined from Global Geopotential Models (GGMs) based on approximately 27 months GOCE satellite gravity gradiometry (SGG) data have been assessed over Poland using three sets of precise GNSS/levelling data. The fits of height anomalies obtained from 4th release GOCE-based GGMs to GNSS/levelling data were discussed and compared with the respective ones of 3rd release GOCE-based GGMs and the EGM08. Furthermore, two highly accurate gravimetric quasigeoid models were developed over the area of Poland using high resolution Faye gravity anomalies. In the first, the GOCE-based GGM was used as a reference geopotential model, and in the second – the EGM08. They were evaluated with GNSS/levelling data and their accuracy performance was assessed. The use of GOCE-based GGMs for recovering the long-wavelength gravity signal in gravimetric quasigeoid modelling was discussed.

PL

Misja GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) przyczyniła się do znacznego poprawienia znajomości pola siły ciężkości Ziemi. W artykule przedstawiono wyniki oszacowania dokładności anomalii wysokości, wyznaczonych z globalnych modeli geopotencjału opracowanych na podstawie blisko 27 miesięcy pomiarów z satelitarnej misji gradiometrycznej GOCE. Do oszacowania wykorzystano trzy zbiory dokładnych danych satelitarno-niwelacyjnych z obszaru Polski. Omówiono wyniki wpasowania wartości anomalii wysokości otrzymanych z czwartej wersji globalnych modeli geopotencjału wyznaczonych na podstawie danych misji GOCE do danych satelitarno-niwelacyjnych oraz porównano je z wynikami odpowiedniego wpasowania trzeciej wersji globalnych modeli geopotencjału otrzymanych z GOCE oraz z modelu EGM08. Ponadto, wykorzystując wysokorozdzielczy zbiór grawimetrycznych anomalii Faye’a, wyznaczono dla obszaru Polski dwa grawimetryczne modele quasigeoidy o wysokiej dokładności. W pierwszym przypadku jako model referencyjny użyto model utworzony na podstawie danych z misji GOCE, w drugim – model EGM08. Wygenerowane modele quasigeoidy porównano z danymi satelitarno-niwelacyjnymi oraz oszacowano ich dokładność. Omówiono przydatność otrzymanych na podstawie danych z misji GOCE globalnych modeli geopotencjału do odtworzenia długofalowego sygnału grawimetrycznego przy modelowaniu grawimetrycznej quasigeoidy.

Słowa kluczowe

EN

global geopotential model; GNSS/levelling; GOCE; least squares collocation; quasigeoid; height anomaly

PL

model geopotencjału; badania gradiometryczne; dane satelitarno niwelacyjne

• Wydawca: Komitet Geodezji PAN
• Czasopismo: Geodesy and Cartography
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 63, no. 1
• Strony: 3--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Godah W.

• University of Khartoum Department of Surveying Engineering AL-Jama’a St., 321-11115 Khartoum, Sudan

autor

Szelachowska M.

• Institute of Geodesy and Cartography Department of Geodesy and Geodynamics 27 Modzelewskiego St., 02-679 Warsaw, Poland

autor

Krynski J.

• Institute of Geodesy and Cartography Department of Geodesy and Geodynamics 27 Modzelewskiego St., 02-679 Warsaw, Poland

Bibliografia

• Bruinsma, S.L., Förste C., Abrikosov O., Marty J.-C., Rio M.-H., Mulet S. & Bonvalot S. (2013). The new ESA satellite-only gravity fi eld model via the direct approach. Geophys. Res. Lett., 40(14), 3607-3612. DOI: 10.1002/grl.50716.
• Drinkwater, M., Floberghagen R., Haagmans R., Muzi D. & Popescu A. (2003). GOCE: ESA’s fi rst Earth Explorer core mission. Space Science Reviews,18 (1-2), 419-432.
• 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).
• Godah, W. & Krynski J. (2012). Validation of GOCE geopotential models over Poland using the EGM2008 and GPS/levelling data. Geoinformation Issues, 3 (1), 5-17, 2011, ISSN 1689-6440.
• Godah, W. & Krynski J. (2013a). Evaluation of recent GOCE geopotential models over the area of Poland. Acta Geodyn. Geomater., 10 (3-171), 379-386, http://dx.doi.org/10.13168/AGG.2013.0037.
• Godah, W. & Krynski J. (2013b). Comparison of GGMs based on one year GOCE observations with the EGM08 and terrestrial data over the area of Sudan. Int. J. Appl. Earth Observ. Geoinf., (in press). http://dx.doi.org/0.1016/ j.jag.2013.11.003.
• Gruber, T. (2009). Evaluation of the EGM2008 gravity fi eld by means of GPS-Leveling and sea surface topography solutions, Special Issue: In External quality evaluation reports of EGM2008. Newton’s Bulletin, 4, 3-17.
• Gruber, T., Visser P.N.A.M., Ackermann C., & Hosse M. (2011). Validation of GOCE gravity fi eld models by means of orbit residuals and geoid comparisons. Journal of Geodesy, 85 (11), 845-860, http://dx.doi.org/10.1007/s00190-011-0486-7.
• Gruber, T. & Rummel R. (2013). The 4th Release of GOCE Gravity Field Models-Overview and Performance Analysis. ESA Living Planet Symposium, Edinburgh, 09.09.2013.
• Grushinsky, N.P. (1976). Theory of the earth fi gure, Nauka, Moscow.
• Guimarães, G., Matos A. & Blitzkow D. (2012). An evaluation of recent GOCE geopotential models in Brazil. Journal of Geodetic Science, 2 (2), 144-155. DOI: 10.2478/v10156-011-0033-8.
• Heiskanen, W.A. & Moritz H. (1967). Physical geodesy. W.H. Freeman and Company, San Francisco.
• Hirt, C., Gruber T. & Featherstone W.E. (2011). Evaluation of the fi rst GOCE static gravity fi eld models using terrestrial gravity, vertical defl ections and EGM2008 quasigeoid heights. Journal of Geodesy, 85 (10), 723-740, http://dx.doi.org/10.1007/s00190-011-0482-y.
• Królikowski, C. (2006). Zdjęcie grawimetryczne Polski - jego wartość i znaczenie dla nauk o Ziemi, Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 420, Warszawa (104 pp.).
• Krynski, J. (2007). Precise quasigeoid modelling in Poland-Results and accuracy estimation (in Polish). Monographic series of the Institute of Geodesy and Cartography, Nr 13, Warsaw, Poland, (266 pp).
• Krynski, J. & Kloch G. (2009). Evaluation of the performance of the new EGM08 global geopotential model over Poland. Geoinformation Issues, 1 (1), 7-17.
• Lyszkowicz, A. (1994): Description of the algorithm for the determination of geoid in Poland, gravity data, height data, gravimetric database (in Polish), Report No 11, Space Research Center, Polish Academy of Sciences.
• Lyszkowicz, A. (2009). Assessment of accuracy of EGM08 model over the area of Poland, Technical sciences, 12, UWM Olsztyn, DOI: 10.2478/v10022-009-0011-x.
• McCarthy, D. & Petit G. (ed), (2004). IERS Conventions 2003, IERS Technical Note 32, BKG, Frankfurt.
• Moritz, H. (1980). Advanced Physical Geodesy, Wichmann, Karlsruhe.
• Moritz, H. (2000). Geodetic Reference System 1980, Journal of Geodesy, 74(1),128-133, http://dx.doi. org/10.1007%2Fs001900050278.
• Mysen E. (2013). GOCE quasigeoid performance for Norway. Int. J. Appl. Earth Observ. Geoinf., (in press). http://dx.doi.org/10.1016/j.jag.2013.09.008.
• Odera, P.A. & Fukuda Y. (2013). Towards an improvement of the geoid model in Japan by GOCE data: A Case study of the Shikoku area. Earth Planets Space, 65 (4), 361-366. DOI:10.5047/ eps.2012.07.005.
• Pail, R., Bruinsma S., Migliaccio F., Förste C., Goiginger H., Schuh W., Höck E., Reguzzoni M., Brockmann J., Abrikosov O., Veicherts M., FecherT., Mayrhofer R., Krasbutter I., Sanso F. & Tscherning C.C. (2011). First GOCE gravity fi eld models derived by three different approaches, Journal of Geodesy, 85(11), 819-843. http://dx.doi.org/10.1007/s00190-011-0467-x.
• Pavlis, N.K., Holmes S.A., Kenyon S.C. & Factor J.K. (2012). The development and evaluation of the earth gravitational model 2008 (EGM2008), J. Geophys. Res., 117(B4), doi: 10.1029/2011JB008916.
• Rexer, M., Hirt C., Pail R. & Claessens S. (2014). Evaluation of the third- and fourth-generation GOCE Earth gravity fi eld models with Australian terrestrial gravity data in spherical harmonics. Journal of Geodesy (in print).
• Rummel, R., (2010). GOCE: Gravitational Gradiometry in a Satellite, in: Freeden, W., Nashed M.Z. & Sonar T. (ed), Handbook of Geomathematics, 2, pp. 93-103, Springer, ISBN (Print) 978-3-642-01545-8, ISBN (Online) 978-3-642-01546-5, http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-01546-5_4.
• Rummel, R., Gruber T. & Koop R. (2004). High level processing facility for GOCE: products and processing strategy, Proceedings of the 2nd International GOCE User Workshop “GOCE, The Geoid and Oceanography”, Frascati, Italy, 8-10 March 2004, ESA SP-569.
• Sanso, F. (2013). The local modelling of the gravity fi eld by collocation; Part I Theory. In: F., Sanso M.G.Sideris (ed), Geoid Determination; Theory and Methods, 203-260, Lecture Notes in Earth System Sciences 110, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013, doi: 10.1007/978-3-540-74700-0.
• Torge, W., & Mueller J. (2012). Geodesy. 4th edition, Walter de Gruyter, Berlin-Boston.
• Tscherning, C.C. (2013). Geoid Determination by 3D Least-Squares Collocation, In: F., Sanso & M.G.Sideris (ed), Geoid Determination; Theory and Methods, 311-329, Lecture Notes in Earth System Sciences 110, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013, doi: 10.1007/978-3-540-74700-0.
• Tscherning, C.C., Forsberg R. & Knudsen P. (1992). The GRAVSOFT package for geoid determination, Proceedings of the 1st Continental Workshop on the Geoid in Europe, Prague, May 1992, Research Institute of Geodesy, Topography and Cartography, Prague, pp. 327-334.
• Tscherning, C.C. & Rapp R.H. (1974). Closed Covariance Expressions for Gravity Anomalies Geoid Undulations, and the Defl ections of the Vertical Implied by Anomaly Degree-Variance Models, Reports of the Department of Geodetic Science, No 208, The Ohio State University, Columbus, Ohio, 1974.
• Voigt, C., Rulke A., Denker, H., Ihde J. & Liebsch G. (2010). Validation of GOCE products by terrestrial data sets in Germany, Geotechnologien Science Report, No 17. In: Observation of the System Earth from Space, Status Seminar, October 4, 2010, 106-111, http://dx.doi.org/10.2312/GFZ.gt.17.16.
• Yi, W. & Rummel R. (2014). A Comparison of GOCE Gravitational Models with EGM2008, Journal of Geodynamics, 73, 14-22, http://dx.doi.org/10.1016/j.jog.2013.10.004.