On the validation of CHAMP- and GRACE-type GGMs and the construction of a combined model

• Autorzy: Vergos G. S. , Tziavos I. N. , Sideris M. G.

Warianty tytułu

PL

Ocena wiarygodności globalnych modeli geopotencjału opracowanych z wykorzystaniem danych z misji CHAMP i GRACE oraz utworzenie modelu kombinowanego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A number of new satellite-only Global Gravity Models (GGMs) become progressively available based on the CHAMP and GRACE satellite mission data. These models promise higher (compared to older GGMs) accuracy in the determination of the low and medium harmonics of the Earth's gravity field. In the present study, the latest GGMs generated from CHAMP and GRACE data (namely EIGEN2, EIGEN3p, GGMOIC, GGMOIS and GRACEOIS) have been studied with respect to their accuracy and performance when used in gravity field approximation. A spectral analysis of the new models has been carried out, employing their degree and error-degree variances. In this way, their performance against each other and with respect to EGM96 was assessed, and the parts of the gravity field spectrum that each model describes more accurately have been identified. The results of the analysis led to the development of a combined geopotential model, complete to degree and order 360, whose coefficients were those of CHAMP until degree 5, then GRACE until degree 116, and EGM96 for the rest of the spectrum. Finally, a validation of all models (the combined included) has been performed by comparing their estimates against GPS/levelling data in land areas and TOPEX/Poseidon sea surface heights in marine regions. All tests have taken place over Greece and the eastern part of the Mediterranean Sea. From the results obtained it was concluded that the combined GGM developed provides more accurate results (compared to EGM96), in terms of the differences with the control datasets, at the level of 1-2 cm geoid and 1-2 mG al for gravity (la-). Furthermore, the absolute geoid accuracy that the combined GGM offers is 12.9 cm (la-) for n = 120,25 cm for n = 200 and 33 cm for n = 360, compared to 29 cm, 36 cm and 42 cm for EGM96, respectively.

PL

Progresywnie udostępniane są nowe satelitarne globalne modele geopotencjału (GGMs), opracowane na podstawie danych z misji grawimetrycznych CHAMP i GRACE. Modele te cechują się wzrastającą w porównaniu ze starszymi modelami dokładnością wyznaczenia niskiego i średniego rzędu harmonik pola grawitacyjnego Ziemi. W niniejszej pracy przeanalizowano najnowsze modele wygenerowane w oparciu o dane z misji CHAMP i GRACE, a mianowicie: EIGEN2, EIGEN3p, GGM01C, GGM01S i GRACE01S, w aspekcie ich dokładności i przydatności do badania pola grawitacyjnego Ziemi. Przeprowadzono analizę widmową tych modeli z włączeniem ich wariancji stopnia i błędów wariancji stopnia. Dokonano wzajemnego porównania wyników uzyskanych przy zastosowaniu tych modeli oraz modelu EGM96. Określono najdokładniej opisane przez każdy z modeli części widma pola grawitacyjnego Ziemi. W wyniku opracowano kombinowany globalny model geopotencjału, kompletny do stopnia i rzędu 360, którego współczynniki do stopnia 5 pochodzą z modeli z misji CHAM P, kolejne współczynniki do stopnia 116 - z modeli z misji GRACE, zaś pozostałe - do stopnia 360 - z modelu EGM96. Wysokości geoidy obliczone z badanych modeli, łącznie z modelem kombinowanym, zostały porównane na obszarze lądowym z danymi z pomiarów GPS i niwelacji, zaś na obszarze morskim - z wysokościami morza otrzymanymi z altimetrycznej misji TOPEX/Posejdon. Porównań dokonano na obszarze Grecji i we wschodniej części Morza Śródziemnego. Wyniki porównania wskazują, iż spośród badanych modeli, opracowany kombinowany globalny model geopotencjału dostarcza - w odniesieniu do kontrolnych danych - najdokładniejszych wyników: na poziomie 1-2 cm w wysokości geoidy i 1-2 mGal w anomalii grawimetrycznej (ltT). Co więcej, absolutną dokładność geoidy obliczonej z kombinowanego globalnego modelu geopotencjału oceniono odpowiednio jako 12.9 cm [...] dla n = 120, 25 cm dla n = 200 i 33 cm dla n = 360, w porównaniu odpowiednio z 29 cm, 36 cm i 42 cm dla EGM96.

Słowa kluczowe

EN

satellite gravity missions; geopotential model; combined global geopotential model; GGM validation

PL

globalny model geopotencjału; modele satelitarne

• Wydawca: Komitet Geodezji PAN
• Czasopismo: Geodezja i Kartografia
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 55, no 3
• Strony: 115--131
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Vergos G. S.

autor

Tziavos I. N.

autor

Sideris M. G.

• Department of Geodesy and Surveying, Aristotle University of Thessaloniki University Box 440, Thessaloniki, GR-54l24, Greece,

Bibliografia

• Foldvary L., Svehla D., Gerlach Ch., Wermuth M., Gruber T., Rummel R., Rothacher M., Frommknecht B., Peters T., Steigenberger P., (2005): Gravity Model TUM-2Sp Based on the Energy Balance Approach and Kinematic CHAMP Orbits, in: C. Reigber, H. Luhr, P. Schwintzer, J. Wickert (eds.) "Earth Observation with CHAM P: Results from Three Years in Orbit", Springer - Verlag, Berlin - Heidelberg, pp. 13-18.
• Ilk K.H., Mayer-Gur T, Feuchtinger M., (2005): Gravity Field Recovery by Analysis of Short Arcs of CHAMP, in: C. Reigber, H. Luhr, P. Schwintzer, J. Wickert (eds.) "Earth Observation with CHAMP: Results from Three Years in Orbit", Springer - Verlag, Berlin - Heidelberg, pp. 127-132.
• Knudsen P., (1993): Integration of Gravity and Altimeter Data by Optimal Estimation Techniques, in: R. Rummel, F Sanso (eds.), Satellite Altimetry for Geodesy and Oceanography, Lecture Notes in Earth Sciences, Vol. 50, pp: 453-466.
• Lemoine FG., Kenyon S.C., Factor J.K, Trimmer KG., Pavlis N.K., Chinn D.S., Cox c., Klosko S.M., Luthcke S.B., Torrence M.H., Wang Y.M., Williamson R.G., Pavlis E.C., Rapp R.H., Olson TR., (1998): The development of the join NASA GSFC and NIMA geopotential model EGM96, NASA Technical Paper, 1998 - 206861.
• Pavlis N.K, (1998): Modelling and estimation of a low degree geopotential model from terrestrial gravity data, OSU Rep. No 386, Dept. of Geod. Sci. and Surv., Ohio State Univ., Columbus, Ohio.
• Reigber Ch., Schmidt R., Flechtner F, Koenig R., Meyer 0., Neumayer KH., Schwintzer P., Zhu S.Y., (2003a): First E/GEN gravity field model based on GRACE mission data only, Available at http://www.gfz-potsdam.de/pbl/op/grace/results (released on July 25, 2003, accessed on August 2003).
• Reigber Ch., Schwintzer P., Neumayer K-H., Barthelmes F, Konig R., Forste Ch., Balmino G., Biancale R., Lemoine J.-M., Loyer S., Bruinsma S., Perosanz F, Fayard T, (2003b): The CHAMP only Earth Gravity Field Model EIGEN-2, Adv. Space Res., 31(8), 1883-1888 (doi: 10.1016/S0273-1177(03)00162-5).
• Reigber Ch., Jochmann H., Wunsch J., Petrovic S., Schwintzer P., Barthelmes F, Neumayer K.-H., Konig R., Forste Ch., Balmino G., Biancale R., Lemoine J.-M., Loyer S., Perosanz F, (2005): Earth Gravity Field and Seasonal Variability from CHAMP, in: C. Reigber, H. Luhr, P. Schwintzer, J. Wickert (eds.) "Earth Observation with CHAMP: Results from Three Years in Orbit", Springer Verlag, Berlin - Heidelberg, pp. 25-30.
• Tapley B.D., Chambers D.P., Bettadpur S., Ries J.C., (2003): Large Scale Ocean Circulation from the GRACE GGM01 Geoid, Geophysical Research Letters, 30(22), 2163, doi:10.1029/2003GL018622.
• Tapley B.D., Bettadpur S., Watkins M.M., Reigber Ch., (2004): The Gravity Recovery and Climate Experiment: Mission Overview and Early Results, Geophysical Research Letters, 31, L09607, doi: 1O.1029/2004GLOI9920.
• Tscherning c.c., (2001): Geoid determination after the first satellite gravity missions, Festschrift Univ. Prof. em. Dr.-lng. Wolfgang Torge zum 70. Geburtstag, Wiss. Arb. Fachr. Vermessunswesen Univ. Hannover, Nr. 241, pp. 11-14.
• Tscherning C.c., Arabelos D., Strykowski G., (2001): The 1-cm geoid after GOCE, in: M.G. Sideris (ed.). "Gravity, Geoid and Geodynamics 2000", IAG Symposia, Vol. 123, Springer - Verlag, Berlin Heide1berg, pp. 267-270.
• Tscherning C.C., Howe E., Stenseng L., (2003): CHAMP Gravity Field Models using Precise Orbits, Presented at the 2003 IUGG General Assemb1y, Meeting of IAG Sec. III, Symposium G03 "Determination of the Gravity Field", Sapporo, Japan.
• Vergos G.S., (2006): Study of the Earth's Gravity Field and Sea Surface Topography in Greece by combining surface data and data from the new satellite missions of CHAMP and GRACE, PhD Dissertation, Department of Geodesy and Surveying, Schoo1 of Rural and Surveying Engineering, Faculty of Engineering, Aristotle University of Thessaloniki, January 2006.
• Wessel P., Smith W.H.F, (1998): New improved version of Generic Mapping Tools released, EOS Trans., Amer. Geoph. Union, Vol. 79(47), pp. 579.