金濤勇，李建成，姜衛(wèi)平，王正濤

1.武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北武漢430079；2.武漢大學(xué)地球空間環(huán)境與大地測(cè)量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430079

基于多源衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)的新一代全球平均海面高模型

金濤勇1，2，李建成1，2，姜衛(wèi)平1，王正濤1，2

1.武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北武漢430079；2.武漢大學(xué)地球空間環(huán)境與大地測(cè)量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430079

基于多源衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)，包括Geosat／GM、Geosat／ERM、ERS－1／168、ERS－2、Envisat－1、T／P和Jason－1數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)一精密的模型或方法對(duì)各項(xiàng)地球物理改正和傳播介質(zhì)誤差進(jìn)行改進(jìn)或重新計(jì)算，然后以T／P和Jason－1兩種數(shù)據(jù)的共線平差作為參考基準(zhǔn)，通過發(fā)展的全組合交叉點(diǎn)整體平差方法大幅度削弱了徑向軌道誤差和時(shí)變海面高影響。經(jīng)比較后優(yōu)選最小二乘配置格網(wǎng)化方法，以EGM2008高階重力場(chǎng)模型由移去－恢復(fù)方法得到全球緯度－80°～82°范圍內(nèi)海域2′×2′平均海平面高模型WHU2009。與國(guó)際上較常用的CLS01平均海平面高模型及實(shí)測(cè)2年平均Jason－1比較表明WHU2009模型整體精度優(yōu)于CLS01模型。

衛(wèi)星測(cè)高；地球物理改正；交叉點(diǎn)平差；最小二乘配置；平均海面高

1 引 言

高精度高分辨率平均海面高模型是研究海洋動(dòng)力環(huán)境變化的重要基礎(chǔ)，在大地測(cè)量學(xué)和海道測(cè)量中的參考基準(zhǔn)面均采用平均海面或與平均海面具有一定關(guān)系的參考面。衛(wèi)星測(cè)高首次提供了直接測(cè)量全球海面高的技術(shù)，極大地提高了海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)空分辨率。自20世紀(jì)70年代成功獲取第一顆測(cè)高衛(wèi)星Geos－3觀測(cè)數(shù)據(jù)以來，利用衛(wèi)星測(cè)高觀測(cè)數(shù)據(jù)先后建立了一系列全球和區(qū)域平均海平面高模型。早期，文獻(xiàn)［1—4］利用Geos－3和Seasat數(shù)據(jù)計(jì)算得到了全球范圍內(nèi)精度為米級(jí)的平均海面高模型，其分辨率達(dá)到0.125°×0.125°。隨后實(shí)施的Geosat／GM和ERS－1／168測(cè)高任務(wù)提供了海量海面高觀測(cè)數(shù)據(jù)，T／P測(cè)高任務(wù)的觀測(cè)精度有了厘米級(jí)水平新突破，由此相繼出現(xiàn)了一系列接近厘米級(jí)精度的平均海面高模型，如OSU95MSS、GFZ MSS95A等［5－6］。在積累了海量的衛(wèi)星測(cè)高觀測(cè)數(shù)據(jù)和豐富的數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗(yàn)后，又發(fā)展了多源測(cè)高數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)，推動(dòng)了原有模型序列的升級(jí)換代，精度達(dá)到了厘米級(jí)水平，如GSFC00.1、CLS01、DNSC08等［7－9］，其中CLS01作為參考模型被廣泛應(yīng)用于最新一代測(cè)高衛(wèi)星的數(shù)據(jù)處理中。我國(guó)在平均海面高模型研制領(lǐng)域也取得多項(xiàng)成果，建立了一系列中國(guó)海域平均海面高模型［10－12］。文獻(xiàn)［13］建立的WHU2000是我國(guó)具有代表性的全球平均海面高模型之一，它利用7年的T／P衛(wèi)星共線平均海面高作為參考基準(zhǔn)，與ERS－1／168、ERS－2和Geosat／ERM數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合交叉點(diǎn)平差得到，其精度水平與同時(shí)期的OSU MSS95和CLS＿SHOM98.2相當(dāng)。

目前以衛(wèi)星測(cè)高技術(shù)為主觀測(cè)的海面高受多種誤差影響，特別是系統(tǒng)性誤差，基于該數(shù)據(jù)研制的平均海面高模型是含有誤差的模型，有不同的精度水平。因此，建立高精度平均海面高模型首先要求采用的衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)有足夠長(zhǎng)的時(shí)間跨度以削弱更多的時(shí)變誤差影響，例如至少20年。其次要求采用有效的數(shù)據(jù)處理方法，在研制的模型中平滑或消除各種短周期海平面變化的時(shí)變影響，如小波分解與重構(gòu)的方法［14］。最后，更重要的是采用更嚴(yán)密精細(xì)的數(shù)據(jù)處理方法，最大限度地削弱或消除觀測(cè)誤差影響，例如精化各種系統(tǒng)性誤差的改正模型。據(jù)此，本文采用了20.5年多源衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)，削弱時(shí)變影響和軌道誤差的共線平差和全組合交叉點(diǎn)平差等數(shù)據(jù)處理方法，重點(diǎn)是對(duì)6種系統(tǒng)性誤差精化改正模型，由此建立全球平均海面高模型WHU2009。

2 數(shù)據(jù)選取

針對(duì)各種衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度和時(shí)間跨度，考慮海面時(shí)變信號(hào)的周年特性，本文所選取的數(shù)據(jù)如表1。為盡量削弱季節(jié)性海面時(shí)變信號(hào)，選取整周年的重復(fù)周期觀測(cè)數(shù)據(jù)，而為提高海面高模型的分辨率，選取所有的非重復(fù)周期衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)。T／P衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)中只考慮精度較高的Topex測(cè)高儀觀測(cè)數(shù)據(jù)。由于Jason－1作為T／P的后續(xù)衛(wèi)星，兩者具有相同的地面軌跡，本文采用全部的Topex數(shù)據(jù)，并補(bǔ)充Jason－1數(shù)據(jù)使兩者總的時(shí)間跨度從1993年至2009年。

在所選數(shù)據(jù)中，重復(fù)周期觀測(cè)數(shù)據(jù)Geosat／ERM、Topex、Topex／TDM、ERS－2、Jason－1和Envisat－1在赤道處的軌道間距分別約為164km、316km、316km、80km、316km和80km，其中Topex／TDM數(shù)據(jù)是T／P衛(wèi)星軌道變換之后的觀測(cè)數(shù)據(jù)，其軌道處于原T／P衛(wèi)星軌道的中間，使其地面覆蓋率增加一倍。而大地測(cè)量任務(wù)觀測(cè)數(shù)據(jù)Geosat／GM和ERS－1／168在赤道處的軌道間距分別約為6km和8km，兩者都是分別由兩個(gè)觀測(cè)時(shí)期組成，第二個(gè)觀測(cè)時(shí)期的軌道經(jīng)過調(diào)整后處于第一個(gè)觀測(cè)時(shí)期軌道的中間，從而也使其地面覆蓋率增加了一倍。由此可知，本文所選單星測(cè)高數(shù)據(jù)在赤道處的最小間距可達(dá)3km，而各種數(shù)據(jù)組合之后，可填充單星測(cè)高數(shù)據(jù)地面軌跡覆蓋空白，大大地提高數(shù)據(jù)的空間采樣率。因此，本文選擇2′×2′作為平均海面高模型的有效空間分辨率，生成格網(wǎng)數(shù)值模型。

表1 本文全球平均海平面高模型建立中所采用的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)Tab.1 Satellite measurements used in the establishing of global MSSH model

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

衛(wèi)星測(cè)高各種地球物理環(huán)境誤差改正項(xiàng)對(duì)獲得高精度海面高有很大影響，其改正精度直接影響到海面高的觀測(cè)精度。近年來一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)處理手冊(cè)提供的相關(guān)改正模型存在問題，據(jù)此本文對(duì)現(xiàn)有同類改正模型作了深入分析對(duì)比，參閱國(guó)際最新處理方法和經(jīng)驗(yàn)［15－23］，提出采用統(tǒng)一的精密改正模型及其算法，對(duì)所有的衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)地球物理環(huán)境誤差改正作了改進(jìn)或重新計(jì)算［24］。主要包括：① 對(duì)采用雙頻電離層改正的測(cè)高數(shù)據(jù)進(jìn)行沿軌噪聲平滑削弱影響，以Topex衛(wèi)星為例比較得到平滑后相對(duì)平滑前差值均方差減小約6mm；對(duì)現(xiàn)常用的電離層改正模型，經(jīng)與平滑后Topex雙頻電離層改正比較發(fā)現(xiàn)GIM實(shí)測(cè)模型精度最高，IRI2007模型精度優(yōu)于其前期系列模型，故選擇了IRI2007模型和GIM模型組合的方法對(duì)單頻測(cè)高儀數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，即在GIM模型有效時(shí)選擇該模型改正，否則選擇IRI2007模型，同時(shí)比較發(fā)現(xiàn)Topex平滑雙頻測(cè)高儀存在約10mm的系統(tǒng)偏差，并在后續(xù)計(jì)算中進(jìn)行了改正；② 針對(duì)現(xiàn)有海潮模型中已顧及大氣潮汐分量S1和S2的情況，在與大氣壓相關(guān)的對(duì)流層干分量改正中進(jìn)行扣除，避免重復(fù)改正，該項(xiàng)改正約達(dá)到±7mm；③對(duì)ERS－1、ERS－2、Envisat－1、T／P的對(duì)流層濕分量改正偏差進(jìn)行校正，修復(fù)微波輻射計(jì)中個(gè)別頻段漂移引起的誤差，該項(xiàng)誤差可使海面高產(chǎn)生約±1～2mm／a的偏差；④采用顧及大氣正壓高頻信號(hào)的逆氣壓改正模型對(duì)所有測(cè)高數(shù)據(jù)進(jìn)行重新改正，該項(xiàng)改正相對(duì)采用平均值為參考的逆氣壓改正時(shí)交叉點(diǎn)不符值均方差平均小約5.70mm，最大時(shí)達(dá)22.7mm；⑤利用最新的高精度GOT4.7海潮模型替換原有測(cè)高數(shù)據(jù)中改正模型；⑥ 對(duì)未采用嚴(yán)密非參數(shù)估計(jì)方法計(jì)算的ERS－1和ERS－2衛(wèi)星海況偏差按該方法進(jìn)行重新計(jì)算，該項(xiàng)改正使ERS－1和ERS－2數(shù)據(jù)相對(duì)原始改正的交叉點(diǎn)不符值方差減小了20～60cm2和1～5cm2。

除此之外，對(duì)ERS－1、ERS－2和Envisat－1測(cè)高衛(wèi)星的儀器偏差和跟蹤誤差進(jìn)行了改正［25－26］，其中，ERS－1和ERS－2的掃描點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)（SPTR）的距離改正誤差分別達(dá)到－8～40mm和－60～7mm，超穩(wěn)定振蕩器（USO）的鐘漂誤差分別達(dá)到－11～25mm和－6～52mm，Envisat－1的USO誤差在第40周期之前為20～30mm，而在第46周期后達(dá)到了5～6m。還將所有衛(wèi)星的參考橢球轉(zhuǎn)換到T／P衛(wèi)星采用的參考橢球，有效地削弱了各衛(wèi)星參考基準(zhǔn)不一致誤差，從而完成了多源衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)的精細(xì)預(yù)處理。

3.2 共線平差

對(duì)于建立分辨率低于2′×2′格網(wǎng)平均海平面高模型，可認(rèn)為重復(fù)周期相同，地面軌跡同緯度觀測(cè)值對(duì)格網(wǎng)點(diǎn)值的貢獻(xiàn)大致相等。故對(duì)原有的共線平差法進(jìn)行簡(jiǎn)化，避免正常點(diǎn)計(jì)算，選取參與共線的重復(fù)周期觀測(cè)數(shù)據(jù)中穩(wěn)定、觀測(cè)狀況好、數(shù)據(jù)多的軌跡作為參考軌跡，將其他重復(fù)周期觀測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)插到參考軌跡上，由此進(jìn)行整體共線平差獲得長(zhǎng)時(shí)間平均海面高。計(jì)算中，對(duì)參考點(diǎn)和內(nèi)插點(diǎn)間的海面高差再次進(jìn)行限定以避免粗差，當(dāng)大于0.5m時(shí)剔除。為保證平差后的數(shù)據(jù)至少能夠消除一年內(nèi)的時(shí)變影響，故當(dāng)參與共線平差的觀測(cè)值少于1年時(shí)，將該點(diǎn)位剔除。

共線法利用重復(fù)軌跡上同緯度點(diǎn)海面高的時(shí)間平均，可有效地消除周期短于所用共線軌跡時(shí)間跨度的時(shí)變海面高影響，和具有隨機(jī)特性的時(shí)變量，共線平均海面可以認(rèn)為至少在觀測(cè)時(shí)間跨度內(nèi)的穩(wěn)態(tài)平均海面。T／P衛(wèi)星和其后續(xù)衛(wèi)星Jason－1被認(rèn)為具有最高軌道精度和測(cè)量精度，在T／P衛(wèi)星軌道改變之前，兩者有相同的地面軌跡，其連續(xù)觀測(cè)時(shí)間已有近16年，在如此長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)獲得的共線平均海面高與真實(shí)平均海面高應(yīng)最接近，故將這兩代T／P數(shù)據(jù)一起進(jìn)行共線平差，其結(jié)果將作為以下交叉點(diǎn)平差中的參考基準(zhǔn)。共線平差前后各數(shù)據(jù)的交叉點(diǎn)不符值比較如表2。

表2 重復(fù)周期觀測(cè)數(shù)據(jù)共線平差前后交叉點(diǎn)不符值統(tǒng)計(jì)Tab.2 The crossover difference between before and after collinear adjustment of repeat cycle measurements m

3.3 多源衛(wèi)星全組合交叉點(diǎn)平差

通過共線平差可以削弱重復(fù)周期觀測(cè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)波海面高變化，但殘余徑向軌道誤差、海面時(shí)變短波信號(hào)和地球物理改正殘差仍是平均海面高確定的主要影響。對(duì)長(zhǎng)時(shí)間平均的海面高而言，所有測(cè)高衛(wèi)星地面軌跡在交叉點(diǎn)處的平均海面高應(yīng)該一致，據(jù)此可利用交叉點(diǎn)上軌道精度高的測(cè)高衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)改進(jìn)軌道精度低的測(cè)高衛(wèi)星觀測(cè)值。交叉點(diǎn)平差就是將高精度衛(wèi)星軌道作基準(zhǔn)控制與其交叉的低精度衛(wèi)星軌道，進(jìn)一步消除上述殘余誤差，實(shí)現(xiàn)對(duì)后者觀測(cè)值的改進(jìn)。針對(duì)目前存在的多源衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)，本文對(duì)原有交叉點(diǎn)平差算法進(jìn)行了擴(kuò)展，使其能夠同時(shí)整體平差9種測(cè)高數(shù)據(jù)。

交叉點(diǎn)平差中選擇固定的高精度觀測(cè)弧段數(shù)據(jù)解決秩虧問題。在本文采用的數(shù)據(jù)中，Topex和Jason－1測(cè)高衛(wèi)星都具有很高的觀測(cè)精度，兩顆衛(wèi)星組合的16年連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)共線平差后交叉點(diǎn)不符值降低到2.2cm（表2），被選擇作為交叉點(diǎn)平差中的固定觀測(cè)值。軌道誤差的高階擬合多項(xiàng)式用于較小平差區(qū)域可得到較高的平差精度，但為避免軌道誤差的過渡擬合，一般選擇一階多項(xiàng)式擬合大于100s的弧段，小于100s的弧段用常數(shù)偏差擬合［5］，在此原則下，進(jìn)一步根據(jù)對(duì)平差精度的預(yù)估選取大小合適的平差區(qū)域。本文考慮大地測(cè)量任務(wù)測(cè)高數(shù)據(jù)存在的海面時(shí)變信號(hào)，認(rèn)為較小的平差區(qū)域不僅能夠削弱徑向軌道誤差，而且還能減小海面時(shí)變信號(hào)的影響。經(jīng)比較并顧及計(jì)算效率，選取10°×90°作為區(qū)域平差范圍，同時(shí)研究各平差區(qū)域之間的協(xié)調(diào)性和連續(xù)性問題，確定相鄰緯度帶平差區(qū)域應(yīng)保持5°重疊，相鄰經(jīng)度方向平差區(qū)域保持45°重疊。

4 格網(wǎng)化方法比較

本文選擇Shepard方法、連續(xù)曲率張力樣條方法和最小二乘配置三種格網(wǎng)化方法進(jìn)行比較擇優(yōu)。格網(wǎng)化過程中作了以下改進(jìn)及參數(shù)的選擇：

（1）考慮格網(wǎng)數(shù)據(jù)的密度分布及2′×2′的格網(wǎng)間距，Shepard方法擬合半徑選取2倍格網(wǎng)間距，搜索半徑內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)不少于3個(gè)，當(dāng)少于3個(gè)時(shí)，擴(kuò)大擬合半徑至滿足條件為止。顧及數(shù)據(jù)的先驗(yàn)誤差信息，將交叉點(diǎn)平差后單星交叉點(diǎn)不符值的作為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)噪聲的方差引入到格網(wǎng)化過程中。

（2）因平均海面高是一個(gè)相對(duì)平滑的表面，連續(xù)曲率張力樣條擬合內(nèi)插方法的張力參數(shù)選擇了0.25。該方法無法利用數(shù)據(jù)的先驗(yàn)誤差信息，而交叉點(diǎn)平差后某些交叉點(diǎn)不符值可能較大，如果在格網(wǎng)化中采用相等的權(quán)，在其附近格網(wǎng)點(diǎn)的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大波動(dòng)［27］。由真實(shí)海面高觀測(cè)值形成的交叉點(diǎn)不符值應(yīng)為零，因此，本文首先將交叉點(diǎn)平差之后的交叉點(diǎn)不符值殘差按衛(wèi)星進(jìn)行分配，使交叉點(diǎn)不符值為零，然后利用Akima樣條插值，內(nèi)插出相同軌道上其他觀測(cè)點(diǎn)的改正值，改正后作為格網(wǎng)化的輸入數(shù)據(jù)。

（3）最小二乘配置方法可有效利用觀測(cè)值的先驗(yàn)信息解算內(nèi)插值的最優(yōu)統(tǒng)計(jì)估值。上面得到的超大規(guī)模海面高數(shù)據(jù)集使各格網(wǎng)點(diǎn)周圍都分布了密集的觀測(cè)值，此情況下最小二乘配置解對(duì)協(xié)方差函數(shù)的精確度已不敏感。本文采用Rene Forsberg于1987年編制GEOGRID程序，使用二階Markov過程來描述協(xié)方差函數(shù)，由局部最小二乘配置法對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行格網(wǎng)化，減小計(jì)算工作量。Small證明了這種簡(jiǎn)化的協(xié)方差與嚴(yán)格確定的協(xié)方差用于大地水準(zhǔn)面數(shù)據(jù)的格網(wǎng)化的結(jié)果幾乎是一致的［28］。

最小二乘配置要求格網(wǎng)數(shù)據(jù)和推估信號(hào)具有零均值統(tǒng)計(jì)特性，故在格網(wǎng)化過程中，對(duì)三種方法都首先移去了EGM2008全球重力場(chǎng)模型計(jì)算的大地水準(zhǔn)面，然后對(duì)殘余海面高進(jìn)行格網(wǎng)化，最后恢復(fù)大地水準(zhǔn)面得到平均海面高模型。最小二乘配置格網(wǎng)化中還減去殘余海面高的平均值使其嚴(yán)格滿足零均值特性。下面選取緯度40°～50°，經(jīng)度180°～200°范圍作為試驗(yàn)區(qū)，對(duì)這三種方法進(jìn)行了比較和分析。

圖1～圖3分別給出三種方法得到的格網(wǎng)化殘差海面高。可以看出，都反映了較好的殘差海面高整體變化特征，但前兩種方法表現(xiàn)了較多的點(diǎn)位高頻信息，呈現(xiàn)軌跡狀條紋，而最小二乘配置結(jié)果非常平滑。為作進(jìn)一步分析，選取全球平均海面高模型DNSC08和CLS01，以及兩年共線平均的1～76周期實(shí)測(cè)Jason－1數(shù)據(jù)對(duì)三種方法恢復(fù)的平均海面高模型進(jìn)行驗(yàn)證。其中，參與驗(yàn)證的Jason－1數(shù)據(jù)中的第1～第22周期數(shù)據(jù)在上述交叉點(diǎn)平差中未采用。

表3給出三種方法的數(shù)值比較結(jié)果，基于最小二乘配置格網(wǎng)化的平均海面高不論是與模型還是與實(shí)測(cè)Jason－1數(shù)據(jù)都吻合最好，說明其平滑作用并沒有損失海面高高頻信息。也就是說Shepard和連續(xù)曲率張力樣條格網(wǎng)化結(jié)果存在沿軌跡高頻抖動(dòng)，造成這種問題的原因可能是沿軌跡海面高觀測(cè)值存在相關(guān)性，而這兩種方法都是格網(wǎng)化的解析法，不可能顧及沿軌數(shù)據(jù)相關(guān)性影響，且平噪功能低。而最小二乘配置法是基于觀測(cè)值的協(xié)方差信息的統(tǒng)計(jì)推估方法，充分顧及利用了數(shù)據(jù)之間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性，且平噪功能高于解析法，因此更適合于對(duì)衛(wèi)星測(cè)高沿軌觀測(cè)數(shù)據(jù)的格網(wǎng)化。

表3 三種格網(wǎng)化平均海面高模型比較Tab.3 Comparison of the three gridded MSSH models m

5 模型建立與精度評(píng)定

基于上述比較結(jié)果，選取最小二乘配置方法用于格網(wǎng)化生成全球平均海面高模型?？紤]到最小二乘配置計(jì)算速度問題，對(duì)測(cè)高數(shù)據(jù)全球覆蓋范圍（－80°～82°，0°～360°）進(jìn)行分塊處理，在－80°～60°，0°～360°范圍內(nèi)共分成126塊20°×20°區(qū)域，60°～82°之間分成18塊22°×20°區(qū)域。在全球共144塊格網(wǎng)區(qū)域中，2個(gè)塊區(qū)（40°～60°，60°～100°）處于亞洲大陸，1個(gè)塊區(qū)（40°～60°，240°～260°）處于美洲大陸，均無觀測(cè)數(shù)據(jù)。分塊格網(wǎng)化之后對(duì)全球141塊格網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，對(duì)于重疊的經(jīng)線和緯線以相鄰兩個(gè)塊區(qū)的誤差估值定權(quán)，進(jìn)行加權(quán)平均，最終得到全球格網(wǎng)化殘差平均海面高。

由于最小二乘配置同時(shí)具有內(nèi)插和推估的功能，所以上述得到的141塊格網(wǎng)殘差平均海面高在每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)上都有數(shù)值，無法準(zhǔn)確識(shí)別陸地和海洋界限。本文利用GMT生成了全球2′×2′陸地海洋界限數(shù)據(jù)，并聯(lián)合上述合并的全球格網(wǎng)化殘差平均海面高和全球EGM08大地水準(zhǔn)面高生成了全球平均海面高模型WHU2009（圖4），其中陸地上格網(wǎng)點(diǎn)值以EGM08大地水準(zhǔn)面高補(bǔ)充，海洋和水域格網(wǎng)點(diǎn)值為殘差平均海面高和EGM08大地水準(zhǔn)面高之和。

圖1 Shepard方法得到的格網(wǎng)殘差海面高Fig.1 The gridded residual sea surface height by Shepard method

圖2 連續(xù)曲率張力樣條方法得到的格網(wǎng)殘差海面高Fig.2 The gridded residual sea surface height by continuous curvature splines in tension

圖3 最小二乘配置方法得到的格網(wǎng)殘差海面高Fig.3 The gridded residual sea surface height by least square collocation method

圖4 全球平均海面高模型WHU2009Fig.4 The global MSSH model WHU2009

下面采用格網(wǎng)化中相同的驗(yàn)證方法，聯(lián)合WHU2000模型，對(duì)WHU2009模型進(jìn)行了精度比較和分析。表4為－80°～82°范圍內(nèi)四個(gè)模型的差值統(tǒng)計(jì)，為避免粗差干擾，剔除了大于3倍標(biāo)準(zhǔn)差的模型差值。由于DNSC08模型采用近12年的T／P數(shù)據(jù)和大量其他衛(wèi)星的重復(fù)周期數(shù)據(jù)，以及經(jīng)過波形重跟蹤處理的Geosat／GM和ERS－1／168兩種大地測(cè)量任務(wù)數(shù)據(jù)，可以看出，其精度高于其他三個(gè)模型，而其他三個(gè)模型精度從高到低依次為WHU2009、CLS01、WHU2000。與WHU2000模型相比，WHU2009模型不僅精度有了提高，而且空間數(shù)據(jù)覆蓋也更廣泛。從所采用的數(shù)據(jù)來看，CLS01模型采用的Topex數(shù)據(jù)僅為7年，均少于WHU2009和DNSC08，因此精度較低。表5給出了四個(gè)模型與2年共線平均的Jason－1實(shí)測(cè)海面高在全球海域的比較結(jié)果，采用了緯度余弦定權(quán)。以Jason－1實(shí)測(cè)海面高為參考，各模型精度表現(xiàn)了與上述模型之間比較相同的結(jié)果。

6 結(jié)束語

本文利用統(tǒng)一精密的模型和方法對(duì)多源衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)地球物理環(huán)境誤差改正進(jìn)行了精化或重新計(jì)算，以T／P衛(wèi)星軌道及其沿軌觀測(cè)數(shù)據(jù)作為控制基準(zhǔn)，通過共線平差和交叉點(diǎn)整體平差消除或大幅度削弱了徑向軌道誤差和時(shí)變海面高影響。Shepard、連續(xù)曲率張力樣條和最小二乘配置三種格網(wǎng)化方法比較顯示前兩種方法格網(wǎng)化結(jié)果表現(xiàn)沿跡高頻抖動(dòng)，而最小二乘配置方法相對(duì)平滑，數(shù)值比較結(jié)果也表明該方法用于沿軌測(cè)高數(shù)據(jù)的格網(wǎng)化具有較高的精度。故選擇該方法，以EGM08大地水準(zhǔn)面模型作為參考場(chǎng)，由移去－恢復(fù)方法建立了全球海域－80°～82°范圍內(nèi)平均海面高模型WHU2009，與CLS01和DNSC08平均海面高模型以及實(shí)測(cè)2年平均Jason－1數(shù)據(jù)比較，驗(yàn)證了該模型的可靠性，結(jié)果表明該模型整體精度優(yōu)于CLS01。

表4 剔除3倍標(biāo)準(zhǔn)差后全球平均海面高模型精度比較Tab.4 Comparison of global MSSH models after deleting 3 times’STD error

表5 全球海面高模型與2年平均Jason－1海面高比較Tab.5 Comparison of global MSSH models and 2－years’MSSH from Jason－1 m

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The New Generation of Global Mean Sea Surface Height Model Based on Multi－altimetric Data

JIN Taoyong1，2，LI Jiancheng1，2，JIANG Weiping1，WANG Zhengtao1，2
1.School of Geodesy and Geomatics，Wuhan University，Wuhan 430079，China；2.Key Laboratory of Geospace Environment and Geodesy，Ministry of Education，Wuhan University，Wuhan 430079，China

Based on multi－satellite altimetric data，including Geosat／GM、Geosat／ERM、ERS－1／168、ERS－2、Envisat－1、T／P and Jason－1，it is improved and re－computed their geophysical corrections by unified accurate models and methods.Then，by assuming the dataset combing the T／P and Jason－1 measurements which are collinear adjusted as reference，the radial orbit error and time－variation affect of sea surface height are reduced through the developed whole combination crossover adjustment.Furthermore，global MSSH model named WHU2009 with the boundary from－80°to82°and resolution of 2′×2′is achieved by remove－restore method and least square collocation grid method with EGM2008 high degree gravitation model.Compared with CLS01 model that commonly used internationally and the dataset that collinear adjusted with 2 year Jason－1 measurements，it is concluded that WHU2009 has better integrated accuracy than CLS01.

satellite altimetry；geophysical correction；crossover adjustment；least square collation；mean sea surface height

JIN Taoyong（1982－），male，PhD，lecturer，majors in satellite geodesy.

1001－1595（2011）06－0723－07

P228

A

國(guó)家863計(jì)劃（2009AA121402）；國(guó)家自然科學(xué)重點(diǎn)基金（406374034）；教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃（NCET－07－0633）；地球物理大地測(cè)量國(guó)家測(cè)繪局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（10－02－08）

叢樹平）

2010－12－06

2011－05－15

金濤勇（1982－），男，博士，講師，研究方向?yàn)樾l(wèi)星大地測(cè)量學(xué)。

E－mail：tyjin＠sgg.whu.edu.cn