楊軍軍

華中科技大學(xué)精密重力測(cè)量國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施地球物理研究所，湖北 武漢 430074

利用重力異常估計(jì)海底地形目前是獲取全球海底地形的主要方法。論文對(duì)利用重力梯度(在短波波段它比重力異常對(duì)地形更加敏感)估計(jì)海底地形的方法進(jìn)行了研究。論文設(shè)計(jì)了頻域和空間域兩種估計(jì)方法，并利用衛(wèi)星測(cè)高推導(dǎo)的垂向重力梯度數(shù)據(jù)對(duì)這兩種方法進(jìn)行了測(cè)試。

(1) 頻域法是基于Parker級(jí)數(shù)的線性近似設(shè)計(jì)的。15～160 km波段的海底地形利用垂向重力梯度估計(jì)，長(zhǎng)波波段利用現(xiàn)有的船測(cè)海深通過(guò)低通濾波獲取，短于15 km的波段則被略去。在西太平洋以(21°N,157°E)為中心、2°×2°的區(qū)域?qū)υ摲椒ㄟM(jìn)行了測(cè)試計(jì)算，海底地形估計(jì)值的均方根誤差為±268 m。

(2) 通過(guò)數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)非線性地形效應(yīng)在崎嶇地區(qū)不可以忽略。相干性分析則表明，由于線性近似的存在，即使提高重力梯度數(shù)據(jù)的分辨率，海底地形在短波波段的估計(jì)精度也不會(huì)提高。

(3) 為了消除對(duì)海底地形與重力梯度之間關(guān)系的線性近似，基于模擬退火法來(lái)估計(jì)海底地形。模擬退火法是一種能處理非線性反演問(wèn)題的全局最優(yōu)化技術(shù)，它通過(guò)將重力梯度正演值與測(cè)量值之間的差異最小化來(lái)獲取海底地形的最優(yōu)估值。為了成功地進(jìn)行估計(jì)，需要進(jìn)行預(yù)處理，例如，進(jìn)行截?cái)嗾`差分析、使用現(xiàn)有的海底地形數(shù)據(jù)對(duì)研究區(qū)域的四周進(jìn)行襯墊等。在西太平洋同一區(qū)域進(jìn)行的測(cè)試計(jì)算表明，基于模擬退火法獲取的海底地形估計(jì)值的均方根誤差為±236 m。相比于頻域法，估計(jì)精度提高了12%。與Scripps Institution of Oceanography發(fā)布的全球海底地形模型(第18版)相比，估計(jì)精度在研究區(qū)域提高了22%。

(4) 論文設(shè)計(jì)的模擬退火法可用于更新全球海底地形圖，特別是在崎嶇的地區(qū)。此外，與Parker方法不同，該方法對(duì)數(shù)據(jù)分布沒(méi)有限制，因此更適于處理航空重力梯度數(shù)據(jù)(航空重力梯度數(shù)據(jù)的分辨率較高，但飛行軌跡經(jīng)常是不規(guī)則的)。該方法假設(shè)地下密度均一，因此，在地下地質(zhì)體較為復(fù)雜的地方，其反演精度會(huì)較差。