GRL | 利用Tongji-LEO2021时变重力场模型估计1993至2004年全球海水质量变化

陈秋杰 王奉伟 沈云中

在GRACE发射之前由于缺少可用的时变重力场模型，导致无法直接定量估计全球海水质量变化及其对总体海平面变化的贡献。基于这一点，同济大学卫星重力团队利用1993年至2004年期间的SPOT2、SPOT3、SPOT4、TOPEX/Poseidon、ERS1和ERS2等6颗低轨卫星轨道观测数据，采用优化短弧边值法的轨道观测方程解算了自1993年1月至2004年12月的40阶次的月时变重力场模型序列Tongji-LEO2021。同济大学陈秋杰教授、王奉伟博士后和沈云中教授联合广东工业大学张兴福教授以及课题组聂宇锋和陈鑑华博士生，基于Tongji-LEO2021模型首次给出了1993年至2004年时间段内质量海平面变化与测高和温盐数据相吻合的闭合度，同时利用IGG-SLR-HYBRID和CSR RL06模型作为对比验证了Tongji-LEO2021模型的可靠性。

图1. 利用Tongji-LEO2021, IGG-SLR-HYBRID和CSR RL06模型估计的1993-2004年全球平均质量海平面变化序列

图1和图2分别给出了利用测高-温盐、Tongji-LEO2021 (1993.01~2004.12)、IGG-SLR-HYBRID (1993.01~2004.12)和CSR RL06 (2002.04~2004.12) 模型估计的1993年至2004年全球平均质量海平面变化序列，Tongji-LEO2021时变重力场模型估计的结果与IGG-SLR-HYBRID和CSR RL06模型在相应重叠时段的估计结果吻合较好，相关系数分别为0.88和0.91。测高扣除温盐数据后估计的质量海平面变化趋势为0.87±0.33 mm/year，与Tongji-LEO2021估计的结果（0.88±0.16 mm/year）基本闭合，略大于IGG-SLR-HYBRID模型估计的结果（0.83±0.16 mm/year），具体统计结果见表1。综上所述，Tongji-LEO2021时变重力场模型所估计的全球平均质量海平面变化与测高-温盐的估计结果相一致，对于1993年至2004年时段，海水质量变化贡献了全球平均总体海平面变化趋势 (2.36±0.30 mm/year) 的36%。这是首次直接用时变重力场模型定量估计全球质量海平面变化，为深刻理解全球海平面变化及其对全球气候变化的响应提供了一个独立的测量方法，具有重要应用价值和科学意义。

图2. (a) 测高-温盐、Tongji-LEO2021和IGG-SLR-HYBRID估计的1993-2004年全球质量海平面变化序列; (b) 扣除季节项后的全球质量海平面变化序列

表1. 利用Tongji-LEO2021、IGG-SLR-HYBRID、测高和温盐数据资料估计全球质量海平面变化统计结果（1993~2004）

上述研究成果近期发表在《Geophysical research letters》：Chen Q, Wang F*, Shen Y, Zhang X, Nie Y, & Chen J. (2022). Monthly gravity field solutions from early LEO satellites' observations contribute to global ocean mass change estimates over 1993∼2004. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL099917. https://doi.org/10.1029/2022GL099917.

模型解算方法可参考文献：Chen Q, Shen Y*, Chen W, Francis O, Zhang X, Chen Q, Li W, Chen T, Hsu H (2019). An Optimized Short-arc Approach: Methodology and Application to Develop Refined Time Series of Tongji-Grace2018 GRACE Monthly Solutions. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 124(6): 6010-6038.

Tongji-LEO2021模型可从International Centre for Global Earth Models (ICGEM)网站下载，具体网址如下：http://icgem.gfz-potsdam.de/series/03_other/Tongji/Tongji-LEO2021.