عنوان پایان‌نامه
تعیین تانسور گرا دیان جاذبه در دریا با استفاده از مشا هدات ارتفا سنجی ماهواره ای
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - نقشه برداری- ژئودزی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59266;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2511
- تاریخ دفاع
- ۰۹ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- هادی امین
- استاد راهنما
- عبدالرضا صفری, محمدعلی شریفی
- چکیده
- استفاده از تکنیک گرادیومتری در مطالع? میدان ثقل در علوم مختلف زمین مانند اکتشافات منابع زیر سطحی، از جمله منابع انرژی، بسیار مورد توجه است. مدل سازی میدان ثقل زمین نیازمند مشاهدات جاذب? زمینی، هوایی و فضایی جهت تکمیل طول موجهای کوتاه، میانی و بلند میدان ثقل زمین می باشد. مدل سازی طول موجهای کوتاه میدان ثقل زمین برای کل جهان، نیازمند مشاهدات ثقلی زمینی در تراکم متناسب با قدرت تفکیک طیفی مدل، در گستره تمام خشکیها و دریاهای کره زمین است. بهمنظور جمع آوری اطلاعات گرادیومتری در خشکیها، از دستگاههای گرادیومتری زمینی استفاده میشود. یکی از اساسی ترین موضوعات در اندازه گیری داده های ثقل، ثبات دستگاه در طول زمان مشاهده است و از آنجا که انجام مشاهدات گرانی در دریا بر روی سکوی متحرک (کشتی) صورت می گیرد، لذا اندازهگیریهای گرادیومتری در سطح دریا همواره سطح نویز بالایی را به همراه دارند. از دیگر معایب دادههای بهدست آمده از روشهای ثقلی دریایی می توان به عدم هم زمانی دادههای جمعآوری شده بهدلیل وسعت دریاها و سرعت کم کشتی ها اشاره کرد. از این رو افزایش مشاهدات و پوشش داده های جاذب? دریایی، و نیز یافتن راه حل هایی جایگزین برای تأمین مشاهدات گرانی مورد نیاز، از موضوعات روز در تحقیقات ژئودزی و ژئوفیزیک جهانی به شمار می رود. برای سالهای متمادی، عدم امکان مدل سازی صحیح طول موجهای بلند مدلهای ژئوپتانسیلی جهانی، مهمترین محدودیت در مدل سازی صحیح میدان ثقل زمین و تعریف ژئوئید دقیق بهشمار میرفت. در سالهای اخیر، با پرتاب ماهواره های ثقلسنجی دقت تعیین و مدل سازی طول موجهای بلند میدان ثقل زمین بهبود قابل ،GHAMP و GRACE ،GOCE ملاحظهای پیدا کرده است. تفکیک فرکانسهای میانی نیازمند ثقل سنجی هوایی، و طول موجهای کوتاه میدان، مستلزم انجام مشاهدات زمینی است. امروزه با وجود مشاهدات ارتفاعسنجی ماهوارهای با دقت و رزولوشن مکانی بالا، منبعی غنی از اطلاعات برای تکمیل طول موجهای کوتاه میدان ثقل زمین در دریاها و تعیین ژئوئید دریایی، در اختیار است. این مشاهدات برای مدل سازی فرکانس های بالای میدان ثقل در مناطق دریایی، جایگزین مناسبی برای داده های گرانی دریایی محسوب میشوند. به طور کلی، دقت اندازه گیری های ماهواره ای ارتفاعسنجی در حد سانتی متر است که این دقت در مناطق ساحلی به دسی متر کاهش پیدا می کند. این دقت در فضای هندسی برابر است با میکروگال در فضای جاذبه. بنابراین داده های ارتفاعسنجی منبع نسبتاً دقیقی برای مطالعات میدان جاذب? زمین است. ژئوئید بهدست آمده از ارتفاعسنجی ماهواره ای با استفاده از عکس فرمول برونز بیضوی به مقادیر پتانسیل ثقل بر روی سطح همپتانسیل در میدان مرجع تبدیل می شود. پس از حذف اثر جهانی میدان مرجع از روی این پتانسیل، مقادیر پتانسیل جاذب? تفاضلی به عنوان دادههای مرزی در مسأل? مقدار مرزی دیریکله به د ست میآیند. در این تحقیق، برای حل مسأل? مقدار مرزی دیریکله از توابع اسپیلاین هارمونیک استفاده شده است. با توجه به کارایی پایین بسط هارمونیکهای کروی بهعنوان توابع پایه در مدل سازی محلی میدان ثقل زمین و نیز سطح بالای نویز مشاهدات گرانی دریایی، در این پایان نامه روشی جدید برای محاسب? تانسور گرادیان جاذبه در سطح دریا بر اساس ارتفاع سنجی ماهواره ای و توابع اسپیلاین هارمونیک معرفی شده است. نتایج حاصل از به کارگیری کرنلهای مختلف در مدل سازی محلی میدان ثقل زمین با استفاده از توابع اسپیلاین هارمونیک ارائه و به صورت آماری مقایسه شده اند. نتایج حاصل نشان می دهد که هر سه کرنل آبل پواسن، سینگولاریتی و لگاریتمی، قابلیت بالایی در مدلسازی محلی تابعک هم جنس با دادههای مرزی دارند. از طرفی، بر خلاف کارایی بالای کرنل های آبل پواسن و سینگولاریتی در مدلسازی مشتقات مرتبه اول و دوم پتانسیل جاذبه، کرنل لگاریتمی مدلسازی ایده آلی را برای این تابعکها نتیجه نمیدهد.
- Abstract
- Application of the gradiometry technique has been taken into much consideration in the study of the Earth’s gravity field in different Earth sciences such as exploration of subsurface resources, including energy resources. Modelling of the Earth’s gravity field requires ground-based, aerial and spaceborne observations to complete low, medium and high frequencies of the Earth’s gravity field. Modelling the short wavelengths of the gravity field requires ground-based gravity observations with sufficient density proportional to the spectral resolution of the model in the full extent of lands and oceans across the world. Gradiometry instruments are used to obtain gradiometry observations in land. A main issue in measuring the gravity data is the instrument stability in time; since the marine gravity observations are performed on the mobile platform of the ship, such measurements always contain high levels of noise. Another problem with marine gravity techniques is lack of synchronization between the measured data due to large extent of the oceans and the low velocity of the ships. Thus, increasing the marine gravity observations and covering gravity data in the oceans, as well as finding alternative solutions to provide the required gravity observations, are among recent topics in geodetic and geophysical studies. Inability to correctly model the long wavelengths of the global geopotential models has been considered the most important limitation in modelling the gravity field and defining an accurate geoid. In recent years and after the launch of gravimetry satellites GOCE, GRACE and CHAMP, the accuracy of the determination of long wavelengths has significantly improved. Distinguishing the medium frequencies needs aerial gravimetry, and recognizing the short wavelengths requires ground-based measurements. Today, with the advent of satellite altimetry observations with high accuracy and resolution, a valuable source of information is available to fill in the short wavelengths of the gravity field in oceans and to determine the marine geoid. These observations serve as good alternatives to marine gravity data for modelling high frequencies of the gravity field in oceans. In general, the accuracy of satellite altimetry data is of the order of centimetre, and reduces to decimetre order in coastal areas. Such accuracy in the geometric space is equivalent to microgal accuracy in gravity space; therefore, one can see altimetry data as relatively accurate source of information for studying the gravity field. The geoid undulation determined from the satellite altimetry is converted into the gravity potential on the equipotential surfaces in the reference field using the inverse of Bruns Formula. After removing the global effect of the reference field from this potential, the differential gravity potential values are derived as the boundary values in the Dirichlet boundary value problem. In this thesis, spline harmonic functions are used to solve the Dirichlet boundary value problem. Since the spherical harmonic expansion is of low efficiency as basis functions in local modelling of the gravity field, and also because of the high level of noise in marine gravity observations, a new method is introduced in this thesis to determine the gravity gradient tensor at sea surface based on satellite altimetry and harmonic spline functions. The results from using different kernels in local modelling of the Earth’s gravity field using harmonic splines are presented and compared statistically. The results show that all the three Abel-Poisson, singularity and logarithmic kernels have high capabilities for local modelling of the functional of the same type as the boundary data. However, unlike the high efficiencies of the Abel-Poisson and singularity kernels in modelling the first and second derivatives of the gravity potential, the logarithmic kernel cannot give an ideal modelling for these functionals.
