利用卫星测高数据反演中国海及邻近海域海底地形

　　1　引言

　　作为海洋学、海洋地质学、海洋地球物理学和海洋生物学等研究的重要基础资料,海底地形图和海底数字地形模型的构造极为重要。近15年来,随着卫星测高技术的发展,多代大量高精度、高分辨率的卫星测高数据的积累,利用卫星测高数据得到的大地水准面数据或海洋重力异常数据,为成功地用于无图海域的海洋测深预报和海底构造探测提供了一种新的、可靠的构造高分辨率海底地形图的技术和方法。迄今为止,利用多代卫星测高数据已能反演出开阔海域高分辨率的海底地形。

　　目前,利用卫星测高数据反演海底地形常用方法主要有两大类,即解析法和统计法。解析法主要是基于响应函数,利用卫星测高资料所推求的海洋重力异常,并参考海底地形模型反演高分辨率海底地形;统计法主要基于随机过程的最小二乘配置理论。HwangC等分别应用相应方法反演了中国南海及南部大洋的海深[1-12]。虽然上述两种方法得到的海底地形模型,还达不到正式生产海图的精度要求,但前人的研究成果表明,反演结果确实包含了海底地形中的某些细节部分,揭示了部分海域的构造特征及动力学事件。

　　本文利用多颗卫星测高数据得到的海洋重力异常数据,结合中国海及其邻近海域的船测重力异常数据,在ETOPO2v2数字高程模型的基础上,用解析法反演和构造了中国海及其邻近海域的2′×2′海底地形,并对所得到的结果进行了比较和讨论。

　　2　反演海底地形的基本原理与数学模型

　　众所周知,海底是地球固体表面与海水的交界面,如果把海洋深度变化视为海底地形高度的变化,根据物理大地测学,这种变化将引起局部重力场扰动。该扰动与相对应的大地水面高度在线性近似条件下[6],

　　在实际运算过程中,重力异常与海底地形之间的线性关系是不稳定的,直接应用函数表达式进行计算会导致计算结果背离实际值,使计算失败。因而在计算过程中,应通过高斯滤波,将海深分离成长波部分和短波部分,采用“移去-恢复”法获得实际海深[9]。

　　3　海深的计算

　　利用多代卫星测高资料(Geosat、ERS-1/168、T/P数据),通过逆Vening-Meinesz得到的中国海域及邻近海域5′×5′海洋重力异常(图1),并基于NO-AA提供的ETOPO2v2海深模型(图2)确定海深。

　　其计算步骤如下:

　　1)选取Dr=110 km,其中Dr为搜索半径,利用

　　高斯低通滤波将重力异常和ETOPO2v2分成长波部分和短波部分;

　　2)应用残差重力异常(图3)根据式(6)计算残差海深;