Enhanced Recovery of Gravity Fields from Dense Altimeter Data

This paper presents a procedure to recover sea surface heights (SSH) and free-air (FA) gravity anomalies from dense satellite altimeter SSH data with enhanced accuracies over the full spectrum of the gravity field. A wavenumber correlation filtering (WCF) of co-linear SSH tracks is developed for the coherent signals of sub-surface geological masses. Orbital cross-over adjustments with bias parameters are applied to the filtered SSH data, which are then separated into two groups of ascending and descending tracks and gridded with tensioned splines. A directional sensitive filter (DSF) is developed to reduce residual errors in the orbital adjustments that appear as track patterned SSH. Finally, FA gravity anomalies can be obtained by the application of a gradient filter on a high resolution estimate of geoid undulations after subtracting dynamic sea surface topography (DSST) from the SSH. These procedures are applied to the Geosat Geodetic Mission (GM) data of the southern oceans in a test area of ca. $900km\;\times{1,200}\;km$ to resolve geoid undulations and FA gravity anomalies to wavelengths of-10 km and larger. Comparisons with gravity data from ship surveys, predictions by least squares collocation (LSC), and 2 versions of NOAA's predictions using vertical deflections illustrate the performance of this procedure for recovering all elements of the gravity spectrum. Statistics on differences between precise ship data and predicted FA gravity anomalies show a mean of 0.1 mgal, an RMS of 3.5 mgal, maximum differences of 10. 2 mgal and -18.6 mgal, and a correlation coefficient of 0.993 over four straight ship tracks of ca. 1,600 km where gravity changes over 150 mgals.

본 연구에서는 고밀도 해면고도 자료를 이용하여 모든 스펙트럼에 걸쳐 정밀도가 향상된 해면고도와 중력이상을 계산하였다. 평형 위성궤도상의 해면고도 자료에 주파수 영역에서의 상관계수를 이용한 필터를 적용하여 표층 지각구조에 의한 중력 시그날을 추출하였다. 교점오차를 보정하여 편향 위성궤도 오차를 수정하였으며 그 결과로 상향및 하향궤도별로 격자상의 중력 시그날을 계산하였다. 또한 방향성 제거 필터를 사용하여 잔재하는 방향성 궤도오차를 수정하였다. 그 결과에 dynamic sea surface topography를 제거하면 지오이드가 되는데 이 지오이드에 gradient 필터를 적용하여 고분해능 중력이상값을 계산하였다. 이 방법들을 약 $900km\;\times{1,200}\;km$지역의 Geosat Geodetic Mission 자료에 적용하여 약 10 km의 분해능을 갖는 지오이드와 중력이상을 계산하였다, 정확한 선상중력 자료와 least squares collection에 의한 중력이상, 그리고 NOAA의 중력이상값들과 비교, 검토하였다 약 1,600 km에 걸쳐 150 mgal의 중력변화가 있는 선상중력 측선에서 , 본 연구 결과의 중력이상값과 고정밀도 선상중력값을 비교한 결과, 차이의 평균은 0.1 mgal, RMS는 3.5 mgal, 그리고 최대차이는 10.2 mgal과 -18.6 mgal이고, 상관계수는 0.993이었다.