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基于ICESat-2多波束激光测高数据的全球海洋重力异常反演分析

摘要：卫星测高技术是获取精细海洋重力数据的重要技术手段之一。常规卫星测高反演海洋重力异常主

要是利用沿轨测高数据，而跨轨数据因较长的时间间隔或者稀疏的地面轨间距往往不能用于海洋重力异常

反演，进而影响了海洋重力异常模型精度的进一步改善。新型激光测高ICESat-2能够同时获得3对光束观

测数据，相邻激光束的地面间距约为3km，为结合跨轨数据改善海洋重力异常模型提供了可能。本文首先

给出了集成沿轨和跨轨数据反演海洋重力异常的处理策略；然后，分别利用沿轨数据和集成的数据构建了

ICESat-2全球海洋重力异常模型（IS2Gra_alo和IS2Gra_alo_acr），结果表明通过补充跨轨数据能够有效提

高沿轨数据反演海洋重力异常的精度，并验证了ICESat-2测高数据反演全球海洋重力异常的可靠性。此

外，本文还探讨了ICESat-2不同跨轨数据组合对海洋重力异常模型反演精度的影响，在沿轨数据的基础上

集成适当距离的跨轨观测数据能够有利于改善海洋重力异常模型的精度。本文研究为后续SWOT宽刘幅

测高数据和我国双星跟飞模式测高数据反演海洋重力异常模型提供了参考意义。

关键词：ICESat-2；卫星激光测高；海洋重力异常；垂线偏差；海面高

海洋重力是海洋环境信息的重要组成部分，精数据[7-8]。由于重力卫星观测主要获取中长波重力

确的构建海洋重力模型在地球重力场建模、海底信号，而卫星测高反演技术能够获取中短波重力信

地形反演[2]、地质构造探测[3]及水下匹配导航［4]等

号，因此卫星测高技术对于反演全球海洋重力场具

方面具有重要的意义。目前，获取海洋重力数据的有独特的优势[9-1。

手段主要有基于海洋重力仪的观测（包括船载、机自20世纪70年代测高任务执行以来，测高数

载及固定海底的重力仪观测等）、重力卫星观测和据在海洋重力异常反演方面就展现了巨大的应用

卫星测高反演技术等[5-6]。基于海洋重力仪的观测潜力[12-14]。随着卫星测高技术和测高任务的发展，

主要获取航迹线上的高精度重力数据，在获取全球测高数据质量和数据量都得到了极大提升[15-161，相

或大范围的海洋重力数据时效率较低，并且受地缘应的海洋重力异常模型反演精度相比早期的模型

政治因素的限制,重力卫星观测和卫星测高技术不也得到了极大改善[17-18]。然而，目前卫星测高反演

受观测条件的限制能够高效地获取全球海洋重力海洋重力异常主要是利用沿轨的相邻观测数据，而

第2期李真，等：基于ICESat-2多波束激光测高数据的全球海洋重力异常反演分析253

跨轨观测数据由于兼顾轨迹覆盖密度存在长时间沿轨7km范围内的海面光子数据来获得平均的海

间隔引起的海面时变误差，导致跨轨方向的观测数面高。因此，本文使用的海面高信息是有效顾及了

据并不能充分利用[19-201]。考虑到卫星运行轨道通ICESat-2光子计数激光的海水穿透性。

常设计为南北向（已有测高任务的轨道倾角通常要ATL12产品中提供了3对波束（每对为强波

≥66°），由沿轨数据解算的垂线偏差南北分量和东束-弱波束)的海面高观测数据，海面高已进行了必

西分量精度并不均衡，极大地限制了海洋重力异常要的地球物理校正、大气延迟改正和海况偏差校正

反演精度的进一步改善[21-2]。此外，大多数测高数等，该产品可通过NASA的Earthdata获取（https://

据主要由雷达信号测量，在靠近陆地、岛屿的复杂search.earthdata./)。在海洋区域，

海域，雷达信号极易受到非同质反射面的干ATL12的弱波束数据只有少量的数据量,因此本次

扰[23-21，导致海面高观测的数据质量和数据量明显试验主要基于3个强波束（gtl、gt2、gt3）的观测数

降低，从而也影响了复杂海域海洋重力异常模型的