Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực bằng số liệu đo cao vệ tinh trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:170

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án "Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực bằng số liệu đo cao vệ tinh trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam" được hoàn thành với mục tiêu nhằm xác lập được cơ sở khoa học, xây dựng các giải pháp xử lý số liệu đo cao vệ tinh nhằm nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực trên biển nói chung và trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ, nói riêng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực bằng số liệu đo cao vệ tinh trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT PHẠM VĂN TUYÊN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC BẰNG SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH TRÊN VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ - VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT PHẠM VĂN TUYÊN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC BẰNG SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH TRÊN VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ - VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Ngành: Kỹ thuật trắc địa- bản đồ Mã số: 9520503 Người hướng dẫn khoa học 1. PGS.TS Nguyễn Văn Sáng 2. TS Vũ Văn Trí Hà Nội - 2023
-i- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Phạm Văn Tuyên
-ii- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i MỤC LỤC .................................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .........................................................................v DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................... xi DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ ................................................................................. xiv DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ..................................................................................... xvi MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC BIỂN BẰNG SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH .....................................................................................................7 1.1. Tổng quan về vấn đề đo trọng lực ở Việt Nam ....................................................7 1.1.1. Khái niệm về dị thường trọng lực ....................................................................7 1.1.2. Tổng quan về vấn đề đo trọng lực ở Việt Nam ...............................................9 1.2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh ....................................................15 1.2.1. Tổng quan về các công trình nghiên cứu trên thế giới ...................................15 1.2.2. Tổng quan về các công trình nghiên cứu trong nước .....................................20 1.3. Hướng nghiên cứu của luận án ...........................................................................23 1.4. Kết luận chương 1 ..............................................................................................24 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC BIỂN BẰNG SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH ......................................................................25 2.1. Kỹ thuật đo cao vệ tinh .......................................................................................25
-iii- 2.1.1. Nguyên lý đo cao vệ tinh................................................................................25 2.1.2. Phương pháp xác định độ cao mặt nước biển bằng số liệu đo cao vệ tinh…..26 2.1.3. Các số hiệu chỉnh trong kết quả đo cao vệ tinh..............................................28 2.1.4. Chương trình đo cao vệ tinh và dữ liệu đo cao vệ tinh ..................................36 2.2. Phương pháp xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh… 40 2.2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp.....................................................................40 2.2.2. Sơ đồ quy trình phương pháp xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh. .................................................................................................................42 2.2.3. Phương pháp xác định độ cao geoid và dị thường trọng lực từ các hệ số hàm điều hòa cầu của mô hình thế trọng trường toàn cầu ...........................................................43 2.2.4. Độ cao địa hình mặt biển trung bình động học .................................................50 2.2.5. Phương pháp bình sai mạng lưới điểm giao cắt để loại bỏ độ cao địa hình mặt biển biến đổi theo thời gian ht .....................................................................................53 2.3. Kết luận chương 2 ..............................................................................................57 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC BIỂN BẰNG SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH....................................58 3.1. Cơ sở lý thuyết về các giải pháp nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh ..........................................................................58 3.1.1. Cơ sở lý thuyết ...............................................................................................58 3.1.2. Sơ đồ quy trình nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh .................................................................................................59 3.2. Giải pháp 1 - kết hợp các loại số liệu đo cao vệ tinh có độ chính xác cao ở chế độ GM để nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực ....................................60 3.2.1. Lựa chọn số liệu của các vệ tinh thực hiện nhiệm vụ trắc địa .......................60 3.2.2. Kết hợp số liệu vệ tinh mới có độ chính xác cao với nhau ............................65
-iv- 3.3. Giải pháp 2 - lựa chọn mô hình thế trọng trường toàn cầu phù hợp với Việt Nam………………………………………………………………………………...67 3.3.1. Kết quả đánh giá độ chính xác của các mô hình thế trọng trường toàn cầu…………….. .......................................................................................................67 3.3.2. Xây dựng chương trình tính độ cao geoid, dị thường độ cao và dị thường trọng lực từ các hệ số điều hòa cầu của mô hình thế trọng trường toàn cầu.. ....................67 3.3.3. Đánh giá độ chính xác các mô hình thế trọng trường toàn cầu EGM2008, GECO, EIGEN-6C4 và SGG-UGM-1 ở khu vực Việt Nam ....................................69 3.4. Giải pháp 3- lựa chọn mô hình mặt biển trung bình động học MDT phù hợp với vùng biển của Việt Nam ............................................................................................75 3.4.1. Phương pháp nội suy độ cao mặt biển trung bình động học hMDT .................75 3.4.2. Đánh giá độ chính xác của các mô hình MDT trên vùng biển Việt Nam… ..75 3.5. Giải pháp 4 - lựa chọn phương pháp chuyển đổi phần dư độ cao geoid sang phần dư dị thường trọng lực...............................................................................................79 3.5.1. Cơ sở lý thuyết phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất .................79 3.5.2. Áp dụng phương pháp Collocation bình phương nhỏ nhất để xác định phần dư dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh ................................................83 3.6. Giải pháp 5 – làm khớp phần dư dị thường trọng lực biển nhận được bằng số liệu đo cao vệ tinh với phần dư dị thường trọng lực đo trực tiếp ....................................88 3.7. Kết luận chương 3 ..............................................................................................92 CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG CÁC GIẢI PHÁP ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC XÁC ĐỊNH DỊ THƯỜNG TRỌNG LỰC BIỂN BẰNG SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH TRÊN VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ - VIỆT NAM ................................................93 4.1. Khu vực nghiên cứu và số liệu thực nghiệm ......................................................94 4.1.1. Khu vực nghiên cứu .......................................................................................94 4.1.2. Số liệu thực nghiệm........................................................................................95
-v- 4.2. Kết quả thực nghiệm của các phương án............................................................99 4.2.1. Thực nghiệm xác định phần dư độ cao geoid. ...............................................99 4.2.2. Xác định phần dư dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh…………...........................................................................................................100 4.2.3. Làm khớp phần dư dị thường trọng lực biển nhận được bằng số liệu đo cao vệ tinh với phần dư dị thường trọng lực đo trực tiếp bằng phương pháp collocation bình phương nhỏ nhất. .....................................................................................................109 4.3. Đánh giá độ chính xác của các kết quả tính dị thường trọng lực bằng số liệu đo cao vệ tinh đã có trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam.....................................120 4.4. Kết luận chương 4 ............................................................................................121 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................123 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ....................125 PHỤ LỤC ................................................................................................................134
-vi- DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên Tiếng Anh Tên Việt nam Archiving, Validation and Trung tâm phân phối dữ liệu đo AVISO Interpretation of Satellite cao vệ tinh Oceanographic Centre National d'Etudes Trung tâm nghiên cứu không CNES Spatiales gian quốc gia Pháp China National Space Cơ quan vũ trụ quốc gia Trung CNSA Administration Quốc Trung tâm Vũ trụ quốc gia Đan DNSC Danish National Space Centre Mạch Thiết bị xác định quỹ đạo và Doppler Orbitography and định vị bằng sóng radio theo DORIS Radiopositiong Integrated by nguyên lý Doppler tích hợp trên Satellite vệ tinh Trường Đại học Kỹ thuật Đan DTU Technical University of Denmark Mạch European Improved Gravity Mô hình trường trọng lực Trái EIGEN model of the Earth by New Đất được cải tiến bằng kỹ thuật techniques mới bởi Châu Âu Mô hình trường trọng lực Trái EGM Earth Gravity Model Đất ERM Exact Repeat Mission Nhiệm vụ lặp lại chính xác European Remote-sensing ERS Vệ tinh viễn thám Châu Âu Satellite ESA European Space Agency Cơ quan vũ trụ Châu Âu FFT Fourier Technique Biến đổi Fourier nhanh GM Geodetic Mission Nhiệm vụ trắc địa GIM Global Ionospheric Modeling Mô hình tầng điện ly toàn cầu
-vii- Chữ viết tắt Tên Tiếng Anh Tên Việt nam Mô hình thế trọng trường toàn GGM Global Geopotential Model cầu Quan trắc trường trọng lực và Gravity field and steady-state GOCE trạng thái ổn định trên đại Ocean Circulation Explorer dương Global Navigation Satellite Hệ thống vệ tinh đạo hàng toàn GNSS Systems cầu GPS Global positioning system Hệ thống định vị toàn cầu GRAVSOFT Gravity prediction Software Phần mềm dự đoán trọng lực Hanoi University of Mining and Trường Đại học Mỏ - Địa chất HUMG Geology Hà Nội International Center for Global Trung tâm quốc tế của các mô ICGEM Earth Models hình Trái Đất toàn cầu Indian Space Research Cơ quan nghiên cứu vũ trụ Ấn ISRO Organisation Độ Phương pháp collocation bình LSC Least Squares Collocation phương nhỏ nhất MDT Mean Dynamic Topography Mặt biển trung bình động học MSS Mean Sea Surface Mặt biển trung bình MSL Mean Sea Level Mực nước biển trung bình National Aeronautics and Space Cơ quan hàng không vũ trụ quốc NASA Administration gia Hoa Kỳ National Geospatial-Intelligence Cục Thông tin Địa lý Quốc gia NGA Agency thuộc Bộ Quốc phòng Mỹ The US National Geophysical Trung tâm dữ liệu Địa vật lý NGDC Data Center Quốc gia Hoa kỳ National Oceanic and Cơ quan quản lý Khí quyển và NOAA Atmospheric Administration Đại Dương Hoa Kỳ
-viii- Chữ viết tắt Tên Tiếng Anh Tên Việt nam Physical Oceanography Trung tâm lưu trữ, phân phối dữ PO. DAAC Distributed Active Archive liệu Hải dương. Center Radar Altimeter Database Hệ thống cơ sở dữ liệu đo cao vệ RADS System tinh Radar RMS Root Mean Square Sai số trung phương Precise Range and Range Rate Thiết bị đo khoảng cách và vận PRARE Equipment tốc xuyên tâm chính xác. Satellite with ARgos and ALtika Vệ tinh Pháp - Ấn Độ với thiết SRAL/SIRAL /Syntetic Interferometric Radar bị đo cao Radar Altika và Altimeter nghiên cứu môi trường Argos. SLA Sea Level Anomaly Dị thường mực nước biển Trạm đo khoảng cách đến vệ SLR Satellite Laser Ranging stations tinh bằng Laser SST Sea Surface Temperature Nhiệt độ bề mặt biển SSH Sea Surface Height Độ cao mặt nước biển Độ cao mặt nước biển đã được SSHcorr Corrected Sea Suface Height hiệu chỉnh TEC Total Electron Content Tổng lượng điện tử US NAVY United States Navy Hải quân Hoa Kỳ Cơ quan vũ trụ Vương Quốc UKSA UK Space Agency Anh Very Long Baseline Kỹ thuật giao thoa với đường cơ VLBI Interferometry sở rất dài
-ix- DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Bảng thống kê các thông tin của các thế hệ vệ tinh đã ngừng hoạt động [54], [58], [62]. ..........................................................................................................37 Bảng 2.2. Bảng thống kê các thông tin của các thế hệ vệ tinh đang hoạt động [54], [58], [62]....................................................................................................................38 Bảng 2.3. Bảng thống kê các mô hình MDT do DTU xây dựng ..............................51 Bảng 3.1. Bảng thống kê các thế hệ vệ tinh khi thực hiện chế độ đo ERM [54], [58], [62] ............................................................................................................................62 Bảng 3.2. Bảng thống kê các thế hệ vệ tinh có chế độ đo GM [54], [58], [62] ........65 Bảng 3.3. Bảng thống kê sai số xác định độ cao mặt nước biển của các vệ tinh thực hiện chế độ đo GM [36], [35], [69]. ..........................................................................65 Bảng 3.4. Bảng thống kê các tham số hình học và vật lý của ellipsoid quốc tế WGS84 và GRS80. .................................................................................................................69 Bảng 3.5. Tóm tắt kết quả so sánh dị thường độ cao tính từ các hệ số hàm điều hòa cầu của các mô hình thế trọng trường toàn cầu EGM2008, GECO, EIGEN-6C4, SGG- UGM-1 với dị thường độ cao được tính từ số liệu GPS - Thủy chuẩn. ....................71 Bảng 3.6. Bảng thống kê kết quả đánh giá độ chính xác các mô hình MDT trên lãnh thổ Việt Nam. ............................................................................................................77 Bảng 4.1. Thống kê tọa độ địa lý của 21 điểm phân định lãnh hải, vùng đặc quyền kinh tế và thềm lục địa giữa hai nước Việt Nam và Trung Quốc trong Vịnh Bắc Bộ ...................................................................................................................................95 Bảng 4.2. Bảng tổng hợp các loại số liệu được sử dụng trong luận án. ....................98 Bảng 4.3. Bảng tổng hợp kết quả tính phần dư độ cao geoid của các phương án ..100 Bảng 4.4. Kết quả tính các giá trị hiệp phương sai thực nghiệm và hiệp phương sai lý thuyết của phần dư độ cao geoid của các phương án. .............................................102
-x- Bảng 4. 5. Kết quả tính các tham số của hàm hiệp phương sai lý thuyết của các phương án .............................................................................................................................105 Bảng 4.6. Thống kê vắn tắt về kết quả phần dư dị thường trọng lực biển (g) được xác định bằng số liệu đo cao vệ tinh theo các phương án ........................................106 Bảng 4.7. Tóm tắt kết quả so sánh phần dư dị thường trọng lực biển tính được bằng số liệu đo cao vệ tinh của 3 phương án tính với phần dư dị thường trọng lực biển đo trực tiếp trên khu vực Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam ........................................................107 Bảng 4.8. Kết quả tính giá trị hiệp phương sai thực nghiệm và hiệp phương sai lý thuyết .......................................................................................................................113 Bảng 4.9. Kết quả tính các tham số của hàm hiệp phương sai lý thuyết ................116 Bảng 4.10. Thống kê vắn tắt về kết quả phần dư dị thường trọng lực biển được xác định bằng số liệu đo cao vệ tinh sau khi được làm khớp với số liệu đo trực tiếp. ..116 Bảng 4.11. Kết quả đánh giá độ chính xác của các phương án tính sau khi đã làm khớp với số liệu dị thường trọng lực biển đo trực tiếp trên khu vực Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam. ........................................................................................................................117 Bảng 4.12. Tổng hợp kết quả đánh giá độ chính xác của các mô hình trường trọng lực toàn cầu DTU10GRA, DTU13GRA, DTU15GRA, DTU17GRA và kết quả của luận án trên phạm vi vùng biển Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam ..............................................120
-xi- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1. Nguyên lý của đo cao vệ tinh (nguồn [62]) ..............................................25 Hình 2.2. Mối quan hệ giữa độ cao mặt nước biển và trị đo cao vệ tinh (nguồn: Internet) .....................................................................................................................27 Hình 2.3. Sơ đồ phân bố các trạm theo dõi quỹ đạo của các vệ tinh đo cao trên toàn cầu (nguồn: [51]) .......................................................................................................27 Hình 2.4. Mô phỏng các số hiệu chỉnh trong đo cao vệ tinh (nguồn [51]). ..............29 Hình 2.5. Số hiệu chỉnh tầng điện ly được tính theo mô hình GIM cho vệ tinh Cryosat – 2/GM (nguồn: [51]) ................................................................................................31 Hình 2.6. Số hiệu chỉnh tầng đối lưu khô được tính theo mô hình áp suất khí quyển ECMWF cho vệ tinh Cryosat – 2/GM (nguồn:[51]) .................................................32 Hình 2.7. Số hiệu chỉnh tầng đối lưu ướt được tính theo mô hình áp suất khí quyển ECMWF cho vệ tinh Cryosat – 2/GM (nguồn: [51]) ................................................33 Hình 2.8. Tổng quan về các chương trình đo cao vệ tinh (nguồn: https://podaac.jpl.nasa.gov/Altimetric_Data_Information). .....................................36 Hình 2.9. Giao diện của chương trình chuyển định dạng dữ liệu .............................39 Hình 2.10. Mối quan hệ giữa các mặt: Topography, Quasi-geoid, Geoid và Ellipsoid [62] ............................................................................................................................43 Hình 2.11. Hệ tọa độ vuông góc không gian ............................................................47 Hình 2.12. Biểu diễn sự biến dạng của Trái Đất do sức hút Mặt Trăng và Mặt Trời (nguồn: [62]). ............................................................................................................49 Hình 2.13. Mô phỏng cung thăng, cung giáng và chênh lệch độ cao tại điểm giao cắt. ...................................................................................................................................53 Hình 3.1. Sự phân bố các vết số liệu của vệ tinh SARAL/AltiKa đo chế độ ERM chu kỳ 2 (a) và chu kỳ 28 (b) trên khu vực Vịnh Bắc Bộ. ...............................................61
-xii- Hình 3.2. Sự kết hợp các vết số liệu của các vệ tinh: Seasat, Geosat và GFO (mầu xanh nước biển); ERS-1, ERS-2, Envisat, Saral/AltiKa, Sentinel-3A và Sentinel-3B (mầu đỏ); TOPEX/Poseidon, Jason-1, Jason-2 và Jason-3 (mầu xanh lá cây) thực hiện nhiệm vụ ERM trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ. ...........................................................63 Hình 3.3. Sự phân bố các vết số liệu của vệ tinh SARAL-DP/AltiKa (đang thực hiện nhiệm vụ GM - chu kỳ 36 (mầu đỏ), 37 (mầu xanh lá cây) và 48 (mầu xanh nước biển)) trên khu vực Vịnh Bắc Bộ. .............................................................................64 Hình 3.4. Sự kết hợp 105 chu kỳ số liệu của vệ tinh Cryosat-2/GM (mầu xanh) và 54 chu kỳ số liệu của vệ tinh SARAL-DP/AltiKa (mầu vàng) trên khu vực Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam. ................................................................................................................66 Hình 3.5. Sơ đồ khối của chương trình Geomat2015. ..............................................68 Hình 3.6. Biểu diễn sự phân bố của 818 điểm đo GPS - Thủy chuẩn (mầu đen) và 31 trạm nghiệm triều (mầu đỏ) trên lãnh thổ Việt Nam.................................................70 Hình 3.7. Giao diện của chương trình Geomat2015 .................................................71 Hình 3.8. Mô phỏng các nguồn dữ liệu phục vụ xác định các hệ số hàm điều hòa cầu của mô hình EIGEN-6C4. .........................................................................................74 Hình 3.9. Biểu diễn các điểm ô mắt lưới ..................................................................75 Hình 3.10. Giao diện của chương trình nội suy GEOIP thuộc gói phần mềm Gravsoft ...................................................................................................................................76 Hình 3.11. Mô hình số DTU15MDT toàn cầu grid (1’x1’) ......................................78 Hình 3.12. Khoảng cầu giữa hai điểm PQ (nguồn [62]) ...........................................86 Hình 3.13. Vòng tròn động bán kính thay đổi (nguồn [3]) .......................................87 Hình 3.14. Giao diện của chương trình EMPCOV, COVFIT và GEOCOL thuộc gói phần mềm Gravsoft. ..................................................................................................88 Hình 4.1. Phạm vi khu vực nghiên cứu (phần Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam) ................94 Hình 4.2. Vị trí các số liệu thực nghiệm ...................................................................96
-xiii- Hình 4.3 Đồ thị hiệp phương sai thực nghiệm và hiệp phương sai lý thuyết tương ứng của số liệu đo cao vệ tinh (Phương án 1)...................................................................101 Hình 4.4. Đồ thị hiệp phương sai thực nghiệm và hiệp phương sai lý thuyết tương ứng của số liệu đo cao vệ tinh (Phương án 2)...................................................................101 Hình 4.5. Đồ thị hiệp phương sai thực nghiệm và hiệp phương sai lý thuyết tương ứng của số liệu đo cao vệ tinh (Phương án 3)...................................................................102 Hình 4.6. Sơ đồ phân bố 2011 điểm dị thường trọng lực đo trực tiếp được sử dụng để làm khớp (mầu tím) trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam. ...............................110 Hình 4.7 Đồ thị của kết quả làm khớp hàm hiệp phương sai lý thuyết với các giá trị hiệp phương sai thực nghiệm của phần dư dị thường trọng lực (Phương án 1). ....112 Hình 4.8. Đồ thị của kết quả làm khớp hàm hiệp phương sai lý thuyết với các giá trị hiệp phương sai thực nghiệm của phần dư dị thường trọng lực (Phương án 2). ....112 Hình 4.9. Đồ thị của kết quả làm khớp hàm hiệp phương sai lý thuyết với các giá trị hiệp phương sai thực nghiệm của phần dư dị thường trọng lực (Phương án 3). ....112 Hình 4.10. Kết quả dị thường biển xác định bằng số liệu đo cao vệ tinh Cryosat – 2/GM và Saral/Altika (Phương án 3) sau khi đã làm khớp với số liệu đo trọng lực trực tiếp được biểu diễn bằng đường bình độ và màu sắc trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam. ................................................................................................................119
-xiv- DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 3.1. Biểu đồ tần suất độ lệch giữa kết quả dị thường độ cao được tính từ các hệ số hàm điều hòa cầu của mô hình thế trọng trường toàn cầu EGM2008 so với các điểm song trùng GPS - Thủy chuẩn. .........................................................................72 Biểu đồ 3.2. Biểu đồ tần suất độ lệch giữa kết quả dị thường độ cao được tính từ các hệ số hàm điều hòa cầu của mô hình thế trọng trường toàn cầu GECO so với các điểm song trùng GPS - Thủy chuẩn. ..................................................................................73 Biểu đồ 3.3. Biểu đồ tần suất độ lệch giữa kết quả dị thường độ cao được tính từ các hệ số hàm điều hòa cầu của mô hình thế trọng trường toàn cầu EIGEN-6C4 so với các điểm song trùng GPS - Thủy chuẩn. ...................................................................73 Biểu đồ 3.4. Biểu đồ tần suất độ lệch giữa kết quả dị thường độ cao được tính từ các hệ số hàm điều hòa cầu của mô hình thế trọng trường toàn cầu SGG-UGM-1 so với các điểm song trùng GPS - Thủy chuẩn. ...................................................................74 Biểu đồ 4.1. Biểu đồ tần suất độ lệch giữa phần dư dị thường trọng lực biển tính được bằng số liệu đo cao vệ tinh và số liệu đo trực tiếp trên khu vực Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam (Phương án 1) .................................................................................................108 Biểu đồ 4.2. Biểu đồ tần suất độ lệch giữa phần dư dị thường trọng lực biển tính được bằng số liệu đo cao vệ tinh và số liệu đo trực tiếp trên khu vực Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam (Phương án 2) .................................................................................................108 Biểu đồ 4.3. Biểu đồ tần suất độ lệch giữa phần dư dị thường trọng lực biển tính được bằng số liệu đo cao vệ tinh và số liệu đo trực tiếp trên khu vực Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam (Phương án 3) .................................................................................................109 Biểu đồ 4.4. Biểu đồ tần suất độ lệch giữa phần dư dị thường trọng lực biển sau khi làm khớp và số liệu đo trực tiếp trên khu vực Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam (Phương án 1)..............................................................................................................................117
-xv- Biểu đồ 4.5. Biểu đồ tần suất độ lệch giữa phần dư dị thường trọng lực biển sau khi làm khớp và số liệu đo trực tiếp trên khu vực Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam (Phương án 2)..............................................................................................................................118 Biểu đồ 4.6. Biểu đồ tần suất độ lệch giữa phần dư dị thường trọng lực biển sau khi làm khớp và số liệu đo trực tiếp trên khu vực Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam (Phương án 3)..............................................................................................................................118
-xvi- DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1. Quy trình phương pháp xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh. ................................................................................................................42 Sơ đồ 2. Quy trình nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh .....................................................................................................60 Sơ đồ 3. Sơ đồ khối của phương pháp làm khớp giữa phần dư dị thường trọng lực nhận được bằng số liệu đo cao vệ tinh với phần dư dị thường trọng lực đo trực tiếp bằng tàu .....................................................................................................................91
-1- MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết đề tài Việt Nam là một đất nước có vùng biển và thềm lục địa rộng lớn với diện tích gấp ba lần phần lãnh thổ trên đất liền. Các yêu cầu về đo đạc, khảo sát trường địa vật lý trong đó có trường trọng lực trên toàn vùng biển luôn là nhiệm vụ quan trọng và cấp bách phục vụ phát triển kinh tế biển, phòng tránh thiên tai, quản lý tài nguyên, môi trường, đảm bảo an ninh và quốc phòng. Đối với Trắc địa, số liệu dị thường trọng lực dùng để nghiên cứu hình dáng, kích thước, thế trọng trường của Trái Đất, thiết lập số liệu gốc cho hệ toạ độ Quốc gia. Đối với Địa vật lý, số liệu dị thường trọng lực được dùng để phân tích cấu trúc vật chất trong lòng đất, lớp vỏ Trái Đất, góp phần thăm dò tài nguyên khoáng sản. Đối với quân sự, số liệu dị thường trọng lực còn có ý nghĩa trong việc xác định quỹ đạo chuyển động của tên lửa đạn đạo. Đối với các vùng biển, số liệu dị thường trọng lực có mối liên hệ mật thiết với địa hình đáy biển, vì vậy nó còn được dùng để nghiên cứu địa hình đáy biển. Đo cao vệ tinh (Altimetry) là một trong các kỹ thuật tiên tiến của thế giới. Các sản phẩm của đo cao vệ tinh được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: Hải dương học, Địa vật lý và Trắc địa… Trong Hải Dương học, số liệu đo cao vệ tinh cho phép xác định các dòng hải lưu, các xoáy nước trên biển, thành lập bản đồ băng biển và băng ở các cực, giám sát băng tan, nghiên cứu thủy triều. Đo cao vệ tinh cũng được ứng dụng để nghiên cứu khí hậu, cảnh báo sóng thần. Trong Trắc địa, từ số liệu đo cao vệ tinh có thể xác định Geoid biển, mặt biển trung bình động học (MDT) và đặc biệt hơn nữa là có thể xác định được dị thường trọng lực biển. Đo cao vệ tinh ngoài công tác nghiên cứu trên biển, hiện nay còn được sử dụng nghiên cứu trong đất liền như: theo dõi mực nước của các dòng chảy, hồ chứa và đầm lầy. Trường trọng lực trên vùng biển Việt Nam có thể được đo đạc, khảo sát bằng các phương pháp đo trực tiếp trên tàu và đo trên máy bay. Tuy nhiên, do điều kiện địa hình và động lực, khí tượng biển phức tạp, nên có chi phí rất cao và thời gian kéo
-2- dài khi khảo sát với mật độ dày đặc trên phạm vi rộng lớn. Trong điều kiện đó thì việc xác định dị thường trọng lực biển bằng phương pháp gián tiếp kết hợp với ứng dụng một số giải pháp để nâng cao độ chính xác kết quả dị thường trọng lực biển được tính bằng số liệu đo cao vệ tinh sẽ là giải pháp khả thi và có tính hiệu quả cao. Xuất phát từ những lý do trên, có thể thấy rằng lựa chọn đề tài luận án tiến sĩ: "Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực bằng số liệu đo cao vệ tinh trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam" sẽ có giá trị khoa học, vừa giải quyết được các vấn đề thực tiễn và đây cũng là một vấn đề mới góp phần phát triển khoa học và kỹ thuật của nước nhà. 2. Mục tiêu nghiên cứu Xác lập được cơ sở khoa học, xây dựng các giải pháp xử lý số liệu đo cao vệ tinh nhằm nâng cao độ chính xác xác định dị thường trọng lực trên biển nói chung và trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ, nói riêng. Xác định được dị thường trọng lực biển có độ chính xác tốt hơn ±4mGal cho vùng biển Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam bằng số liệu đo cao vệ tinh. 3. Đối tượng nghiên cứu Phương pháp xác định giá trị dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh; Các giải pháp tính toán nhằm nâng cao độ chính xác của các kết quả dị thường trọng lực biển tính được bằng số liệu đo cao vệ tinh; Các số liệu đo cao vệ tinh, các số liệu đo trọng lực trực tiếp bằng tàu biển; Các số liệu dị thường trọng lực biển được xác định bằng số liệu đo cao vệ tinh. 4. Phạm vi nghiên cứu Trên vùng biển Vịnh Bắc Bộ - Việt Nam; Đối với các loại số liệu đo cao vệ tinh; Mô hình thế trọng trường toàn cầu (GGM); Mô hình mặt biển trung bình động học (MDT).