Atelier moments cinétiques, 2012/11/26, Paris 1 Principe de détermination du champ de gravité à partir des mesures GRACE Equipe de géodésie spatiale du.

Atelier moments cinétiques, 2012/11/26, Paris 1

Principe de détermination du champ de gravité à partir des mesures GRACE

Equipe de géodésie spatiale du CNES Toulouse(1), S. Bourgogne (2), P. Gégout(3), G. Ramillien (3), L. Seoane (3)

(1)CNES/GRGS, Toulouse(2)Noveltis, Ramonville-Saint-Agne(3)GET/OMP/GRGS, Toulouse


Mesures inter-satellites GRACE

(KBR, KBRR)

Mesures accélérométriques

GRACE

Modèles, dont :- Pression atmosphérique

- Réponse océanique

Logiciel de calculd’orbite

Equation normalejournalière




Cumul sur 10 jourset résolution

Solution champ de gravité sur 10 jours


Gravity EIGEN-GRGS.RL02

Ocean tide FES2004 (degree 80)

Atmosphere 3-D ECMWF pressure grids

Ocean mass model MOG2D (non-IB)

Atmospheric tides Bode-Biancale model based on ECMWF press. grids

3rd body Sun, Moon, 6 planets (DE403)

Solid Earth tides IERS Conventions 2010

Pole tides IERS Conventions 2010

Non gravitational Accelerometer data (+biases and scale factors)

SLR stations ITRF2008 coordinates

GPS IGS orbits and CODE clocks

Hydrology ---

Glacial Isostatic Adjustment ---

Dynamical models

Geometrical models

Missing models

RL02 processing standards


Gravity EIGEN-GRGS.RL02 → EIGEN-6S.2

Ocean tide FES2004 (degree 80) → FES2012 (Legos)

Atmosphere 3-D ECMWF pressure grids → each 3hrs

Ocean mass model MOG2D (non-IB) → TUGO (Legos)

Atmospheric tides Bode-Biancale model based on ECMWF press. grids

3rd body Sun, Moon, 6 planets (DE403)

Solid Earth tides IERS Conventions 2010

Pole tides IERS Conventions 2010

Non gravitational Accelerometer data (+biases and scale factors)

SLR stations ITRF2008 coordinates → updated

GPS IGS orbits and CODE clocks → GRGS products

Hydrology --- → GLDAS ?

Glacial Isostatic Adjustment ---

Dynamical models

Geometrical models

Missing models

RL03 processing standards


GRACE● Accelerometer data adjusting 2 biases and 1 scale factor per day and axis ● Derived K-Band Range data adjusting bias, drift, once and twice/rev. parameters per 96 mn● GPS data adjusting real-value ambiguities and GRACE-A/B receiver clocks

LAGEOS-1/2● SLR data adjusting empirical biases in the orbital plane and along-track per 10-day arc as well range biases

Physical parameters present in the normal equations● Gravity spherical harmonic coefficients complete to degree and order 160 (truncated to 30 for LAGEOS processing)● Ocean tides s. h. coefficients for 13 tidal waves with maximum degree/order ≤ 30

Geodetic data in EIGEN-GRGS models


• Independent 10-day solutions from August 2002 till January 2012 (27th) from degree 1 to 50

• Coefficients of degrees 51-160 are substituted by those of the reference model in the inversion

• Constrained towards the periodic gravity field model: EIGEN-GRGS.RL02 (with mean, dot, annual and semi-annual coefficients to d/o 50) according to a posteriori sigmas per degree and order:

Example of EWH variations in March 2004

m

Sigmas applied for the constraint towards EIGEN-GRGS.RL02

EIGEN-GRGS.RL02 10-day models


Annual Semi-annual

Trend Sumatra effect

to be applied before 26/12/2004

EIGEN-GRGS.RL02 static model to degree 160+ secular, periodic and “step” coefficients up to degree 50

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AMPLITUDE SPECTRUM OF VARIABLE FIELD


ANALYSIS OF ALASKA, GREENLAND & ANTARCTICA

Post-Glacial Rebound (PGR) models

ICE4G ICE5G

mm EWH /y ICE4G ICE5G

Alaska +2.0 -0.5

Greenland +9.3 0

Antarctica +7.4 +5.4


+2.e-11 / y-4.e-11 / y

ANALYSIS OF ALASKA, GREENLAND & ANTARCTICA

Influence of C(1,0) and C(2,0)

(km3)Balance w/o

PGRICE4G ICE5G

Balance with ICE5G

Alaska -64.7 +2.4 -0.6 -64.1

Greenland -130.9 +21.4 0 -130.9

Antarctica -56.9 +95.7 +69.8 -126.7

geocenter: 1 mm error 7 cm EWH error on Antarctica

C20: 1.e-11 error (denormalized) +1.7 mm EWH error on Antarctica


Problème des degrés 0 et 1 dans les modèles du champ de gravité terrestre et les champs de

« dealiasing »

• ATM3D : Les champs globaux de pression atmosphérique ATM3D représentent l’écart des valeurs instantanées du modèle ECMWF de pression atmosphérique par rapport à une carte de la valeur moyenne de cette pression sur N années.

• MOG2D : Les champs de la réponse océanique MOG2D au forçage atmosphérique représentent l’écart des valeurs instantanées de ce modèle par rapport à une carte de la valeur moyenne de ce modèle sur N années.

• EIGEN…MF : Les modèles moyens du champ de gravité terrestre représentent donc la gravité de la Terre solide, plus la moyenne de la gravité de ses enveloppes fluides.

• En ce qui concerne les variations temporelles du champ de gravité, on considère que les degrés 0 et 1 de l’ensemble « Terre solide + enveloppes fluides » doivent rester constants (conservation de la masse de l’ensemble du système et caractère inertiel du barycentre de toutes les masses).

• En ce qui concerne les échanges entre ces différents réservoirs, la réalité physique est que les degrés 0 et 1 des réservoirs [Terre solide + Hydro], atmosphère (ATM3D) et « réponse océanique au forçage atmosphérique » (MOG2D) ont des variations temporelles correspondant aux transferts de masse entre ces ensembles.


Situation actuelle Problème ?

Degré 0

Terre solide et hydroValeur constante du GM = 3.986004415e+14 correspondant à l’ensemble Terre + enveloppes fluides

NON

Dealiasing ATM3D global

Le degré 0 instantané des champs ATM3D est non nul et :• il n’est pas utilisé dans GINS,• il n’est pas écrit dans les fichiers shdpib.

NON

Dealiasing MOG2D océans

Le degré 0 instantané des champs MOG2D est non nul et :• il n’est pas utilisé dans GINS,• il est écrit dans les fichiers shdpib.

NON

Degré 1

Terre solide et hydro

Certains modèles moyens (EIGEN…MF) contiennent du degré 1 issu de Lageos ; d’autres (EIGEN-6) ont un degré 1 nul. Quand le degré 1 est présent dans un modèle, il est utilisé par GINS.

OUI : si le degré 1 est absent et qu’on utilise des mesures reliant des stations terrestres au satellite

Dealiasing ATM3D global

Le degré 1 instantané des champs ATM3D est non nul et :• il n’est pas utilisé dans GINS,• il n’est pas écrit dans les fichiers shdpib.

?

Dealiasing MOG2D océans

Le degré 1 instantané des champs MOG2D est non nul et :• il n’est pas utilisé dans GINS,• il est écrit dans les fichiers shdpib.

?

Problème des degrés 0 et 1 dans les modèles du champ de gravité terrestre et les champs de

« dealiasing »








Non linear behaviour of C20

10-day models



trend in modified EIGEN-6 10-day models



new modelling

10-day models

trend in modified EIGEN-6

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