Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Европейская GPS-сеть (EPN) 9
1.1. Использование GPS для геодинамики 9
1.2. SINEX формат 15
1.3. Организация сети EPN 16
1.4. Обработка данных в центрах анализа EPN 20
1.4.1. Математические методы обработки 21
1.4.2. Регулярные решения 24
1.4.3. Специальные проекты 31
1.5. Проект ИПА РАН 33
Глава 2. Переработка официальных решений EPN 35
2.1. Удаление априорных ограничений 35
2.2. Приведение свободного решения к ITRF 38
2.3. Сравнение результатов 43
2.4. Заключение 48
Глава 3. Комбинированное решение для координат станций EPN 50
3.1. Метод получения комбинированного решения 50
3.2. Удаление выбросов 60
3.3. Стабильность нового решения 61
3.4 Официальное недельное решение после GPS-недели 1302 71
3.5. Сравнение результатов 74
3.6 Заключение 76
Глава 4. Геодинамическая интерпретация 78
4.1. Определение скоростей европейских GPS-станций 78
4.2. Сравнение GPS-и VLBI-данных 87
Заключение 94
Список литературы 96
- Математические методы обработки
- Приведение свободного решения к ITRF
- Официальное недельное решение после GPS-недели 1302
- Определение скоростей европейских GPS-станций
Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Требования к точности определения земной системы отсчета постоянно растут по мере развития прикладных и фундаментальных исследований в различных областях астрономии, геодинамики, геофизики, а также для многих практических приложений в геодезии, космонавтике, изучении природных катаклизмов и в климатологии. Для обеспечения возможности сравнения различных результатов требуется общая система координат. В настоящее время принята международная земная система отсчета (ITRF). Она реализуется в виде координат и скоростей некоторого набора глобально распределенных станций. Наиболее точную реализацию этой системы предоставляет Международная служба вращения Земли и опорных систем координат (IERS). Она вычисляется как комбинация многих глобальных и региональных решений (Altamimi et al., 2002), полученных с помощью различных методов космической геодезии: РСДБ (радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами), LLR и SLR (Lunar and Satellite Laser Ranging), GPS (Global Positioning System) и DORIS (Doppler Orbitography Radio-positioning Integrated by Satellite).
Так как для региональных и локальных исследований плотность станций глобальной сети оказывается недостаточной, для уплотнения сети и улучшения доступности международной земной системы координат организуются региональные сети. Европейская GPS-сеть (EPN - European Permanent Network; Bruyninx, 2004) была организована в 1995 г. и в настоящее время в ней участвует около 180 постоянно наблюдающих GPS-станций. Состав станций не оставался постоянным на всем промежутке времени наблюдений, некоторые станции прекратили свою работу. Всего за всю историю существования сети в ней участвовало около 210 станций. Европейская GPS-сеть координируется подкомиссией по европейской системе координат (EUREF) Международной ассоциации геодезии.
Наблюдения на сети EUREF предоставляют уникальную возможность изучения деформаций земной коры в Европе. Эти наблюдения централизовано собираются и обрабатываются центрами хранения данных и анализа EPN, после чего центр сводной обработки EPN выводит недельные решения и распространяет их в виде SINEX-файлов для свободного использования в научных исследованиях.
Однако анализ этих официальных ттгітгтіптігт ргтттгттшцтптппт.гггпгт на-
I РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ j
I БИБЛИОТЕКА і
1 ! oy-gff/f;
личие скачков и систематических сезонных ошибок, особенно заметных в составляющей по высоте. Эти эффекты вызываются применявшейся при вычислении сводного решения EPN до GPS-недели 1303 (декабрь 2004 г.) методикой обработки, при которой координаты некоторого набора опорных станций фиксировались к значениям координат соответствующей реализации ITRF. Ошибки координат и скоростей опорных станций, пекулярное движение станций, локальные движения земной коры и периодическая смена оборудования на некоторых из них могут приводить к ошибкам в координатах всех станций сети. Из-за последовательной смены опорной системы координат (в разные периоды использовались опорные системы ITRF94, ITRF96, ITRF97, ITRF2000) в рядах координат станций сети наблюдаются значительные скачки, что делает невозможным использование официального решения для исследования движений станций на всем промежутке времени наблюдений.
Начиная с GPS-недели 1303 сводные решения вычисляются с использованием метода минимальных ограничений на координаты опорных станций. Этот метод дает возможность получить неискаженное решение для координат станций сети. Однако более ранние решения не были переобработаны для получения долговременного однородного ряда координат. Для геодинамических исследований некоторое время назад в рамках EUREF был организован специальный проект "Time Series Monitoring", основной задачей которого является получение однородных рядов координат станций европейской GPS-сети. К сожалению, результаты, полученные в рамках специального проекта, доступны только в графической форме на Интернет-сайте Центрального бюро EPN. Таким образом, получение независимых однородных рядов координат станций, доступных в виде SINEX-файлов и пригодных для дальнейших исследований, является актуальной задачей. Полученные однородные ряды координат станций позволяют получить надежные оценки скоростей станций в европейском регионе, а также оценить изменения длин баз между европейскими станциями, что представляет большой интерес для геодинамических исследований.
Цели работы
Основной целью настоящей работы является разработка и исследование практических методов вычисления независимых высокоточных рядов координат станций для геодинамических исследований на основе переработки имеющихся решений для координат станций региональных GPS-
сетей. Для достижения этой цели в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:
-
Разработка методики улучшения официальных решений EUREF в случайном и систематическом отношении; получение с применением этой методики рядов координат всех GPS-станций сети EUREF.
-
Разработка методики получения нового решения для координат станций сети EUREF на основе независимой комбинации результатов отдельных центров анализа; получение с применением этой методики рядов координат всех GPS-станций сети EUREF.
-
Применение полученных рядов координат станций для определения и исследования скоростей станций и длин баз между ними.
Научная новизна работы
-
Разработаны две новые методики повышения систематической точности рядов координат GPS-станций сети EUREF.
-
Впервые получены многолетние систематически однородные ряды координат всех GPS-станций сети EUREF.
-
Проведено сравнение различных методов вычисления рядов координат станций сети EUREF в случайном и систематическом отношении.
-
Получены высокоточные оценки изменения длин баз между европейскими станциями.
-
Получены скорости более 130 европейских GPS-станций.
Научная и практическая значимость работы
-
Разработанные алгоритмы улучшения недельных решений EUREF позволили получить высокоточные систематически стабильные 8-летние ряды координат европейских станций, пригодные для высокоточных геодинамических исследований. Эти алгоритмы пригодны также для обработки наблюдений любых региональных сетей станций.
-
Проведенное сравнение различных методов вычисления сводных решений для координат станций дает важную информацию для их дальнейшего развития.
-
Полученные ряды координат станций представляют собой высокоточные данные для геодинамических исследований в европейском регионе, частично представленных в работе.
-
Результаты сравнения изменений длин баз по GPS- и РСДБ-наблюде-ниям дают важную информацию для изучения систематических ошибок двух методов наблюдений.
-
Результаты определения скоростей более 130 европейских станций позволяют провести анализ движения отдельных частей евразийской тектонической плиты в европейском регионе.
Результаты, выносимые на защиту:
-
Методика улучшения случайной и систематической точности официальных решений для координат станций европейской GPS-сети.
-
Методика комбинации решений отдельных центров анализа для вывода нового сводного решения для координат европейских GPS-станций.
-
Высокоточные систематически однородные ряды координат европейских GPS-станций.
-
Результаты определения и анализа скоростей станций и длин баз.
Апробация работы
Результаты, полученные в диссертации, представлялись на семинарах и Ученых советах ИПА РАН, на отечественных и международных конференциях: Всероссийская астрономическая конференция, Санкт-Петербург, 2001 г; 15th European VLBI Meeting, Испания,2001; IAG Scientific Assembly, Венгрия, 2001; OCCAM Workshop, Австрия, 2002; EUREF Symposium, Португалия, 2002; Journees 2003 "Astrometry, Geodynamics and Solar System Dynamics: from milliarcseconds to microacrseconds", Санкт-Петербург, 2003; EUREF Symposium, Испания, 2003; EGU General Assembly, Австрия, 2005; Всероссийская конференция "Фундаментальное и прикладное координат-но-временное обеспечение", Санкт-Петербург, 2005; IERS Workshop on Combination, Германия, 2005.
Публикации и вклад автора
Материалы диссертации опубликованы в 14 работах (8 статьях и 6 тезисах) общим объемом 96 страниц, из которых 12 написаны совместно с другими авторами. В совместных работах [1, 4, 5, 7, 8] автором были вычислены долговременные однородные ряды координат для европейских GPS-станций, в работах [2, 3, 9, 10] автором было проведено исследование
и разработка методики получения однородных решений на основе переработки официальных комбинированных решений для координат европейских GPS-станций, в работе [11] автором были описаны результаты, относящиеся к вычислению рядов координат станций сети EUREF, в работе [13] автором было проведено исследование и разработка методики получения нового комбинированного решения на основе недельных решений отдельных центров анализа, в работе [14] автором получены систематически однородные ряды координат станций европейской GPS-сети и проведено исследование скоростей этих станций.
Объем и структура диссертации
Математические методы обработки
Однако плотность станций, входящих в систему ITRF, недостаточна для региональных и локальных исследований. Для уплотнения глобальной сети станций и улучшения доступности ITRF для пользователей организуются региональные сети (Feriand et al., 2002). Региональная сеть может быть определена, как сеть, покрывающая только некоторую часть земного шара, в которой расстояния между станциями варьируются от 100 до 1000 км. Метод GPS широко используется для создания региональных сетей, так как он сравнительно прост в применении, относительно недорог, и продукты IGS свободно доступны всем пользователям. Существует несколько постоянных региональных GPS-сетей в Европе, Северной Америке и отдельных странах.
Данные, полученные на региональных GPS-сетях, обрабатываются с использованием орбит и ПВЗ, предоставляемых IGS, чего теоретически должно быть достаточно для того, чтобы координаты станций региональных сетей были точно выражены в ITRF (Angerman et al., 2004). Однако практически оказывается, что это утверждение более-менее верно только для ориентации системы координат, в то время как ее начало и масштаб могут сильно отличаться от начала и масштаба ITRF (Altamimi, 2002). Поэтому для различных геодинамических исследований координаты станций региональных или локальных сетей должны быть более надежно привязаны к глобальной сети ITRF. Имеется несколько методов такой привязки, но независимо от выбранного в каждом конкретном случае способа рекомендуется использовать для привязки некоторый набор стабильных опорных станций, входящих в ITRF. Опорные станции должны удовлетворять следующим основным требованиям: 1) они должны быть по возможности однородно распределены по региональной сети; 2) они должны иметь длительную наблюдательную историю (не менее трех лет) для уверенного определения скоростей; 3) их поведение должно достаточно точно описываться линейной моделью, представленной в каталоге ITRF. Выбранные опорные станции, используемые для привязки к глобальной сети, должны находиться под постоянным наблюдением для выявления возможных различий между ITRF и региональным решением. Если координаты какой-то станции начинают значительно уклоняться от значений ITRF (что иногда случается, например, при смене оборудования), то она должна быть исключена из набора станций, по которым производится приведение регионального решения к системе ITRF. Имеется два основных метода привязки региональной сети к ITRF: 1) фиксирование координат некоторого набора станций к значениям, данным в ITRF. Наложенные ограничения должны быть достаточно мягкими, чтобы их можно было удалить, не внося искажений в решение (Mareyen and Becker, 2000; Altamimi, 2002); 2) приведение регионального решения в ITRF с помощью параметров трансформации, которые определяются по стабильным ITRF станциям, входящим в региональную сеть. Первый метод является наиболее простым в применении, однако при этом координаты опорных станций не оцениваются, а также получаемое решение может искажаться из-за неточностей координат и скоростей опорных станций, данных в ITRF (Панафидина, Малкин, 2004). При использовании второго метода возможные искажения геометрии региональной сети минимальны, однако существенную роль играет выбор станций, по которым вычисляются параметры трансформации регионального решения в ITRF.
Долговременные ряды координат станций, полученные по GPS-наблюдениям, можно использовать для изучения глобальных тектонических движений, а также локальных и региональных деформаций земной коры. Европейский регион является одним из наиболее интенсивно изучаемых районов земного шара с точки зрения региональной геодинамики. Здесь расположены около 160 постоянно работающих GPS-приемников, около 10 РСДБ-станций и более 10 SLR-станций, не считая временных станций, особенно вокруг Средиземного моря. Накоплен и регулярно обрабатывается большой массив наблюдательных данных. При этом в последнее время большое внимание уделяется сравнению результатов, получаемых разными методами космической геодезии.
Для обеспечения возможности передачи результатов обработки наблюдений любым методом космической геодезии в рамках IGS в 1995 году был разработан SINEX формат (Solution/Software Independent Exchange). В настоящее время он также используется для передачи результатов обработки наблюдений лазерной локации, РСДБ и DORIS.
Файл в SINEX-формате представляет собой набор отдельных информационных блоков. В частности, в них содержится информация о станциях, приемниках, антеннах, оценки параметров и их ковариационные матрицы. Вся эта информация необходима для анализа и интерпретации полученных результатов. Также SINEX формат предполагает наличие блоков, содержащих полную априорную и статистическую информацию. Априорные координаты, априорные ограничения и априорная ковариационная матрица содержатся в SINEX-блоках SOLUION/APRIORI, SOLUTION/MATRIX_APRIORI. Число наблюдений, число неизвестных параметров и ошибка единицы веса содержатся в SINEX-блоке SOLUTION/STATISTICS. Наличие такой информации о предоставленном решении позволяет удалять априорные ограничения из решений (см. раздел 2.1).
Решения, получаемые центрами анализа EUREF, предоставляются в SINEX-формате первой версии. В настоящее время разработана следующая версия SINEX-формата v.2, в которой предусмотрено наличие блоков, содержащих матрицу нормальной системы без каких-либо наложенных ограничений и правых частей нормальной системы. Наличие этой информации в будущем может заметно упростить переобработку решений.
Европейская земная система координат (European Terrestrial Reference System ETRS89, Adam et al., 2002 ) принята в качестве основы для всех геодинамических проектов на европейской территории. В рамках Международной ассоциации геодезии (International Association of Geodesy) за реализацию ETRS89 отвечает подкомиссия EUREF по европейской системе координат комиссии X по региональным системам координат. Резолюция EUREF от 1990 года определяет ETRS89 как систему координат, совпадающую с международной земной системой координат на эпоху 1989.0 и движущуюся вместе со стабильной частью евроазиатской плиты (Altamimi and Boucher, 2002). Последняя на данный момент реализация ETRS89 была выведена из ITRF2000 при помощи параметров перехода между этими системами (Boucher and Altamimi, 2001). Для реализации ETRS89 и улучшения ее доступности для пользователей в 1995 году была организована европейская GPS-сеть EPN (European Permanent GPS Network; Bruyninx, 2004). Стимулом для развития сети послужило также обращение IGS в 1996 году, приглашающее региональные сети к участию в работе IGS в качестве региональных уплотнений глобальной сети станций. В том же году подкомиссия EUREF была принята IGS как региональный ассоциированный центр анализа IGS (Bruyninx et al., 2001)
Приведение свободного решения к ITRF
GPS-наблюдения дают возможность определять положение геоцентра. Направления осей системы координат и часто масштаб являются параметрами, которые необходимо фиксировать в процессе обработки. При обработке данных с локальных и региональных GPS-сетей положение геоцентра также необходимо фиксировать, иначе нормальная матрица системы будет иметь дефект ранга, равный 7 - три координаты для положения геоцентра, три угла поворота осей системы координат и масштабный коэффициент.
Центры анализа сети EUREF используют орбиты и ПВЗ, вычисляемые IGS. Так как орбиты вычисляются в системе ITRF, получаемые отдельными центрами анализа решения для координат станций оказываются привязанными к соответст вующей реализации ITRF, при этом матрица нормальной системы имеет полный ранг, т.е. теоретически есть возможность получить решение без использования каких-либо дополнительных ограничений. К сожалению, фиксирование орбит дает недостаточную привязку к ITRF (Altamimi, 2002), поэтому при обработке данных большинство центров анализа используют опорные станции, координаты которых принимаются равными с точностью около 0.1-0.01 мм значениям координат ITRF. Центры анализа ВЕК и IGN предоставляли сначала решения, полученные без использования опорных станций (ВЕК до недели 1038, IGN до недели 1257), что приводило к заметному сдвигу полученных координат относительно ITRF.
Каждый центр анализа обрабатывает наблюдения с некоторого набора станций европейской GPS-сети (15% - 35% от общего количества станций сети). Координатор сети EPN определяет станции для каждого центра анализа так, чтобы наблюдения с каждой станции обрабатывались как минимум тремя центрами. Центры анализа получают недельные решения для координат станций своей подсети и предоставляют их в SINEX-формате в центр данных EUREF в Федеральном агентстве геодезии и картографии, Германия (Bundesamt fur Kartografle und Geodasie, BKG), где вычисляются недельные комбинированные решения (Habrich, 2002). Недельные решения отдельных центров анализа находятся в свободном доступе для любых пользователей через Интернет-сайт Центрального бюро EPN. До GPS-недели 1020 комбинированные решения вычислялись в Европейском центре определения орбит (Center for Orbit Determination in Europe, CODE) в Астрономическом институте Бернского университета, Швейцария (Springer et al., 1997; Ineichen and Springer, 1999). Недельные комбинированные решения для координат станций («ITRS time series») являются одним из официальных продуктов, предоставляемых Центральным бюро EPN. Это единственные комбинированные решения, предоставляемые в SINEX-файлах на Интернет-сайте EUREF. Также на сайте для всех станций сети представлены в графическом формате ряды координат, извлеченных из SINEX-файлов.
До GPS-недели 1303 (декабрь 2004 г.) при получении официального комбинированного решения EUREF для лучшей привязки к ITRF использовался под ход, при котором координаты некоторого набора опорных станций фиксировались к значениям ITRF. Начиная с GPS-недели 1303 недельные комбинированные решения вычисляются при помощи метода минимальных ограничений (EUREF mail 2261). Метод минимальных ограничений построен на использовании преобразования Хелмерта для приведения решения к ITRF. При этом параметры трансформации между каждым индивидуальным решением и ITRF вычисляются по некоторому набору опорных станций одновременно с вычислением комбинированного решения. Так как использование метода минимальных ограничений должно давать стабильные и неискаженные координаты станций, далее будут подробно рассмотрены официальные комбинированные решения на промежутке времени от GPS-недели 900 (апрель 1997 г.) до GPS-недели 1302 (декабрь 2004г.). Решения, относящиеся к более раннему времени, не рассматривались, так как всего несколько центров анализа участвовало в обработке, не было общих правил и рекомендаций, что приводило к весьма ненадежным результатам.
Анализ официальных недельных решений за промежуток времени начиная с GPS-недели 900 по неделю 1302 показывает наличие скачков и систематических сезонных ошибок, особенно заметных в составляющей по высоте. Эти ошибки могут быть вызваны применяемой процедурой обработки наблюдений, при которой координаты опорных станций фиксируются к значениям координат в текущей реализации ITRF, так как ошибки моделирования движений станций вызывают искажения всей системы координат. Ошибки в координатах опорных станций, пекулярное движение станций, локальные смещения земной коры и периодические смены оборудования могут приводить к ошибкам в координатах всех станций сети, причем это искажение системы координат будет увеличиваться к краям сети, особенно если большинство опорных станций находятся в центральной части сети. На рисунке 3 представлены 12 станций, использовавшихся в качестве опорных при получении недельных комбинированных решений до GPS-недели 1302. С началом использования метода минимальных ограничений список опорных станций, по которым вычисляются параметры Хелмерта, был расширен, начиная с GPS-недели 1311 к опорным станциям были добавлены еще 7 станций. Состав опорных станций не оставался постоянным на всем промежутке времени, также последовательно менялись реализации ITRF. В табл. 1 приведен список опорных станций в недельных комбинированных решениях.
Изменения в составе опорных станций и особенно последовательная смена реализаций земной системы координат приводит к скачкам в рядах координат станций, полученных из официальных недельных решений. Это делает невозможным использование официального решения для исследования движений опорных станций на всем промежутке времени наблюдений. Кроме того, официальные недельные решения не содержат никакой информации о смещениях опорных станций, так как их координаты фиксировались к значениям ITRF. На рисунках 4 и 5 приведены в качестве примера временные ряды координат для станций WTZR (Wettzell, Германия) и ZIMM (Zimmerwald, Швейцария), извлеченных из официальных недельных решений EUREF (http://www.epncb.oma.be/_dataproducts/ timeseries/seriessinex.html). Станция WTZR всегда использовалась в качестве опорной, ее координаты представлены прямыми линиями, показывающими линейное движение станции со скоростью, приведенной в ITRF. Скачки в координатах станции возникают при при смене реализации ITRF. Станция ZIMM использовалась в качестве опорной до GPS-недели 1020 (середина 1999 г.). Хорошо заметная годовая волна в составляющей по высоте, появляющаяся в координатах станции ZIMM после того GPS-недели 1020, в большой степени может быть объяснена ошибкой в моделировании приливов в теле Земли в пакете Bernese.
Официальное недельное решение после GPS-недели 1302
Отметим некоторые характеристики последнего решения (17). Оно является более полным: получены реальные изменения координат всех станций, в том числе опорных, которые невозможно получить из официальных решений EPN, например WTZR (Wettzell, Германия) и ZWEN (Звенигород, Россия), координаты которых в решениях EPN представлены прямыми линиями, т.е. моделью, соответствующей версии ITRF; в основном исправлены сезонные ошибки для ряда станций, например SVTL (Светлое, Россия).
Что касается последнего, определение того, является ли обнаруженная сезонная составляющая в изменении координат станций реальным геофизическим сигналом или артефактом, вызванным методическими ошибками обработки, не всегда оказывается простой задачей. В данном случае мы сравнивали полученные ряды координат станций с данными глобальной обработки, проведенной в CODE, в которых сезонные составляющие в вариациях координат изучаемых здесь станций (Светлое, Зеленчукская и др.) практически отсутствуют (T.Springer, личное сообщение). Из приведенных примеров видно также, что в последних трех решениях обнаруживаются одни и те же характерные детали поведения станций, хотя, конечно, имеются и определенные отличия, вызванные особенностями применяемых методов обработки.
Сравнение трех рядов координат, полученных в ИПА РАН, с официальными рядами координат показано в табл. 2. В нее включены 10 станций, присутствующих во всех четырех решениях и не используемых в качестве опорных в решении EPN. В таблице содержится вариация Аллана изменений координат станций в локальной (East-North-Up)-CHCTeMe. Применение вариации Аллана в данном случае позволяет получить оценку случайной ошибки координат станций без необходимости задания модели тренда и долгопериодических вариаций. Сравнение показывает, что решение 17, полученное с использованием 7 параметров трансформации при переводе «свободного» решения в систему ITRF2000, имеет наименьшую случайную ошибку. Также из рисунков 18-23 видно, что сезонные вариации для полученных решений имеют меньшую амплитуду, чем официальные решения. Конечно, это может означать просто потерю геофизического сигнала, но сравнение с другими рядами координат Центрального бюро сети EUREF, доступными на веб-сайте EPN (например, CLEANED Time Series ), и глобальными решениями (Т.Шпрингер, личное сообщение) показывает, что сезонная компонента, наблюдаемая в официальных недельных решениях, вероятнее всего вызвана систематическими ошибками, появляющимися из-за ошибок моделирования движений опорных станций.
Вопрос об использовании преобразования Хелмерта с 6 или 7 параметрами при переводе «свободного» решения в опорную систему координат требует более тщательного рассмотрения. Надо отметить, что использование 6 параметров трансформации (3 параметра сдвига и 3 параметра поворота) является необходимым при любом преобразовании геоцентрических систем координат. Необходимость использования седьмого параметра (масштаба) не всегда очевидна, особенно для GPS-данных, которые в принципе подвержены ошибкам масштаба из-за наличия и корреляции инструментальных и атмосферных ошибок. Поэтому при обработке GPS-наблюдений всегда трудно разделить реальные изменения масштаба сети от видимых, определяемых методическими ошибками. По этой причине вопрос преобразования масштаба всегда должен рассматриваться особо. Хотя на первый взгляд целесообразнее применять преобразование с 6 параметрами для глобальных сетей, а преобразование с 7 параметрами больше подходит для региональных данных. Также известно, что параметры вращения и переноса сильно коррелируют между собой, что вызвано географическим расположением сети EUREF. Однако европейская GPS-сеть все же покрывает довольно большую площадь, и использование неполного набора параметров не позволяет надежно привести координаты станций сети в ITRF2000.
В заключение можно сказать, что в результате проведенной работы разработана методика, позволяющая получать независимые однородные ряды координат региональных сетей GPS-станций. Применение этой методики к решениям для координат станций GPS-сети EUREF позволило получить высокоточный ряд координат европейских станций, более длинный, чем существующие, и доступный в SINEX-формате, что позволяет использовать его в различных геодинамических исследованиях. На основе изложенных алгоритмов разработано и введено в эксплуатацию соответствующее программное обеспечение. Были переобработаны официальные комбинированные решения EUREF для GPS-недель 900 - 1302. Новые решения, полученные с использованием 6 и 7 параметров перехода от свободных решений к ITRF2000, доступны в виде недельных SINEX-файлов через Интернет-сайт ИПА РАН.
Полученное в предыдущей главе решение показывает хорошую стабильность в случайном отношении, однако оно было получено на основе официальных недельных комбинированных решений, что может вызывать систематические сдвиги относительно ITRF2000. Для большего контроля над систематической стабильностью получаемого решения в этой части работы было получено новое комбинированное решение для координат станций сети EUREF.
Перед комбинированием индивидуальных решений отдельных центров анализа все явные априорные ограничения на координаты станций удалялись по формулам (2.3), (2.4) из каждого решения для данной GPS-недели. Решения центров анализа ASI и DEO не использовались для комбинации, так как эти центры анализа не предоставляют статистической информации (такой как число наблюдений и ошибка единицы веса), необходимой для удаления априорных ограничений. Решения всех остальных центров анализа были использованы для получения комбинированного решения. Средние ошибки координат станций отдельных центров анализа показывают скачки при изменениях в методе обработки данных. Например, на рисунке 25а приведены средние ошибки координат станций для центра анализа BKG, где до GPS-недели 920 для привязки решения к соответствующей реализации ITRS координаты нескольких опорных станций фиксировались, для GPS-недель 921 - 1129 на координаты всех станций подсети накладывались свободные ограничения (1 м), а начиная с GPS-недели ИЗО опять использовалось несколько опорных станций с жесткими ограничениями (0.01 мм). Средние формальные ошибки координат для решения с жесткими ограничениями оказываются нереалистично маленькими (меньше 1 мм). Поэтому в данном случае, в отличие от метода, описанного в главе 2 (п.2.1), после удаления априорных ограничений ковариационные матрицы свободных решений не масштабировались таким образом, чтобы средняя ошибка координат станций после удаления ограничений равнялась средней ошибке координат станций до удаления ограничений.
Определение скоростей европейских GPS-станций
Для наглядности на рисунке 75 приведены горизонтальные скорости станций сети EUREF. Для сравнения полученных скоростей с геологическими данными на рисунке 76 приводятся линейные скорости станций по отношению к модели NNR-NUVEL-1A, а также границы тектонических плит. В основном, полученные скорости европейских GPS-станций хорошо согласуются (на уровне порядка 1 мм/год) с моделью NNR-NUVEL-1A для евразийской плиты. Также можно наблюдать дифференциальное движение отдельных блоков евразийской плиты, например, в Скандинавии и районе Средиземного моря.
Из таблицы и рисунка 4 видно, что скорости некоторых станций заметно отличаются от значений скорости по модели NNR-NUVEL-1A. В основном такие станции расположены либо не на евразийской плите, либо близко к границе тектонических плит. Например, скорости станций ANKR (Турция), KELY (Гренландия), QAQ1 (Гренландия), REYK (Исландия) показывают значительное расхождение ( 2 см/год) со скоростями модели NNR-NUVEL-1А для евразийской плиты, так как расположены на других плитах. Станции, расположенные в зоне Средиземноморья близко к границам тектонических блоков (например, итальянские станции LAMP, NOT1, МАТЕ), где идут активные геологические процессы, также показывают заметное расхождение скоростей с моделью.
На рисунке 77 представлены вертикальные скорости станций. Видно, что в основной части европейского региона вертикальная скорость отрицательна, что соответствует опусканию южной части Европы. В то же время в Скандинавии вертикальные скорости всех станций положительны, что может быть объяснено эффектом постледникового поднятия.
В заключение можно отметить, что хотя плотность станций сети EUREF недостаточна для исследования локальных деформаций земной коры, вызванных тектонической активностью, они предоставляют хорошо определенную систему координат, что позволяет проводить локальные GPS-кампании. Следует отметить, что наблюдаемые изменения координат станций могут вызываться как геофизическими причинами, так и влиянием опорной системы координат, ошибок обработки данных и конфигурацией сети станций. В данной работе получены надежные оценки скоростей станций европейской GPS-сети. Влияние последовательной смены реализаций опорной системы координат было исключено путем получения нового однородного решения, которое было использовано в качестве основы в этом разделе. Локальные эффекты на станциях можно контролировать путем сравнения с поведением станций, расположенных рядом.
Европейский регион является одним из наиболее интенсивно изучаемых районов земного шара с точки зрения региональной геодинамики. Здесь расположены около 160 постоянно работающих GPS-приемников, около 10 регулярно наблюдающих РСДБ-станций и более 10 SLR-станций, не считая временных станций, особенно вокруг Средиземного моря. Накоплен и регулярно обрабатывается большой массив наблюдательных данных. При этом в последнее время большое внимание уделяется сравнению результатов, получаемых разными методами космической геодезии. Данный раздел посвящен определению изменений в длинах баз между европейскими РСДБ- и GPS-станциями и сопоставлению результатов, получаемых методами РСДБ и GPS.
Следует отметить, что наблюдаемые изменения длин баз подвержены, с одной стороны, ошибкам, связанным с недостаточным учетом наблюдательных ошибок, например, температурных деформаций РСДБ-антенн или ошибок моделирования тропосферной рефракции, и, с другой стороны, влиянию ряда недостаточно изученных или недостаточно учитываемых геофизических факторов, приводящих к реальному изменению длин баз, таких как атмосферная и снежная нагрузки, земные приливы, послеледниковое поднятие и др. Важно, что большинство этих влияний содержит как сезонные, так и вековые компоненты.
В этой работе мы анализируем результаты РСДБ- и GPS-наблюдений на 6 европейских станциях, ведущих регулярные наблюдения обоими методами и имеющих достаточно долгую наблюдательную историю. Были получены ряды длин баз между станциями MATE (Matera, Италия), MEDI (Medicina, Италия), NOTO (Noto, Италия), NYAL (Ny-Alesund, Норвегия, Шпицберген), WETT (Wetzell, Германия), ONSA (Onsala, Швеция) на промежутке времени 1997—2005 гг. Затем были оценены их линейные скорости и амплитуды годовой и полугодовой составляющих.
Мы использовали длины баз по РСДБ-данным, полученные в Боннском геодезическом институте в рамках проекта Международной РСДБ-службы IVS (Nothnagel and Vennebuch, 2006) путем комбинации решений нескольких центров анализа. Хотя РСДБ-наблюдения для некоторых станций доступны с начала 1980-х годов, скорости линейного тренда в длинах баз вычислены по периоду наблюдений за 1997- 2005 гг. для более аккуратного сопоставления с GPS-данными. Для вычисления длин баз по GPS-данным были использованы недельные решения, полученные в главах 2 и 3 настоящей работы путем переобработки официальных недельных решений EUREF и комбинации недельных решений отдельных центров анализа EPN.
