基于扰动重力反演海底地形的球面半解析公式推导及其初步验证

The determination of marine topography can provide the foundation for the research of marine navigation, disaster warning and geological exploration. In the research of marine topography inversion based on gravity sources, it is important that how to establish a inversion model. On the basis of the work which includes about the derivation of the spectral and spatial formulas, using gravity disturbance, we take a detailed study on the solution of the Fredholm integral equation for marine topography inversion. In theory, this project is intended to solve: (1) the problem of aspheric error in the inversion model; (2) the problem of lacking of (semi) analytical formula .The main work of this project also includes the validation of the formula. The work of this project is significant for the research of the crustal structure and the dynamics of Earth from the airborne / satellite gravity.

海底地形的确定可以为潜水器导航、灾害预警、地质勘探等研究和应用提供相应依据。在采用重力数据源反演海底地形研究中，如何构建合适的反演模型得到相应的反演公式是制约其解算精度的重要因素。在前人和项目申请人的界面（Moho）频谱域和空间域公式基础上，采用更加适用于大地测量和地球物理学研究的扰动重力作为原始数据，拟详细研究关于海底地形层面反演的Fredholm积分方程在满足精度需求下的空间域近似解。本项目在理论上拟主要解决：（1）反演模型非球面误差问题；（2）反演计算缺乏（半）解析表达式问题。本项目的主要研究工作还包括结合相应数据初步验证局部反演精度等。本项目的工作对推广航空/卫星重力在地壳结构及地球动力学研究中的应用具有一定的意义。

本申请项目属于理论探索课题，其主体思路是通过球谐函数法推导地形起伏（层面厚度）反演的半解析公式。在项目执行过程中，按照研究的实际情况进行了实施。首先，申请人研究了球谐方法用于地形的正演，因为反演是建立在正演的基础上。申请人完成了球谐函数用于地形正演的代码实现，并将其拓展到重力梯度的地形正演计算中；然后，为了解决重力地形反演中存在的非线性项和计算速度问题，同时考虑到球谐方法在局部区域应用时的局限问题，申请人联合Levenberg-Marquardt算法和解析棱柱体模型进行了模拟实验和实际航空重力局部海洋地形反演；最后，申请人采用球谐域的层面反演公式进行了大区域的厚度反演，以GRAIL任务得到的垂直重力梯度数据计算了月球的Moho面起伏。该项目资助发表文章3篇，累计培养研究生2名。项目投入经费11.3171万元，各项目支出基本与预算相符，剩余经费将用于本项目的后续研究。