Введение 3
1. Геоид и его определение 5
2. Обзор портала ICGEM 15
2.1 Общие сведения 15
2.2 Глобальные модели поля силы тяжести 16
2.2.1 Таблица статических моделей 16
2.2.2 Временные модели 18
2.2.3 Топографические модели гравитационного поля 19
2.3 Вычислительный интернет-сервис 19
2.4 Трехмерная визуализация 24
2.4.1 Статические модели 24
3. Таяние полярных ледников 33
4. Временные изменения фигуры геоида и их применение для оценки таяния
льдов 36
4.1 Выявление районов Земли с наиболее значительными изменениями
геоида 36
4.2 Оценка изменения высоты геоида на территории Гренландии и
Антарктиды в сравнении с ПФО 38
4.3 Оценка объемов(массы) таяния ледников Гренландии и Антарктиды по
изменения фигуры геоида 42
Заключение
Список источников 47
В геодезии, под глобальной моделью поля силы притяжения мы подразумеваем математическую функцию, которая описывает гравитационное поле Земли в трёхмерном пространстве. Определение глобального гравитационного поля Земли одна из важнейших задач геодезии: предоставляет важную информацию о Земле, ее внутреннем строении, подвижной оболочки для всех наук о Земле.
Самым важным шагом в истории определения моделей глобального гравитационного поля был запуск первых искусственных спутников Земли. Это ознаменовало начало новой эры в геодезии, спутниковой геодезии или космической геодезии. Уже в 1958 году, вскоре после запуска Спутник 2 в ноябре 1957, сферической гармонический коэффициент С20 можно было вычислить с беспрецедентной точностью. В последующие годы глобальные модели гравитационного поля непрерывно улучшались с помощью различных искусственных спутников, вращающихся вокруг Земли.
Дальнейшими важными шагами в улучшении моделей глобального гравитационного поля были три спутниковые миссии CHAMP (CHAllenging Minisatellite Payload, на орбите с 2000 по 2010 год), GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment, запущенный в 2002 году) и GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer, на орбите с 2009 по 2013 год).
Для того чтобы вычислить модель гравитационного поля до запуска спутников CHAMP и GRACE, для получения устойчивого решения было необходимо накапливать измерения в течение нескольких лет. Именно CHAMP и GRACE, позволили вычислять модели глобального гравитационного поля с использованием измерений с гораздо более коротких периодов, таких как один месяц или одна неделя. Впервые можно было наблюдать изменение глобального поля силы тяжести Земли в пространстве и времени.
Для получения информации о гравитационном поле на борту спутника GOCE был впервые использован градиентометр. Измерения градиентометра,особенно чувствительные к более тонким структурам гравитационного поля, позволили дополнительно улучшить пространственное разрешение моделей, построенных с помощью данных GOCE [1].
Указанные достижения современной космической геодезии обуславливают актуальность данной работы, поскольку с помощью измерений современных спутниковых миссий, стало возможным построение новых моделей поля силы тяжести с очень высоким пространственным разрешением и с более коротким периодом измерений. На сегодняшний день на сайте Международного Центра Глобальных Моделей Земли (ICGEM) доступны ежемесячные, еженедельные и даже ежедневные модели. Точность их настолько высока, что с помощью них можно отслеживать изменения фигуры геоида, обусловленные различными геодинамическими явлениями.
Именно по этой причине, космическая геодезия в настоящее время оказывается эффективным инструментом для исследования геодинамических процессов, что чрезвычайно важно с точки зрения сохранения устойчивости развития геосфер и человеческой цивилизации.
Данная работа посвящена выявлению изменений фигуры геоида Земли, с целью оценки объемов таяния льдов в полярных областях планеты. Для достижения поставленной цели нужно решить следующие задачи:
■ Детально ознакомиться с сайтом ICGEM, его возможностями визуализации геоида и его изменений; вычислительным сервисом;
■ Выявить районы Земли с наиболее характерными изменениями поля силы тяжести (полярные области: Гренландия и Антарктида);
■ Получить решения геоида для указанных районов и Приволжского Федерального Округа по трем глобальным моделям поля силы тяжести;
■ Проанализировать изменения высоты геоида в указанных районах, и в районе Приволжского Федерального Округа (ПФО);
■ Вычислить объемы (массу) таяния ледников на территории Гренландии и Антарктиды по изменениям геоида.
В процессе работы были решены основные задачи, сформулированные выше, а именно: дано определение термину геоид с точки зрения теории фигуры Земли, детально рассмотрен интернет-портал ICGEM, возможности его вычислительного сервиса, трёхмерной визуализации моделей, тренда и годовой амплитуды изменений геоида; проведено выявление областей планеты с наиболее значительными изменениями фигуры геоида; дана оценка изменения высоты геоида на территории Гренландии и Антарктиды в сравнении с ПФО; вычислены приблизительные массы таяния ледников Гренландии и Антарктиды по изменениям фигуры геоида с 2002 по 2016 год, которые хорошо согласуются с аналогичными данными NASA.
В данной работе особое внимание было уделено наиболее беспокойным регионам в плане изменения фигуры геоида (Гренландия и Антарктида). Процессы, которые происходят в этих регионах, носят необратимый характер и несут потенциальную угрозу. Мы практически не обращаем на них внимания, хотя стоило бы. При осуществлении негативного сценария половина Европы и огромная часть суши в сумме по всему миру уйдут под воду, что чревато большими проблемами для всего человечества.
В то же время в таком относительно спокойном районе Земли, как Приволжский Федеральный Округ (ПФО), изменения геоида носят колебательный характер, обусловленный сезонными изменениями бассейна реки Волги и уровня грунтовых вод.
Можно с уверенностью сказать, что в настоящее время изучение поля силы тяжести Земли вышло на совершенно новый уровень. Современные спутниковые миссии, такие как CHAMP, GOCE и, в частности, GRACE, с высокой оперативностью позволяют получать глобальные модели геопотенциала, обладающие очень высоким пространственным разрешением.
Таким образом, современная геодезия даёт в руки человека точнейший инструмент, с помощью которого оказывается возможным изучение геодинамических процессов, происходящих на планете Земля.
