Обработка полученных данных методом MSSA

Результаты по всему земному шару

В данной части работы мы представляем результаты исследования изменений гравитационного поля океанов по данным GRACE. Новый метод обработки данных — многоканальный сингулярный спектральный анализ (МССА) применяется нами для фильтрации данных и улучшения разделимости между компонентами сигнала, связанными с сезонными и долгопериодическими изменениями.

Исходные данные Мы опирались на данные GRACE релиз RL05 (в формате netcdf), основанные на сферических гармониках, получаемых центром GFZ (German Research Centre for Geosciences, Германский национальный исследовательский центр по наукам о Земле). Коэффициенты C₂₀ заменяются решениями из спутниковой лазерной локации согласно методу Ченга [29]. Значения С₂₀, полученные из наблюдений GRACE менее точны, чем SLR-значения. Коэффициенты первой степени (связанные с центром масс) вычислены по методике Свенсона, Чамберса и Варра [30]. Эффекты послеледникового поднятия для дна океана (GIA) учтены по модели Геруа и Варра [31].

Для выделения сигнала над океаном применены три фильтра. Первый фильтр предназначен для устранения шумовых полос (stripes) данных GRACE, имеющих меридиональное простирание. Второй — 500-километровый гауссовский фильтр сглаживающий наблюдения GRACE, ведя к лучшему согласию с альтиметрическими наблюдениями за вычетом стерических эффектов по данным ARGO. Третий фильтр состоит в обрезании гармоник со степенями и порядком выше 40-го. В дополнение к этому, специальная итерационная процедура применена для исключения проникновения гидрологического сигнала с континентов в область над океаном. Описанные выше обработка выполняется в соответствии с методикой Чамберса и Бонини [1]. Мы используем готовый продукт в виде месячных файлов массы океана (придонного давления) на сетке с шагом с сайта GRACETellus. Исходные данные представлены на рис. 5.

Результаты обработки К описанным выше ежемесячным данным GRACE GFZ по массе океана (придонному давлению) релиза RL05 с 01.2003 по 04.2015 применен метод многоканального сингулярного спектрального анализа с параметром задержки L=60 (пять лет). Пятнадцать месяцев пропущенных данных были линейно проинтерполированы (всего N = 153 файла использовано). Отсутствие некоторых из месячных решений связано с поддержанием режима заряда аккумуляторных батарей при заходе спутников в тень и др.

После применения метода МССА мы сгруппировали и исследовали некоторые компоненты сигнала. 1-му сингулярному числу (СЧ) соответствует медленный тренд — 1-ая главная компонента (ГК 1).2-ое и 3-ее сингулярные числа были объединены в ГК 2, представляющую годовой цикл. 5-е и 6-е сингулярные числа оказались соответствующими пятилетней изменчивости (ГК 4), 8-е и 9-е — полутора летней. 10-е СЧ соответствует полугодовому колебанию.

Компоненты больших порядковых номеров включают шумы и высокочастотную изменчивость. На рис. 6 представлены сгруппированные данные.

Карта разности между 2015 и 2003 годами для тренда (ГК1) показана на рис. 7. Видно, что к 2015 г. отрицательные аномалии образовались в области Антарктиды и Гренландии, что, вероятно, связано с притоком масс пресной воды с ледников. Заметны изменения, связанные с землетрясениями на Суматре и в Японии. Положительная аномалия над Беринговым проливом в Арктике может быть связана с нагоном воды и арктическим колебанием.

На рис. 8 годовая изменчивость (ГК 2) представлена картами для 4-х сезонов на примере 2014 года. Приведены карты за январь (зима), апрель (весна), июль (лето), октябрь (осень).

В сезонном цикле сразу привлекает внимание сильная аномалия в районе Южного океана: сильная положительная аномалия зимой и отрицательная летом. Кроме того, сильная положительная аномалия присутствует летом в районе Берингово и Охотского морей, осенью она переходит в отрицательную.

Кроме того, нами были получены карты среднеквадратического отклонения полной изменчивости придонного давления (рис. 9) и отклонение годовой компоненты ГК 2 (рис. 10) по данным GRACE за период с 2003 по 2015 г. Под полной изменчивостью нами подразумевается сумма первых 10 ГК.

Карты среднеквадратического отклонения полной изменчивости (суммы первых 10 ГК) придонного давления и среднеквадратического отклонения годовой компоненты (ГК 2) изменчивости придонного давления согласуются с предыдущими картами, показывая значительные аномалии в районах Гренландии, Антарктики и Антарктиды. Аналогично, заметны изменения, связанные с землетрясениями на Суматре и в Японии, которые не удается исключить из общей изменчивости.