Accuracy Analysis of Satellite Altimetry Gravity Data in the Western Pacific Area

ZHANG Feifei; WANG Hao; ZHANG Yimi; HAN Bo; WANG Wanyin

doi:10.13203/j.whugis20220429

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Accuracy Analysis of Satellite Altimetry Gravity Data in the Western Pacific Area

Geodesy and Survey Engineering | 更新时间：2026-11-05

- Accuracy Analysis of Satellite Altimetry Gravity Data in the Western Pacific Area
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 50, Issue 1, Pages: 30-41(2025)
- 作者机构：
  
  1.长安大学地质工程与测绘学院，陕西西安，710054
  2.中国地质调查局青岛海洋地质研究所，山东青岛，266071
  3.海洋油气勘探国家工程研究中心，北京，100028
  4.中国科学院海洋地质与环境重点实验室，山东青岛，266071
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  the Geological Survey Projects of China Geological Survey(DD20191003)
- DOI：10.13203/j.whugis20220429
  CLC： P228
- Received：12 February 2023，
  
  Published：05 January 2025
- 稿件说明：
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张菲菲,王皓,张义蜜，等.西太平洋海域卫星测高重力数据精度分析[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(1):30-41.

ZHANG Feifei,WANG Hao,ZHANG Yimi,et al.Accuracy Analysis of Satellite Altimetry Gravity Data in the Western Pacific Area[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(1):30-41.
张菲菲,王皓,张义蜜，等.西太平洋海域卫星测高重力数据精度分析[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(1):30-41. DOI：10.13203/j.whugis20220429

ZHANG Feifei,WANG Hao,ZHANG Yimi,et al.Accuracy Analysis of Satellite Altimetry Gravity Data in the Western Pacific Area[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(1):30-41. DOI：10.13203/j.whugis20220429

摘要

近年来，海域卫星测高重力数据在大地测量、海域区域构造、海域资源调查、国防安全等方面得到了广泛应用。为评估最新版本卫星测高重力数据在深海区的数据精度，选择西太平洋海域不同来源、不同版本的卫星测高重力数据（SS V24.1、SS V29.1、DTU10、DTU15、GETECH），利用1∶200 000船载重力数据对卫星测高重力数据开展精度评估分析。分析结果表明，5种卫星测高重力数据与船载重力数据高度线性相关，两者之间均存在系统差，船载重力与卫星测高重力数据之间系统差在－8.0×10

－5

~－7.5×10

－5

m/s

之间，其中SS V29.1卫星测高重力数据精度优于其他卫星测高重力数据，标准差为1.51×10

－5

m/s

。此外，利用船载重力数据与卫星测高重力数据之间线性相关的特点，引入消除两者之间系统差的一元线性回归分析方法；同时分析了不同来源卫星测高重力数据的噪声分布特征，采用最小曲率方法对卫星测高重力数据进行噪声压制处理，提高了卫星测高重力数据精度。研究结果表明，一元线性回归分析方法能够消除系统差，且最小曲率噪声压制方法能有效地压制船载重力数据和卫星测高重力数据的动态噪声，提高数据精度。两种方法简单实用，计算精度高，可推广应用至全海域使用，并可用于类似的数据精度分析中，具有广阔的推广应用前景。

Abstract

Objective

Since the 1970s

the advent of satellite altimetry has provided an effective database for determining the marine gravity field

effectively filling the gaps of shipborne gravity data. In recent years

the accuracy of satellite altimetry gravity data has improved significantly with the continuous improvement of satellite altimetry techniques. In order to evaluate the quality of the latest satellite altimetry gravity data in deep sea area

the download satellite altimetry gravity data in versions SS V24.1

SS V29.1

DTU10

DUT15

GETECH are comparative analyzed with the shipborne gravity data with the scale of 1∶200 000 in the Western Pacific Area.

Methods

The accuracies of five different versions of satellite altimetry gravity data are externally checked by using shipborne gravity line-type data and the corresponding grid data separately. The correlation coefficient

mean deviation

root mean square error and standard deviation between every satellite altimetry gravity data and the shipborne gravity data are calculated to compare and analyze. Based on comparative analysis results

the linear regression method is used to remove the system deviation between the satellite altimetry gravity data and the shipborne gravity data

and the minimum curvature filtering method is used to suppress the noise in the satellite altimetry gravity data to improve the data accuracy.

Results

The results show that: (1) Five versions of satellite altimetry gravity data are highly linearly correlated with shipborne gravity data

but there are system deviation between them. The accuracies of SS V29.1

V24.1 and DTU15 are high

and the standard deviation between them and shipborne gravity data are 1.51×10

－5

m/s

1.67×10

－5

m/s

and 1.66×10

－5

m/s

respectively

which is better than the comparison results obtained by previous scholars. (2) The linear regression method can help to figure out the relationship between the satellite altimetry gravity data and the shipborne gravity data

which can eliminate system deviation between the satellite altimetry gravity data and shipborne gravity data. After regression calculation

the average difference beteween the satellite altimetry gravity and the shipborne gravity data decreased to 0

and the root mean square error is greatly reduced

ranging from 1.50×10

－5

m/s

to 2.20×10

－5

m/s

.(3) The minimum curvature filtering method can effectively suppress the noise of shipborne gravity data and altimetry gravity data

and make the distribution features of satellite altimetry gravity data more clear and improve the accuracy of satellite altimetry gravity data . After noise suppression

the root mean square error and standard deviation are equal

ranging from 0.97×10

－5

m/s

to 1.48×10

－5

m/s

among which the standard deviation between SS V29.1 and shipborne gravity data is the smallest

0.97×10

－5

m/s

Conclusions

According to the comparative analysis

the accuracy of the latest five versions of satellite altimetry gravity data are better than their former versions and can meet the needs of marine gravity research on scales around 1∶500 000 to 1∶1 000 000. The linear regression method and minimum curvature filtering method can be used efficiently and easily in improving the accuracy analysis of satellite altimetry gravity data in the Western Pacific area

which can lead to better applications of the satellite altimetry gravity data and deserve to be promoted.

关键词

Keywords

references

金翔龙，高金耀 . 西太平洋卫星测高重力场与地球动力学特征［J］. 海洋地质与第四纪地质， 2001 ， 21 （ 1 ）： 1 - 6 .

JIN Xianglong ， GAO Jinyao . The Satellite Altimetry Gravity Field and the Geodynamic Feature in the West Pacific ［J］. Marine Geology & Quaternary Geo‑logy ， 2001 ， 21 （ 1 ）： 1 - 6 .

晁定波，姚运生，李建成，等 . 南海海盆测高重力异常特征及构造解释［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2002 ， 27 （ 4 ）： 343 - 347 .

CHAO Dingbo ， YAO Yunsheng ， LI Jiancheng ， et al . Interpretaion on the Tectonics and Characteristics of Altimeter-Derived Gravity Anomalies in the South China Sea ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2002 ， 27 （ 4 ）： 343 - 347 .

戴勤奋，周良勇，魏合龙 . 南黄海卫星重力场及构造演化［J］. 海洋地质与第四纪地质， 2002 ， 22 （ 4 ）： 67 - 71 .

DAI Qinfeng ， ZHOU Liangyong ， WEI Helong . Satellite Gravity Field and Tectonic Evolution of the South Yellow Sea ［J］. Marine Geology & Quaternary Geology ， 2002 ， 22 （ 4 ）： 67 - 71 .

许惠平，刘万崧，周云轩，等 . 卫星测高重力资料及其在南海莺-琼盆地中的应用［J］. 吉林大学学报（地球科学版）， 2003 ， 33 （ 3 ）： 368 - 371 .

XU Huiping ， LIU Wansong ， ZHOU Yunxuan ， et al . Altimetry Gravity and Its Applications in South China Sea ［J］. Journal of Jilin University （Earth Science Edition）， 2003 ， 33 （ 3 ）： 368 - 371 .

纪晓琳，王万银，杜向东，等 . 利用重磁资料研究西非中南段含盐盆地构造区划［J］. 地球物理学报， 2019 ， 62 （ 4 ）： 1502 - 1514 .

JI Xiaolin ， WANG Wanyin ， DU Xiangdong ， et al . Tectonic Division by Gravity and Magnetic Data of Salt-Bearing Basins， South-Central Section of West Africa ［J］. Chinese Journal of Geophysics ， 2019 ， 62 （ 4 ）： 1502 - 1514 .

赵齐乐，施闯，柳响林，等 . 重力卫星的星载GPS精密定轨［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2008 ， 33 （ 8 ）： 810 - 814 .

ZHAO Qile ， SHI Chuang ， LIU Xianglin ， et al . Determination of Precise Orbit Using Onboard GPS Data for Gravity Modeling Oriented Satellites ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2008 ， 33 （ 8 ）： 810 - 814 .

宁津生，王正涛，超能芳 . 国际新一代卫星重力探测计划研究现状与进展［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2016 ， 41 （ 1 ）： 1 - 8 .

NING Jinsheng ， WANG Zhengtao ， CHAO Nengfang . Research Status and Progress in International Next-Generation Satellite Gravity Measurement Missions ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2016 ， 41 （ 1 ）： 1 - 8 .

孙杨，姜效典，王燚，等 . 卫星测高反演重力场在西太平洋海域的应用［J］. 中国海洋大学学报（自然科学版）， 2017 ， 47 （ 6 ）： 87 - 94 .

SUN Yang ， JIANG Xiaodian ， WANG Yi ， et al . Application of Gravity Inversion from Satellite Altimeter Data in the West Pacific ［J］. Periodical of Ocean University of China ， 2017 ， 47 （ 6 ）： 87 - 94 .

罗志才，钟波，周浩，等 . 利用卫星重力测量确定地球重力场模型的进展［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2022 ， 47 （ 10 ）： 1713 - 1727 .

LUO Zhicai ， ZHONG Bo ， ZHOU Hao ， et al . Progress in Determining the Earth's Gravity Field Model by Satellite Gravimetry ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2022 ， 47 （ 10 ）： 1713 - 1727 .

SANDWELL D T ， SMITH W H F . Marine Gravity Anomaly from Geosat and ERS1 Satellite Altimetry ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 1997 ， 102 （ B5 ）： 10039 - 10054 .

SANDWELL D T ， SMITH W H F . Retracking ESR-1 Altimeter Waveforms for Optimal Gravity Field Recovery ［J］. Geophysical Journal International ， 2005 ， 163 （ 1 ）： 79 - 89 .

SANDWELL D T ， SMITH W H F . Global Marine Gravity from Retracked Geosat and ERS-1 Altimetry：Ridge Segmentation Versus Spreading Rate ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 2009 ， 114 （ B1 ）： B01411 .

SANDWELL D T ， GARICIA E ， SOOFI K ， et al . Toward 1 mGal Global Marine Gravity from CryoSat-2， Envisat， and Jason-1 ［J］. The Leading Edge ， 2013 ， 32 （ 8 ）： 892 - 899 .

SANDWELL D T ， MULLER R D ， SMITH W H F ， et al . New Global Marine Gravity Model from GryoSat-2 and Jason-1 Reveals Buried Tectonic Structure ［J］. Science ， 2014 ， 346 （ 6205 ）： 65 - 67 .

Scripps Institute of Oceanography . Global Gravity （ 1 -minute Grid）， 2014 ［EB/OL］.（ 2016-01-01 ）［ 2022-01-01 ］. https：//topex.ucsd.edu/cgi-bin/get_ data.cgi https://topex.ucsd.edu/cgi-bin/get_data.cgi .

ANDERSEN O B ， KUNDSEN P . The Role of Satellite Altimetry in Gravity Field Modelling in Coastal Areas ［J］. Physics and Chemistry of the Earth Part A Solid Eaarth and Geodesy ， 2000 ， 25 （ 1 ）： 17 - 24 .

ANDERSEN O B ， KNUDSEN P ， BERRY P A M . The DNSC08GRA Global Marine Gravity Field from Double Retracked Satellite ［J］. Journal of Geo‑desy ， 2010 ， 84 （ 3 ）： 191 - 199 .

DTU Space . GRAVSOFT ASCⅡ gzip，2014 ［EB/OL］.（ 2016-01-01 ）［ 2022-01-01 ］. http：//www.space. dtu. dk/english/Research/Scientific_data_and_ models/downloaddata http://www.space.dtu.dk/english/Research/Scientific_data_and_models/downloaddata .

FAIRHEAD J D ， GREEN C M ， ODEGARD M E . Satellite-Derived Gravity Having Animpact on Marine Exploration ［J］. The Leading Edge ， 2001 ， 20 ： 873 - 876 .

杨金玉，田振兴，韩波，等 . 国内外重力异常编图进展及重力异常计算方法改进［J］. 地球物理学进展， 2015 ， 30 （ 3 ）： 1070 - 1077 .

YANG Jinyu ， TIAN Zhenxing ， HAN Bo ， et al . Progress of Gravity Anomaly Calculation， Correction and Map Compilation ［J］. Progress in Geophysics ， 2015 ， 30 （ 3 ）： 1070 - 1077 .

张明华，张家强 . 现代卫星测高重力异常分辨能力分析及在海洋资源调查中的应用［J］. 物探与化探， 2005 ， 29 （ 4 ）： 295 - 298 .

ZHANG Minghua ， ZHANG Jiaqiang . Resolution of Modern Satellite Altimetric Gravity Anomaly and Its Application to Marine Geological Survey ［J］. Geophysical and Geochemical exploration ， 2005 ， 29 （ 4 ）： 295 - 298 .

罗佳，姜卫平，汪海洪，等 . 中国区域SST卫星重力场模型精度分析［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2006 ， 31 （ 3 ）： 199 - 202 .

LUO Jia ， JIANG Weiping ， WANG Haihong ， et al . Precision Analysis of SST Gravity Field Model in China ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2006 ， 31 （ 3 ）： 199 - 202 .

杨金玉，张训华，张菲菲，等 . 应用多种来源重力异常编制中国海陆及邻区空间重力异常图及重力场解读［J］. 地球物理学报， 2014 ， 57 （ 12 ）： 3920 - 3931 .

YANG Jinyu ， ZHANG Xunhua ， ZHANG Feifei ， et al . Preparation of the Free-Air Gravity Anomaly Map in the Land and Seas of China and Adjacent Areas Using Multi-source Gravity Data and Interpretation of the Gravity Field ［J］. Chinese Journal of Geophysics ， 2014 ， 57 （ 12 ）： 3920 - 3931 .

范雕，李姗姗，孟书宇，等 . 几种卫星测高海洋重力场模型精度比较分析［J］. 海洋测绘， 2021 ， 41 （ 5 ）： 1 - 5 .

FAN Diao ， LI Shanshan ， MENG Shuyu ， et al . Comparing and Analyzing the Accuracy of Several Satellite Altimetry Maring Gravity Field Models ［J］. Hydrographic surveying and Charting ， 2021 ， 41 （ 5 ）： 1 - 5 .

王虎彪，柯小平，武凛，等 . 西太平洋海域卫星测高重力异常反演与精度评估［J］. 海洋测绘， 2017 ， 37 （ 6 ）： 1 - 4 .

WANG Hubiao ， KE Xiaoping ， WU Lin ， et al . Gravity Anomaly and Its Accuracy Assessment from Multi-source Altimetry Data in the Western Pacific Area ［J］. Hydrographic Surveying and Charting ， 2017 ， 37 （ 6 ）： 1 - 4 .

BRIGGS I . Machine Contouring Using Minimum Curvature ［J］. Geophysics ， 1974 ， 39 （ 1 ）： 39 - 48 .

SWAIN C J . A Fortran Ⅳ Program for Interpolating Irregularly Spaced Data Using the Difference Equations for Minimum Curvature ［J］. Computer and Geoscience ， 1976 （ 1 ）： 231 - 240 .

SMITH W H F ， WESSEL P . Gridding with Continuous Curvature Splines in Tension ［J］. Geophysics ， 1990 ， 55 （ 3 ）： 293 - 305 .

王万银，邱之云 . 一种稳定的位场数据最小曲率网格化方法研究［J］. 地球物理学进展， 2011 ， 26 （ 6 ）： 2003 - 2010 .

WANG Wanyin ， QIU Zhiyun . The Research to a Stable Minimum Curvature Gridding Method in Potential Field Data Processing ［J］. Progress in Geophysics ， 2011 ， 26 （ 6 ）： 2003 - 2010 .

王万银，邱之云，刘金兰，等 . 位场数据处理中的最小曲率扩边和补空方法研究［J］. 地球物理学进展， 2009 ， 24 （ 4 ）： 1327 - 1338 .

WANG Wanyin ， QIU Zhiyun ， LIU Jinlan ， et al . The Research to the Extending Edge and Interpolation Based on the Minimum Curvature Method in Potential Field Data Processing ［J］. Progress in Geophysics ， 2009 ， 24 （ 4 ）： 1327 - 1338 .

MICKUS K L ， AIKEN C L V ， KENNEDY W D . Regional-Residual Gravity Anomaly Separation Using the Minimum-Curvature Technique ［J］. Geophysics ， 1991 ， 56 （ 2 ）： 279 - 283 .

纪晓琳，王万银，邱之云 . 最小曲率位场分离方法研究［J］. 地球物理学报， 2015 ， 58 （ 3 ）： 1042 - 1058 .

JI Xiaolin ， WANG Wanyin ， QIU Zhiyun . The Research to the Minimum Curvature Technique for Potential Field Data Separation ［J］. Chinese Journal of Geophysics ， 2015 ， 58 （ 3 ）： 1042 - 1058 .

纪晓琳，王万银，邱之云 . 最小曲率位场分离方法参数选择试验研究［J］. 地球物理学进展， 2019 ， 34 （ 4 ）： 1441 - 1452 .

JI Xiaolin ， WANG Wanyin ， QIU Zhiyun . Parameter Choose Experimental Research to the Minimum Curvature Technique Potential Field Data Separation Method ［J］. Progress in Geophysic ， 2019 ， 34 （ 4 ）： 1441 - 1452 .

王莉娟 . 多源卫星高度计中国近海及其邻域重力异常反演与精度检验［D］. 青岛：中国石油大学， 2012 .

WANG Lijuan . The Inversion of the Gravity Anomalies and the Assessment of Its Accuracy Based on Multi-satellite Altimeter Data in China Sea and Its Vicinity ［D］. Qingdao ： China University of Petroleum ， 2012 .

KEATING P ， PINET N . Comparison of Surface and Ship Bome Gravity Data with Satellite-Altimeter Gravity Data in Hudson Bay ［J］. The Leading Edge ， 2013 ， 32 （ 4 ）： 450 - 458 .

黄谟涛，邓凯亮，欧阳永忠，等 . 海空重力测量及应用技术研究若干进展［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2022 ， 47 （ 10 ）： 1635 - 1650 .

HUANG Motao ， DENG Kailiang ， OUYANG Yongzhong ， et al . Development and Study in Marine and Airborne Gravimetry and Its Application ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2022 ， 47 （ 10 ）： 1635 - 1650 .

《数学手册》编写组 . 数学手册［M］. 北京：高等教育出版社， 1979 .

Writing Group of Mathematical Directory . Mathematical Directory ［M］. Beijing ： Higher Education Press ， 1979 .

於宗俦，鲁林成 . 测量平差基础［M］. 北京：测绘出版社， 1983 .

YU Zongchou ， LU Lincheng . Foundation of Measurement Adjustment ［M］. Beijing ： Surveying and Mapping Press ， 1983 .

郑德如 . 回归分析和相关分析［M］. 上海：上海人民出版社， 1984 .

ZHENG Deru . Regression Analysis and Correlation Analysis ［M］. Shanghai ： Shanghai People’s Publishing House ， 1984 .

罗孝宽，郭绍雍 . 应用地球物理教程：重力、磁法

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