پردازش داده های پتانسیلی ماهیانه ماهواره های grace جهت تعیین تغییرات پارامترهای میدان ثقل زمینی

ماموریت ماهواره های دو قلو جاذبی grace از سال 2002، تغییرات زمانی میدان جاذبه زمین را در مقیاس جهانی زیر نظر گرفته است. فیلتر یا نرم کردن داده های grace یک کار ضروری در جهت کاهش سهم مولفه های طول موج کوتاه میدان جاذبه و در نتیجه دستیابی به سیگنال های قابل اعتماد جاذبی و متغیر در زمان می باشد. اپراتورهای میانگین گیری (فیلترها) به دو دسته عمده ریاضی و تصادفی تقسیم می شوند. فیلترهای ریاضی به شعاع میانگین گیری وابسته بوده و نیازی به اطلاعاتی در مورد ساختار سیگنال و نویز موجود در داده ندارند. در مقابل، اپراتورهای تصادفی که به آن ها فیلترهای بهینه نیز می گویند، از یکسری اطلاعات اضافی (مانند ساختار سیگنال مطلوب، برآوردی از نویز موجود در داده و ...) استفاده می کنند تا اینکه بهترین تصمیم در مورد تفکیک سیگنال و نویز صورت گیرد. در این پایان نامه، اپراتورهای میانگین گیری کامل و گوسین از نوع فیلترهای ریاضی و فیلتر بهینه وینر از نوع فیلترهای تصادفی استفاده شده است. یکی از ساده ترین راه های رویارویی با خطاهای موجود، برش دادن سری هارمونیک های کروی تا درجه خاص می باشد. این روش را میانگین گیری کامل می نامند. ضرایب وزن فیلتر گوسین با استفاده از رابطه بازگشتی جکلی محاسبه می شود. فیلتر وینر بر مبنای اعمال شرط مینیمم مجموع مربعات اختلاف های میان سیگنال های ورودی انتخابی و سیگنال های خروجی فیلتر شده متناظر طراحی شده است. ایجاد شرط مینیمم مجموع مربعات نیاز به اطلاعاتی در مورد توان طیفی سیگنال های هارمونیک جاذبی انتخابی و نویز موجود در آن ها دارد که از متوسط درجه توان طیفی داده های grace قابل استخراج هستند. نشان داده شده است که فیلتر بهینه وینر، فیلتر پایین گذری است که به طورکلی به فیلتر گوسین شبیه می باشد. همچنین، ضرایب وزن مربوط به این سه فیلتر بر روی 55 ماه از داده های ماهیانه جاذبی grace اعمال شده و تغییرات کلی ذخیره آب درمنطقه ایران بر آورد شده است. نتایج حاصل با تغییرات کلی ذخیره آب به دست آمده از مدل هیدرولوژیکی gldas یعنی تغییرات پوشش برف به علاوه رطوبت خاک به همراه تغییرات سطح آب های زیرزمینی حاصل از داده های چاه های پیزومتری در سطح ایران، مقایسه شده است. نتیجه اینکه، استفاده از روش میانگین گیری کامل، روش مناسبی برای حذف خطاهای داده های grace نمی باشد. اگر چه، یکی از مزایای روش وینر در مقایسه با فیلتر گوسین طراحی فیلتر بهینه وینر بر اساس اطلاعات حاصل از اندازه گیری می باشد، نتایج نشان می دهند که تغییرات کلی سطح آب برآمده از داده های grace بعد از اعمال فیلتر گوسین، تطابق بهتری را با تغییرات کلی سطح آب برآمده از مشاهدات gldas به علاوه تغییرات سطح آب های زیرزمینی، به همراه دارد.