Use of High Performance Computing for the Rigorous Estimation of Very High Degree Spherical Harmonic Gravity Field Models
Use of High Performance Computing for the Rigorous Estimation of Very High Degree Spherical Harmonic Gravity Field Models
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使用高性能计算对甚高次球谐重力场模型进行严格估计
DOI：
10.1007/978-3-319-10837-7_4
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发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
W.-D. Schuh
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
J. M. Brockmann;L. Roese-Koerner;W.-D. Schuh
将全球地球重力场参数化为有限个球面调和级数，这在计算上是非常困难的。计算的工作量一方面取决于球谐展开式的最大分辨率，另一方面取决于观测的数量，可能有数百万次。所有目前可用的360度以上的全球高分辨率地球重力场模型都引入了近似值，大大降低了计算的复杂性。例如，球调和基函数的正交性的先决条件，导致法线方程组的块对角，通常是人为地引入的，方法是在假设精度不变的情况下，沿平行方向处理均匀分布的数据。这些方法不允许对观测误差进行复杂的建模，也不允许包含冗余观测。在这一贡献中，我们演示了如何使用高性能计算机在不引入近似的情况下确定非常高的重力场。此外，在该算法中可以对观测误差进行复杂的建模，以得出球谐系数的一致误差估计。基于高性能计算程序库ScaLAPACK，实现了一个重力场解算器，该重力场解算器可以通过组装和求解全法方程的直接求解方法，从各种数据源估计高度重力场(例如，阶数和阶数为720的重力场，产生超过500， ，000个未知参数)。
The estimation of the global Earth’s gravity field parameterized as a finite spherical harmonic series is computationally demanding. The computational effort depends on the one hand on the maximal resolution of the spherical harmonic expansion and on the other hand on the number of observations which might be several millions. All global high-resolution Earth’s gravity field models currently available above degree and order 360 were computed introducing approximations, significantly reducing the numerical complexity. For example, the prerequisites for the orthogonality of the spherical harmonic base functions, leading to a block diagonal system of normal equations, are often introduced artificially by working with equally distributed data along parallels assuming constant accuracy. These methods do not allow for a complex modeling of the observation errors, or the inclusion of redundant observations. Within this contribution, we demonstrate how high-performance computers can be used for very high degree gravity field determination without introducing approximations. In addition, complex modeling of the observation errors is made possible within the algorithm to derive consistent error estimates for the spherical harmonic coefficients. Based on the high performance computing library ScaLAPACK, a gravity field solver was implemented which allows for the estimation of high degree gravity fields (e.g. degree and order 720, resulting in more than 500, 000 unknown parameters) from various data sources with the direct solution method using assembly and solution of full normal equations.
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DOI：
10.1007/978-3-642-10634-7_25
发表时间：
2010
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
J. Brockmann;W. Schuh
通讯作者：
J. Brockmann;W. Schuh
影响因子：
56.9
作者：
Tapley, BD;Bettadpur, S;Watkins, MM
通讯作者：
Watkins, MM
并行计算在卫星重力梯度数据重力场恢复中的应用
DOI：
10.2495/hpc000101
发表时间：
2000
期刊：
WIT Transactions on Information and Communication Technologies
影响因子：
--
作者：
R. V. Geemert;R. Koop;R. Klees;and P.N.A.M. Visser
通讯作者：
and P.N.A.M. Visser
科学与工程中的高性能计算09
DOI：
10.1007/978-3-642-04665-0
发表时间：
2010
期刊：
影响因子：
--
作者：
M. Brill;O. Vendrell;H.-D. Meyer
通讯作者：
H.-D. Meyer
DOI：
10.1007/978-3-642-04665-0_35
发表时间：
2010
期刊：
WIT Transactions on Information and Communication Technologies
影响因子：
--
作者：
O. Baur;W. Keller
通讯作者：
W. Keller