On the observability of epeirogenic movement in current and future gravity missions
On the observability of epeirogenic movement in current and future gravity missions
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关于当前和未来重力任务中表成运动的可观测性
DOI：
10.1016/j.gr.2017.04.016
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发表时间：
2018
影响因子：
6.1
通讯作者：
Bunge H.-P.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ghelichkhan S;Murböck M;Colli L;Pail R;Bunge H.-P.
下一代重力任务预计将显着提高时间重力模型的准确性。这些任务检索到的周期性信号和趋势是由地球系统中的质量重新分布引起的，携带了大气、冰冻圈、大陆水圈、海洋和固体地球动态过程的基本信息。虽然地球深部过程引起的时间重力信号通常被认为低于卫星重力任务的观测阈值，因为人们假设它们的幅度很小并且仅限于最长的空间和时间尺度，但来自地质记录的证据表明区域尺度上的快速隆升和沉降事件，特别是沿着被动大陆边缘，与底层地幔的流动有关。在这里，我们探索了具有约 6.7 亿有限元的地球动力学合理、可压缩、高分辨率地球模型的新颖地幔流逆演。这些与时间相关的地球模型与古近纪晚期的地质观测数据相关联，可以独立测试，同时表明在 1000 公里的空间尺度上，地幔流引起的大地水准面速率约为 5 微米/年。我们使用不同的卫星重力检索任务假设（包括 GRACE、GRACE-FO 和下一代重力任务）评估闭环数值模拟中建模速率的信号可检索性。我们发现建模的深部地球信号处于可检测性的边缘，但进入了未来时间重力场解决方案的可检测范围，建议使用卫星重力数据来验证地球动力学地球模型。重要的是，正向建模的动态地幔信号的应用似乎对于改善未来重力任务中的去混叠和信号分离至关重要。
Next generation gravity missions are expected to improve the accuracy of temporal gravity models significantly. The periodic signals and trends retrieved by these missions are induced by mass redistribution in the Earth system, carrying essential information on dynamic processes in the atmosphere, cryosphere, continental hydrosphere, the oceans and the solid Earth. While temporal gravity signals induced by deep Earth's processes are commonly thought to lie below the observational threshold of satellite gravity missions, as one assumes them to be small in amplitude and restricted to the longest spatial and temporal scales, there exists evidence from the geologic record for rapid uplift and subsidence events at regional scales, especially along passive continental margins, related to flow in the underlying mantle. Here we explore novel mantle flow retrodictions for geodynamically plausible, compressible, high resolution Earth models with ≈ 670 million finite elements. These time-dependent Earth models link to geologic observables in the late Paleogene that can be tested independently, while at the same time indicating mantle flow induced geoid rates on the order of 5 μm/year, at spatial scales of 1000 km. We assess the signal retrievability of the modeled rates in closed-loop numerical simulations, with different satellite gravity retrieval mission assumptions, including GRACE, GRACE-FO and a next generation gravity mission. We find the modeled deep Earth signal to be on the edge of detectability, but coming into the range of detectability in future temporal gravity field solutions, suggesting the use of satellite gravity data to validate geodynamic Earth models. Importantly, the application of forward modeled dynamic mantle signals seems to be essential for improved de-aliasing and signal separation in future gravity missions.
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