【摘要】利用不同重力场模型(EIGEN-6C4、EGM2008)和海面高模型(DNSC08、DTU10、DTU13)确定了全球平均海面重力位均值62 636 856.550 7 m2s-2，加入海面地形改正后得到全球大地水准面重力位均值62 636 858.179 0 m2s-2。联合EGM2008模型与全国均匀分布的649个GPS/水准数据，根据异常位法、正常高反算法以及高程异常差法，分别计算了我国1985高程基准与全球高程基准之间的垂直偏差，并对3种垂直偏差结果通过加权方法进行了改善。最后，利用两种方法对垂直偏差结果的合理性与正确性进行验证。结果表明我国高程基准面高于全球平均海面0.298 0 m，高于全球大地水准面0.464 2 m。
【关键词】 大地水准面 全球高程基准 GPS/水准 1985国家高程基准 垂直偏差
目前全球采用的高程系统有两种：一种是以大地水准面为基准面的正高系统，另一种是以似大地水准面为基准面的正常高系统。无论是采用正高系统，还是采用正常高系统，许多国家和地区的高程基准都属于局部高程基准，而且大多是利用区域平均海面来确定，从而使各个国家或地区建立的高程基准之间存在差异。如何建立全球统一的高程基准以及确定局部高程基准与全球高程基准之间的垂直偏差，是近半个世纪来最活跃的一个研究领域并有望实现。局部高程基准面与(似)大地水准面之间的垂直偏差是实现区域高程基准与全球高程基准统一的基础数据。
大地水准面是统一全球高程基准最适宜的参考面。早先，将水准椭球的正常位U0作为全球基准重力位[1]，但由正常重力位U0所描述的基准面与全球平均海面有较大差异;随后又提出基于大地边值问题求解大地水准面重力位[2-3]，但在求解边值问题时假设大地水准面外部无质量，并采用球近似简化计算，由此产生的误差影响可达分米甚至米级;随着卫星测高技术的发展与卫星重力探测计划CHAMP(challenging mini-satellite payload )、GRACE(gravity recovery and climate experiment)和GOCE(gravity and ocean circulation explorer)的实施，目前已经可以提供厘米级精度的平均海面高数据[4-6]与高精度的全球重力场模型[7]。因此，有学者提出联合高精度全球重力场模型和海面高模型来确定大地水准面重力位[8-10]。此时的大地水准面是Gauss-Listing定义的经典大地水准面，是与平均海面在全球范围内最佳拟合的等位面,大地水准面重力位等于一个格网化全球平均海面高模型所有格网中心点重力位的均值[11]。
我国采用的高程基准为1985国家高程基准，是由青岛验潮站1952-1979年观测的黄海平均海面利用移动平均处理得到。如果已知青岛高程零点的精确地心坐标，可以直接利用重力场模型求得该点的重力位，并将此作为我国高程基准重力位。但是，青岛高程零点的精确位置信息难以确定，我们只能获得其他地面点的位置与高程信息，即GPS/水准数据。因此，需要利用GPS/水准数据，反过来确定我国高程基准重力位[12-14]。例如，文献[15-16]联合重力场模型与GPS/水准数据分别从位理论以及高程异常差的角度确定我国1985国家高程基准重力位及我国高程基准与全球高程基准之间的垂直偏差。
本文联合重力场模型EGM2008与全国均匀分布的649个GPS/水准数据，利用异常位法、正常高反算法以及高程异常差法，求得我国1985国家高程基准与全球高程基准之间的垂直偏差，并通过加权方法改善计算结果，最后用两种方法对垂直偏差的合理性与正确性进行验证。
1 1985高程基准与全球高程基准垂直偏差
1.1 确定全球高程基准重力位W0
大地水准面是全球高程基准最适宜的参考面，利用全球重力场模型、海面高模型可以确定全球平均海面重力位，加入海面地形模型改正后可以计算大地水准面重力位，大地水准面是重力等位面，可定义为
式中，(r,θ,λ)为海面P点的地心球坐标，可以根据卫星测高实际观测海面高的位置经纬度和大地高(φ,λ,h)转换得到;GM是全球重力场模型所使用的地心引力常数;a为椭球的长半轴;ω为地球自转角速度;Cn,m和Sn,m为n阶m次规格化重力位球谐系数;Pn,m(·)为规格化缔合勒让德函数。
声明：中国勘测联合网登载此文出于传递更多信息之目的，并不意味着赞同其观点或证实其描述，文章内容仅供参考。
