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Multi-scale modeling of Earth's gravity field in space and time / Shuo (2) Wang in Journal of geodynamics, vol 106 (May 2017)
Titre : Multi-scale modeling of Earth's gravity field in space and time Type de document : Article/Communication Auteurs : Shuo (2) Wang, Auteur ; Isabelle Panet Année de publication : 2017 Projets : 1-Pas de projet / Article en page(s) : pp 46 - 65 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique
[Termes IGN] champ de pesanteur terrestre
[Termes IGN] données 4D
[Termes IGN] données GRACE
[Termes IGN] levé gravimétrique
[Termes IGN] modèle de géopotentiel
[Termes IGN] ondelette d'Abel-Poisson
[Termes IGN] ondelette de Haar
[Termes IGN] problème inverseRésumé : (auteur) Since 2002, the GRACE mission has been providing an unprecedented view of the Earth's gravity field spatial and temporal variations. The gravity field models built from these satellite data are essential in order to study the mass redistributions within the Earth system. Often, they are modelled using spatial functions, such as spherical harmonics, averaged over a fixed time window. However, the satellite sampling naturally leads to a trade-off between the achievable spatial and temporal resolutions. In addition, the gravity variations are made of local components in space and time, reflecting the superimposition of sources. With the final aim to better estimate gravity variations related to local processes at different spatial and temporal scales, and adapt the temporal resolution of the model to its spatial resolution, we present an attempt at 4D gravity field modelling using localized functions in space and time. For that, we develop a four-dimensional wavelet basis, well localized in space and time and orthogonal in time. We then analyze the inverse problem of 4D gravity field estimation from GRACE synthetic inter-satellites potential differences along the orbit, and its regularization in a Bayesian framework, using a prior knowledge on the mass sources. We then test our approach in a simplified synthetic test setting, where only one mass source is present: hydrological mass variations over Africa during the year 2005. Applying a purely regional approach, we are able to reconstruct, regionally, the water height signal with a ≈2.5 cm accuracy at 450 km, 21 days resolution. We test the influence of the geophysical prior on this result, and conclude that it cannot explain alone the residuals between original and reconstructed mass signal. redIn contrast, an ideal test case with a perfect adequacy between the 4D basis and the synthetic data, without approximations nor regularization in solving the normal system, leads to a significantly improved reconstruction of large-scale, seasonal water variations, at the millimetric level of a few % of relative accuracy. The performances of the regional test are likely significantly limited by the block-diagonal approximation of the normal system and the scales selection in the regional 4D basis. Numéro de notice : A2017-869 Affiliation des auteurs : LASTIG LAREG+Ext (2012-mi2018) Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1016/j.jog.2017.02.001 Date de publication en ligne : 20/02/2017 En ligne : https://doi.org/10.1016/j.jog.2017.02.001 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=89895
in Journal of geodynamics > vol 106 (May 2017) . - pp 46 - 65[article]
Titre : Modélisation spatio-temporelle du champ de gravité terrestre Titre original : Gravity field modeling in space and time Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Shuo (2) Wang, Auteur ; Isabelle Panet Editeur : Paris : Université de Paris 6 Pierre et Marie Curie Année de publication : 2016 Autre Editeur : Paris : Université de Paris 7 Denis Diderot Projets : TOSCA / Note générale : co-directeurs de thèses : (1) IGN, LAREG, Université Paris Diderot, Paris; (2) GET, Observatoire Midi-Pyrenées, Toulouse; (3) LSTA, Université Pierre et Marie Curie, Paris
PAS DE DOCUMENT DEPOSE A IGN OU SUR HALLangues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique
[Termes IGN] champ de pesanteur terrestre
[Termes IGN] données GRACE
[Termes IGN] levé gravimétrique
[Termes IGN] ondelette d'Abel-Poisson
[Termes IGN] ondelette de HaarIndex. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (auteur) La Terre est une planète vivante, siège de transferts de masse à différentes échelles de temps et d'espace. La superposition de ces sources crée des variations spatiales et temporelles du champ de gravité terrestre, suivies à l'échelle du globe par satellites. Ainsi, les satellites GRACE donnent accès aux variations du champ à 400 km de résolution, tous les 10 jours à 1 mois. Celles-ci sont exprimées sous la forme de modèles de champ dont la résolution spatiale ou temporelle est le plus souvent fixe. Leur analyse permet d'étudier le transport de masse au sein du système Terre. Pour optimiser l'estimation des variations du champ associées à des processus locaux en espace ou en temps à différentes échelles, et adapter la résolution temporelle du modèle à sa résolution spatiale selon l'échantillonnage des satellites, nous avons développé dans cette thèse une modélisation multi-échelle spatiale et temporelle du champ de gravité. Dans un premier temps, nous construisons une famille de fonctions 4D, qui combine des ondelettes de Poisson dans le domaine spatial et des ondelettes de Haar dans le domaine temporel. Ensuite, nous mettons en place une inversion régularisée d'observables de type différences de potentiel inter-satellite pour estimer les paramètres du modèle, dans un cadre bayesien. Pour construire l'a priori sur le modèle, nous développons une analyse spectrale localisée en temps et en espace de variations de masse associées à un modèle physique, et du signal gravimétrique associé. Enfin, nous testons notre approche pour la reconstruction des variations spatio-temporelles du champ associées au signal hydrologique sur l'Afrique sur l'année 2005, à partir d'une distribution régionale d'observations. Notre meilleur modèle nous permet de reconstruire la source de masse considérée (les variations de hauteur d'eau à la surface du globe) avec une précision en rms d'environ 2.5 cm d'eau à 450 km, 21 jours de résolution, et centimétrique à 1900 km, 11 jours de résolution. Cette limite de précision provient en partie de l'impact de la régularisation. Nos tests montrent en effet que le choix de régularisation perturbe les résultats à hauteur centimétrique. L'approximation bloc diagonale du système normal dans l'inversion et la résolution temporelle limitée du modèle peuvent contribuer au reste des résidus. Cette thèse a permis en mettre en place une modélisation multi-échelle dans l'espace et dans le temps du champ de gravité, et des outils d'analyse spectrale associés. Dans l'avenir, un travail important sera d'étudier sa mise en œuvre sur des données réelles, telles qu'issues des missions GRACE et GRACE Follow-On. Numéro de notice : 17710 Affiliation des auteurs : LASTIG LAREG (2012-mi2018) Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Thèse française Note de thèse : thèse : géodésie : Paris 7 : 2016 Organisme de stage : LAREG (IGN) & GET, Observatoire Midi-Pyrenées & LSTA (Paris 6) nature-HAL : Thèse DOI : sans Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=99900
Titre : Multi-scale gravity field modeling in space and time Type de document : Article/Communication Auteurs : Shuo (2) Wang, Auteur ; Isabelle Panet Editeur : Munich [Allemagne] : European Geosciences Union EGU Année de publication : 2016 Collection : Geophysical Research Abstracts, ISSN 1607-7962 num. 18 Conférence : EGU 2016, General Assembly 17/04/2016 22/04/2016 Vienne Autriche OA Abstracts only Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique
[Termes IGN] champ de pesanteur terrestre
[Termes IGN] levé gravimétrique
[Termes IGN] ondelette d'Abel-Poisson
[Termes IGN] ondelette de HaarRésumé : (auteur) The Earth constantly deforms as it undergoes dynamic phenomena, such as earthquakes, post-glacial rebound and water displacement in its fluid envelopes. These processes have different spatial and temporal scales and are accompanied by mass displacements, which create temporal variations of the gravity field. Since 2002, the GRACE satellite missions provide an unprecedented view of the gravity field spatial and temporal variations. Gravity models built from these satellite data are essential to study the Earth’s dynamic processes (Tapley et al., 2004). Up to present, time variations of the gravity field are often modelled using spatial spherical harmonics functions averaged over a fixed period, as 10 days or 1 month. This approach is well suited for modeling global phenomena. To better estimate gravity related to local and/or transient processes, such as earthquakes or floods, and adapt the temporal resolution of the model to its spatial resolution, we propose to model the gravity field using localized functions in space and time. For that, we build a model of the gravity field in space and time with a four-dimensional wavelet basis, well localized in space and time. First we design the 4D basis, then, we study the inverse problem to model the gravity field from the potential differences between the twin GRACE satellites, and its regularization using prior knowledge on the water cycle. Our demonstration of surface water mass signals decomposition in time and space is based on the use of synthetic along-track gravitational potential data. We test the developed approach on one year of 4D gravity modeling and compare the reconstructed water heights to those of the input hydrological model. Perspectives of this work is to apply the approach on real GRACE data, addressing the challenge of a re?alistic noise, to better describe and understand physical processus with high temporal resolution/low spatial resolution or the contrary. Numéro de notice : C2016-069 Affiliation des auteurs : LASTIG LAREG+Ext (2012-mi2018) Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Poster DOI : sans Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=99901 Documents numériques
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Multi-scale gravity field modeling ... - poster pdf auteurAdobe Acrobat PDF
Titre : Gravity field modeling in space and time Type de document : Article/Communication Auteurs : Shuo (2) Wang, Auteur ; Isabelle Panet Editeur : Washington DC [Maryland - Etats-Unis] : American Geophysical Union AGU Année de publication : 2014 Conférence : AGU 2014, Fall Meeting 15/12/2014 19/12/2014 San Francisco Californie - Etats-Unis OA Abstracts only Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique
[Termes IGN] champ de pesanteur terrestre
[Termes IGN] levé gravimétrique
[Termes IGN] ondelette d'Abel-Poisson
[Termes IGN] ondelette de HaarRésumé : (auteur) The Earth constantly deforms as it undergoes dynamic phenomena, such as earthquakes, post-glacial rebound and water displacement in its fluid envelopes. These processes have different spatial and temporal scales and are accompanied by mass displacements, which create temporal variations of the gravity field. Since 2002, satellite missions such as GOCE and GRACE provide an unprecedented view of the spatial and temporal variations of the Earth's gravity field. Gravity models built from these data are essential to study the Earth’s dynamic processes. The gravity field and its time variations are usually modelled using spatial spherical harmonics functions averaged over a fixed period, as 10 days or 1 month. This approach is well suited for modeling global phenomena. To better estimate gravity variations related to local and/or transient processes, such as earthquakes or floods, and take into account the trade-off between temporal and spatial resolution resulting from the satellites sampling, we propose to model the gravity field as a four-dimensional quantity using localized functions in space and time. For that, we first design a four-dimensional multi-scale basis, well localized both in space and time, by combining spatial Poisson wavelets with an orthogonal temporal wavelet basis. In such approach, the temporal resolution can be adjusted to the spatial one. Then, we set-up the inverse problem to model potential differences between the twin GRACE satellites in 4D, and propose a regularization using prior knowledge on the water cycle signal amplitude. We validate our 4D modelling method on a synthetic test over Africa, using synthetic data on potential differences along the orbits constructed from a global hydrological model. A perspective of this work is to apply it on real data, in order to better model and understand the non-stationnary gravity field variations and associated processes at regional scales. Numéro de notice : C2014-044 Affiliation des auteurs : LASTIG LAREG+Ext (2012-mi2018) Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Poster nature-HAL : Poster-avec-CL DOI : sans Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=99902 Documents numériques
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Gravity field modeling in space and time - pdf auteur - posterAdobe Acrobat PDF
Titre : Wavelet‐based directional analysis of the gravity field : evidence for large‐scale undulations Type de document : Article/Communication Auteurs : M. Hayn, Auteur ; Isabelle Panet Année de publication : 2012 Article en page(s) : pp 1430 - 1456 Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique
[Termes IGN] anomalie de pesanteur
[Termes IGN] données GRACE
[Termes IGN] manteau terrestre
[Termes IGN] modèle de géopotentiel
[Termes IGN] ondelette d'Abel-Poisson
[Termes IGN] Pacifique (océan)
[Termes IGN] subduction
[Termes IGN] transformation en ondelettesRésumé : (Auteur) In the eighties, the analysis of satellite altimetry data leads to the major discovery of gravity lineations in the oceans, with wavelengths between 200 and 1400 km. While the existence of the 200 km scale undulations is widely accepted, undulations at scales larger than 400 km are still a matter of debate. In this paper, we revisit the topic of the large‐scale geoid undulations over the oceans in the light of the satellite gravity data provided by the GRACE mission, considerably more precise than the altimetry data at wavelengths larger than 400 km.
First, we develop a dedicated method of directional Poisson wavelet analysis on the sphere with significance testing, in order to detect and characterize directional structures in geophysical data on the sphere at different spatial scales. This method is particularly well suited for potential field analysis. We validate it on a series of synthetic tests, and then apply it to analyze recent gravity models, as well as a bathymetry data set independent from gravity. Our analysis confirms the existence of gravity undulations at large scale in the oceans, with characteristic scales between 600 and 2000 km. Their direction correlates well with present‐day plate motion over the Pacific ocean, where they are particularly clear, and associated with a conjugate direction at 1500 km scale. A major finding is that the 2000 km scale geoid undulations dominate and had never been so clearly observed previously. This is due to the great precision of GRACE data at those wavelengths. Given the large scale of these undulations, they are most likely related to mantle processes. Taking into account observations and models from other geophysical information, as seismological tomography, convection and geochemical models and electrical conductivity in the mantle, we conceive that all these inputs indicate a directional fabric of the mantle flows at depth, reflecting how the history of subduction influences the organization of lower mantle upwellings.Numéro de notice : A2012-742 Affiliation des auteurs : LAREG+Ext (1991-2011) Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1111/j.1365-246X.2012.05455.x Date de publication en ligne : 19/04/2012 En ligne : https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2012.05455.x Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=91491
in Geophysical journal international > vol 189 n° 3 (June 2012) . - pp 1430 - 1456[article]Comparaison de trois familles d'ondelettes pour la représentation du champ de pesanteur terrestre / Isabelle Panet (2003)
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