[論文レビュー] Removing tides from gravity time-series : a comparison of classical methods applied to a global network of superconducting gravimeters

Arthur Lopes Da Silva Valencio, Celso Grebogi+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 27, 2017

Geophysics and Gravity Measurements被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、グローバルなIGETSネットワークに属する19のステーションから得られた超伝導ガルマメータ（SG）データを用い、古典的手法による潮汐除去の有効性を評価し、非潮汐重力信号の分離性能を比較した。潮汐モデルとフィルタリング手法の選択が残差重力ノイズに顕著な影響を及ぼすことが示され、最良の手法を用いることで、潮汐残差を10 nm/s²未満にまで低減できた。

ABSTRACT

Includes Supplementary Materials ACKNOWLEDGMENTS A. Valencio thanks CNPq (Brazil) for a scholarship (process #206246/2014-5). The authors thanks the participants of the 35th General Assembly of the European Seismological Commission for the comments, and the School of Natural and Computing Sciences, University of Aberdeen, for travel support. The authors are grateful to all IGETS contributors, particularly to the station oper ators and to ISDC/GFZ-Potsdam for providing the original gravity data used in this study. We also thank the developers of ATLANTIDA3.1 and UTide. Part of this work was performed using the Institute for Complex Systems and Mathematical Biology High Performance Computing Cluster, University of Aberdeen.

研究の動機と目的

• 超伝導ガルマメータ（SG）時系列データから潮汐信号を除去するための古典的手法の有効性を評価すること。
• グローバルなSGステーションネットワーク全体で残差重力ノイズを最小化するための最も正確な潮汐モデルおよびフィルタリング手法を特定すること。
• 異なる潮汐成分およびデータ処理戦略が非潮汐重力信号の品質に与える影響を評価すること。
• 標準化されたグローバルデータセットを用いて、SGデータ処理における潮汐補正のベンチマークを提供すること。
• 高精度な潮汐なし重力観測が求められる今後の地球物理学的研究を支援すること。

提案手法

• グローバルIGETSネットワークに属する19台の超伝導ガルマメータから得られた重力時系列データを用いた。
• IERS EOPおよびOT12潮汐モデルに由来する潮汐成分に基づく古典的手法を適用した。
• UTideツールボックスを用いて潮汐調和解析および残差信号の計算を実施した。
• スペクトルおよび時域指標を用いて、異なる潮汐モデルとフィルタリングアプローチの結果を比較した。
• ATLANTIDA3.1ソフトウェアを用いて潮汐成分の推定と検証を実施した。
• 残差の統計的分析を実施し、ノイズ低減度および信号忠実度を定量的に評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どの潮汐モデルが超伝導ガルマメータデータにおける最も正確な潮汐除去を実現するか？
• RQ2 異なるフィルタリング手法は、潮汐補正後の残差重力信号にどのように影響するか？
• RQ3 古典的手法を適用した後、グローバルなSGネットワーク全体でどの程度の残差潮汐ノイズが残存するか？
• RQ4 ステーションごとの潮汐振幅および位相はどのように変動し、それらが残差信号品質にどのような影響を及えるか？
• RQ5 データ処理の選択が、非潮汐重力信号の検出可能性にどの程度影響を及えるか？

主な発見

• OT12潮汐モデルとUTideを用いた調和解析を組み合わせた手法が、グローバルなSGネットワーク全体で最小の残差潮汐振幅を達成した。
• 最適な潮汐補正を施した後、19のステーションのうち15か所で残差重力ノイズが10 nm/s²未満にまで低減された。
• 特に沿岸部および高緯度地域のステーションでは、潮汐振幅に顕著な地域差が観察された。
• 潮汐補正に加えて大気補正を組み込んだフィルタリング戦略が、最も一貫性のある残差性能を示した。
• フィルタリング窓長の選択よりも、潮汐モデルの選定が残差品質により大きな影響を及えた。
• 最良の手法で得られた残差には、潮汐周波数帯域で顕著な信号パワーが認められず、効果的な除去が確認された。