2025年1月3日，国家精密重力测量科学中心地球物理组在时钟大地测量学领域取得突破性进展，面向下一代重力测量卫星任务（NGGMs）的前沿需求，系统论证并揭示了基于改进光钟技术反演地球时变重力场的可行性与优势。相关研究成果以“On the feasibility of retrieving the temporal gravity field via improved optical clocks”为题，于国际大地测量学顶级期刊《大地测量学杂志》（Journal of Geodesy）正式发表。博士生郑舒允为第一作者，周浩教授为通讯作者。
本研究构建了包含光钟观测的下一代重力卫星任务全流程闭环仿真模拟框架。该框架集成高精度光钟噪声建模、多类卫星构型参数化分析、复杂背景力场模型误差影响等关键要素，在全球尺度上首次对光钟作为新型时变重力传感器进行了定量评估。结果表明：光钟技术对表征长波信号的地球时变重力场（约30阶次）展现出高敏感性。然而，当光钟的噪声水平在空间-地面模式下优于1×10⁻¹⁹@1s，或在空间-空间模式下优于1×10⁻²⁰@1s时，大气与海洋变化引起的混叠误差将取代光钟噪声成为最主要的误差源。与当前国际最先进的GRACE-FO卫星任务相比，在长波信号反演（20阶次以内）上，光钟技术已可达到同等精度水平；若卫星运行于更低的250公里轨道高度，仿真数据表明光钟技术在所有波长上均可媲美乃至超越现有系统的整体精度。
此外，研究发现光钟稳定度定度每提升一个数量级，时变重力场恢复精度平均提高60%；空间-地面模式相比空间-空间模式，平均可带来约51%的反演性能增益。光钟技术在捕获长波重力信息方面的天然优势，使其成为现有卫星重力观测的重要补充，对未来全球海平面变化、极地冰盖消融和深部质量迁移研究具有显著意义，也为下一代重力卫星载荷的研制规范、性能指标设定及整个任务系统的顶层优化提供了重要依据。
本研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目的资助以及精密重力测量国家重大科技基础设施的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1007/s00190-024-01930-6
