Uncertainty of Low-Degree Space Gravimetry Observations: Surface Processes Versus Earth's Core Signal - INSU - Institut national des sciences de l'Univers Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Journal of Geophysical Research : Solid Earth Année : 2023

Uncertainty of Low-Degree Space Gravimetry Observations: Surface Processes Versus Earth's Core Signal

Résumé

Space gravity measurements have been mainly used to study the temporal mass variations at the Earth's surface and within the mantle. Nevertheless, mass variations due to the Earth's core might be observable in the gravity field variations as measured by Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) and GRACE Follow-On satellites. Earth's core dynamical processes inferred from geomagnetic field measurements are characterized by large-scale patterns associated with low spherical harmonic degrees of the potential fields. To study these processes, the use of large spatial and inter-annual temporal filters is needed. To access gravity variations related to the Earth's core, surface effects must be corrected, including hydrological, oceanic or atmospheric loading (Newtonian attraction and mass redistribution). However, these corrections for surface processes add errors to the estimates of the residual gravity field variations enclosing deep Earth's signals. As our goal is to evaluate the possibility to detect signals of core origin embedded in the residual gravity field variations, a quantification of the uncertainty associated with gravity field products and geophysical models used to minimize the surface process signatures is necessary. Here, we estimate the dispersion for GRACE solutions as about 0.34 cm of equivalent water height (EWH) or 20% of the total signal. Uncertainty for hydrological models is as large as 0.89-2.10 cm of EWH. We provide estimates of Earth's core signals whose amplitudes are compared with GRACE gravity field residuals and uncertainties. The results presented here underline how challenging is to get new information about the dynamics of the Earth's core via high-resolution, high-accuracy gravity data.
Les mesures spatiales du champ de gravité ont été principalement utilisées pour étudier les variations temporelles des masses à la surface de la Terre et dans le manteau. Néanmoins, les variations de masse dues au noyau de la Terre pourraient être observables dans les variations du champ de gravité mesurées par les satellites GRACE(-FO). Les processus dynamiques du noyau terrestre déduits des mesures du champ géomagnétique sont caractérisés par des modèles à grande échelle associés à de faibles degrés harmoniques sphériques des champs de potentiels. L'étude de ces processus nécessite l'utilisation de filtres spatiaux et temporels interannuels de grande taille. Pour accéder aux variations de gravité liées au noyau terrestre, les effets de surface doivent être corrigés, y compris la charge hydrologique, océanique ou atmosphérique (attraction newtonienne et redistribution de masse). Cependant, ces corrections pour les processus de surface ajoutent des erreurs aux estimations des variations résiduelles du champ de gravité entourant les signaux de la Terre profonde. Notre objectif étant d'évaluer la possibilité de détecter des signaux originaires du noyau présents dans les variations résiduelles du champ de gravité, il est nécessaire de quantifier l'incertitude associée aux produits du champ de gravité et aux modèles géophysiques utilisés pour minimiser les signatures des processus de surface. Ici, nous estimons la dispersion des produits GRACE à environ 0,34 cm d'EWH, soit 20% du signal total. L'incertitude pour les modèles hydrologiques est de l'ordre de 0,89 à 2,10 cm d'EWH. Nous fournissons des estimations des signaux du noyau terrestre dont les amplitudes sont comparées aux résidus et aux incertitudes du champ gravitationnel de GRACE. Les résultats présentés ici soulignent à quel point il est difficile d'obtenir de nouvelles informations sur la dynamique du noyau terrestre grâce à des données gravimétriques à haute résolution et à haute précision.
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insu-04198298 , version 1 (07-09-2023)

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Hugo Lecomte, Séverine Rosat, Mioara Mandea, Jean-Paul Boy, Julia Pfeffer. Uncertainty of Low-Degree Space Gravimetry Observations: Surface Processes Versus Earth's Core Signal. Journal of Geophysical Research : Solid Earth, 2023, 128, ⟨10.1029/2023JB026503⟩. ⟨insu-04198298⟩
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