Variação temporal da coordenada altimétrica a partir de dados GNSS e dados GRACE

Abstract

Resumo: A partir do lançamento dos primeiros satélites artificiais, deu-se início a uma grande revolução no que podemos denominar de Geodésia Moderna. Isso possibilitou, entre outras coisas, o desenvolvimento de modelos globais do geopotencial (MGGs) que geralmente são calculados em forma de coeficientes de uma expansão em séries de harmônicos esféricos e usados para modelar as funcionais do campo de gravidade da Terra. Com este trabalho tem-se o propósito de analisar a variação temporal da componente vertical de estações, que fazem parte da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo do GNSS (RBMC), através da utilização de modelos mensais derivados da missão GRACE, com base na funcional altitude geoidal. São realizadas comparações dos dados da RBMC, no que se refere à componente geométrica (altitudes elipsoidais) com altitudes com significado físico (as denominadas altitudes normais-ortométricas) geradas a partir dos MGGs. Os materiais para o cumprimento deste estudo compreendem: as séries temporais de coordenadas geodésicas referentes a 18 estações da RBMC, no período de tempo de Janeiro de 2012 a Julho de 2015, neste caso, coordenadas cartesianas são transformadas em coordenadas elipsoidais; e os modelos mensais do geopotencial baseados nos dados do satélite GRACE, provenientes de três centros de pesquisa, o Jet Propulsion Laboratory (JPL), o GeoForschungsZentrum (GFZ) e o Center for Space Research (CSR), sendo que os modelos foram desenvolvidos em diferentes graus, a saber: 60, 90 e 96. Destes modelos foram obtidos, para cada estação, os valores das altitudes geoidais que posteriormente foram utilizados na obtenção das altitudes normais-ortométricas. A metodologia emprega análises baseadas na determinação da regressão linear (visando obter a taxa de variação das altitudes) e a correlação entre as séries temporais de altitudes elipsoidais e normaisortométricas. Também foi feita a comparação entre as taxas de variação anual, para o período do trabalho, das altitudes geradas com as funcionais derivadas dos modelos do JPL, GFZ e CSR. Desta forma, o trabalho verificou a potencialidade da utilização de modelos mensais do geopotencial com base na missão GRACE. A verificação partiu de análises dos gráficos onde podem ser observadas as variações das altitudes elipsoidais e das altitudes ortométricas, gerando indicativos de possível soerguimento ou de subsidência da crosta. Na análise das variações anuais das altitudes elipsoidais e ortométricas, os valores obtidos pelo modelo JPL Release-05 desenvolvido até grau 60 e JPL Release-05 desenvolvido até o grau 90 mostraramse melhores quando comparados com os modelos gerados pelos outros centros de processamento na comparação com os mesmos graus de desenvolvimento, o que compreendeu 38,9% e 33,3% respectivamente, dos valores de variação menores do que um milímetro entre a altitude elipsoidal e a altitude ortométrica. Por fim, foram calculadas as correlações entre as séries temporais de altitudes elipsoidais, normais-ortométricas e altitudes geoidais. Os modelos mensais do geopotencial desenvolvidos até grau 60 tiveram maior correlação com os dados das altitudes elipsoidais quando comparados com os mesmos modelos desenvolvidos para os graus maiores, o que indica uma melhor correspondência entre as variações temporais da altitude elipsoidal e modelos mensais do geopotencial desenvolvidos até grau 60. Palavras-chave: Modelos mensais do geopotencial, GRACE, altitudes, variação temporal.

Abstract: From the launch of the first artificial satellites, it initiated a great revolution in what we can call Modern Geodesy. This allowed, among other things, the development of global geopotential models that are generally calculated as coefficients of an expansion in series of spherical harmonics and used to model the functionalities of the Earth's gravity field. The objective of this work is to analyze the temporal variation of the vertical component of stations that are part of the Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo do GNSS (RBMC), using monthly models derived from the GRACE mission, based on the functional Geoid. Comparisons of RBMC data are made with respect to the geometric component (ellipsoidal height) with the component with physical meaning (ortometric height) generated from the MGGs. The materials for the accomplishment of this study comprise: the temporal series of geodesic coordinates referring to 18 RBMC stations, from January 2012 to July 2015, in this case, Cartesian coordinates are transformed into ellipsoidal coordinates: and the monthly geopotential models based on GRACE satellite data from three research centers, Jet Propulsion Laboratory (JPL), GeoForschungsZentrum (GFZ) and Center for Space Research (CSR), different degrees, namely: 60, 90 and 96. From these models were obtained, for each station, the values of the geoid that later were used to obtain the ortometric height. The methodology employs analyzes based on the determination of linear regression (aiming to obtain the rate of change of height) and the correlation between the time series of ellipsoidal and orthometric height. It was also made the comparison between the annual rates of change for the period of work, of the heights generated with the functional ones derived from the JPL, GFZ and CSR models. In this way, the work verified the potential of the use of monthly geopotential models based on the GRACE mission. The analysis was based on analysis of the graphs where the variations of the ellipsoidal height and the orthometric height can be observed, generating indications of possible uplift or subsidence of the crust. In the analysis of the annual variations of ellipsoidal and orthometric height, the values obtained by the JPL Release-05 developed until degree 60 and JPL Release-05 developed up to degree 90 showed the best results obtained when compared with the models generated by the others processing centers in comparison with the same degrees of development, which comprises 38,9 % and 33.3%, respectively, of variation values of less than one millimeter between ellipsoidal height and orthometric height. Finally, correlations between ellipsoidal and orthometric height were calculated. The monthly models of the geopotential developed up to degree 60 had a higher correlation with the data of the ellipsoidal height when compared with the same models developed for the greater degree, which indicates a better correspondence between the temporal variations of the ellipsoidal altitude and monthly models of the geopotential developed until degree 60. Keywords: Monthly models of geopotential, GRACE, heights, temporal variation.