Avaliação das variações temporais nos sistemas de referência verticais na América do Sul baseada em observações GPS e GRACE

Abstract

Resumo : As observações geodésicas (e.g. GNSS, VLBI, SLR, GRACE) têm permitido perceber pequenas variações geométricas ou físicas sobre ou próximas à superfície da Terra em diversas escalas espaço-temporais. Estas observações são a base para o entendimento da dinâmica do complexo sistema Terra. Elas permitem parametrizar a geometria e o campo da gravidade da Terra através das redes geodésicas de referência. Atualmente as redes geodésicas de natureza geométrica são definidas como cinemáticas e de abrangência global. Já no caso das redes de referência verticais, estas são ainda regionais/locais, e realizadas como estáticas. Neste contexto propõe-se uma estratégia indireta para a modelagem das variações temporais das altitudes físicas na América do Sul no período de 2002 até 2016 com base em observações GPS e GRACE integradas em modelos de trajetórias multi-paramétricos. Nesta tese foram desenvolvidos dois casos de estudo: "a) Efeitos na Rede de Referência Vertical Chilena devido ao efeito co-sísmico e pós-sísmico do terremoto de Maule 2010 e b) Estimativas e estudo de alternativas e implicações das deformações verticais nas redes verticais na América do Sul. As maiores deformações anuais nas altitudes ortométricas são localizadas nas bacias do Amazonas, do Tocantins e do Paraná. Já no caso das velocidades lineares, os valores maiores são encontrados na região de sub-ducção da Placa de Nazca relativamente à placa Sul-americana entre as latitudes 32oS até 52oS. Ambos os experimentos revelam que as características geodinâmicas e hidrológicas da América do Sul geram deformações temporais significativas em diferentes escalas temporais que devem ser consideradas na modelagem da trajetória das altitudes dos sistemas de referência vertical com propósitos de alcançar os requerimentos de um Sistema de Referência Vertical moderno (~ 1 cm). Além disso, foram caracterizadas e correlacionadas as deformações temporais verticais da crosta e do geoide em termos de tendências, saltos e ciclos (amplitude e fase) predominantes. Também foram avaliadas duas alternativas para a recuperação da deformação vertical da crosta, estas com base em: coeficientes harmônicos esféricos do GRACE e modelos combinados de sobrecarga (atmosfera + armazenamento de água continental + outros efeitos distintos de maré (Non-Tidal))

Abstract: Current geodetic observations (e.g. GNSS, VLBI, SLR, GRACE) have allowed researchersto detect small geometric and physical variations on or near of the Earth’s surface acrossdiverse spatio-temporal scales. These observations are the basis for the understanding of thedynamics of the complex Earth system. They also allow researchers to parametrize the geometryand the gravity field of the Earth through geodetic reference networks. Currently, geodeticnetworks of the geometric nature are defined as kinematics and global in coverage. In the caseof vertical reference networks, these are still regional/local and are considered static. In thiscontext, we have proposed an indirect strategy for the modeling of temporal variations of thephysical heights of South American during the period 2002 - 2016 based on GPS and GRACEobservations that were integrated into multiparametric trajectory models. In this thesis twocase studies were developed: "a) Effects on the Chilean Vertical Reference Network due tothe co-seismic and post-seismic effect of the Maule 2010 earthquake and b) Estimates andstudies of alternatives and implications of the vertical deformations on South America verticalreference networks. The greatest annual deformations in orthometric heights were identified inthe Amazon, Tocantins and Paraná basins. In the case of the long-term trend, the greatestvalues were found in the subduction region of the Nazca plate relative to the South Americanplate between the latitudes 32oS and 52oS. Both experiments reveal that the geodynamicand hydrological characteristics of South America generate significant temporal deformationsin different temporal scales that must be considered in the modeling of the trajectory ofthe heights of vertical reference systems with the purpose of fulfilling the requirements of aModern Vertical Reference System (~ 1cm). In addition, the temporal vertical deformationsof the crust and geoid were characterized and correlated in terms of trend, jumps and cycles.Two alternatives for the recovery of vertical crust deformation were evaluated based on: thespherical harmonic coefficients of GRACE and combined Surface Loading Models (atmosphere+ continental water storage + Non-Tidal effects).