Avaliação do impacto do efeito de carga por pressão atmosférica em posicionamento GPS de alta precisão nas regiões do Equador continental e da Amazônia brasileira

Abstract

Resumo: Um processo biogeoquímico de grande importância a ser levado em conta na geração de soluções posicionais de alta precisão, é o denominado ciclo hidrológico. Este ciclo encontrase ligado à troca de água pelas diferentes regiões que compõem a biosfera, produzindo o movimento de suas massas e consequentemente a variação de suas propriedades fundamentais (densidade, espessura, altitude, entre outros), o qual gera uma força direta ou carga sobre a superfície terrestre, conseguindo que esta se deforme em escalas de tempo prolongados. Um caso particular destes processos, é o chamado de efeito de carga atmosférica, o qual fundamenta-se no movimento contínuo das massas de ar devido principalmente à diferença de calor existente entre latitudes altas e baixas, gerando deslocamentos superficiais de várias dezenas de milímetros e sendo maior em regiões com uma alta variabilidade climatológica. Assim por exemplo, diversos estudos têm demostrado que ditos deslocamentos podem representar perto de 24 por cento da variância total das altitudes elipsoidais em pontos localizados em latitudes altas e produzir deformações superficiais de até 20 milímetros em regiões tropicais e subtropicais. Neste sentido, e apesar da existência de resultados conclusivos referente à melhora da acurácia das soluções geradas com a inclusão do efeito de carga atmosférica, é importante salientar que ao nível da América do Sul, o uso de dados não homogêneos no desenvolvimento dos diferentes estudos, conduz a uma supervalorização da eficácia dos modelos gerados, principalmente naquelas regiões com poucas fontes de dados para sua elaboração ou com uma alta variabilidade climatológica como no caso da Zona de Convergência Intertropical. Baseados neste preceito, a presente pesquisa tem como objetivo geral avaliar o impacto do efeito de carga atmosférica na geração de soluções posicionais de alta precisão nos anos 2011, 2012 e 2013, nas regiões do Equador Continental e da Amazônia Brasileira, através da modelagem a priori do efeito no processamento de dados GPS. Os resultados obtidos demostraram que a implementação do modelo de carga atmosférica no cálculo das soluções posicionais (coordenadas e ZTD) melhorou minimamente a repetibilidade das mesmas, sendo que os melhores resultados foram aqueles atingidos pelos desvios padrão dos sinais de ruido que conformam o modelo estocástico da solução definido no CM. Palavras-chaves: Carga por pressão atmosférica, Séries temporais GPS, Modelo estocástico, Análise espectral

Abstract: A biogeochemical process of great importance to be taken into account in the generation of high precision coordinates is the so-called hydrological cycle. This cycle is linked to the exchange of water by the different regions that compose the biosphere, producing the movement of its masses and consequently the variation of its fundamental properties (density, thickness, height, among others), causing the deformation of the Earth's surface over extended timescales. A particular case of these processes is the so-called atmospheric pressure loading effect, which is based on the continuous movement of air masses due to the difference of heat between high and low latitudes and generating displacements of various millimeters in regions with high climatological variability. Thus, for example, several studies have demonstrated that displacements can represent close to 24 percent of the total variance of ellipsoidal heights at points located at high latitudes and produce surface deformations up to 20 millimetres in tropical and subtropical regions. In this sense, and despite the existence of conclusive results concerning to the improvement of the accuracy of the solutions generated with the inclusion of the effect of atmospheric load, it is important to point out that at the level of South America, the use of non-homogeneous data in the development of the different studies, leads to an overvaluation of the efficiency of the generated models, especially in those regions with few data sources for their elaboration or with a high climatological variability as in the case of the Intertropical Convergence Zone. Based on this precept, the present research has as general objective to evaluate the impact of the atmospheric load effect on the generation of high precision GPS coordinates in the years 2011, 2012 and 2013 and in the regions of the Continental Equator and the Brazilian Amazon, through the a priori modeling of the effect on GPS data processing.. The results obtained showed that the implementation of the atmospheric pressure loading model in the calculation of the positional solutions (coordinates and ZTD) minimized their repeatability, and the best results were those reached by the standard deviations of the noise signals that form the stochastic model of the solution defined in CM. Key-words: Atmospheric pressure loading, GPS Time Series, Stochastic model, Spectral analysis