Contribuições para os estudos de integração das componentes verticais terrestre e marinha ao longo da costa brasileira

Abstract

Resumo: No Brasil, os Níveis de Redução (NREDs) das Estações Maregráficas (EMs) são utilizados como os Data verticais oceânicos ou Chart Datum (CD) que são referências para as cartas náuticas confeccionadas pela Diretoria de Hidrografia e Navegação (DHN). Os níveis são estabelecidos ao longo da costa brasileira e foram, e ainda são, baseados em observações maregráficas. Para cada uma das EMs há um NRED associado que foi determinado em diferentes épocas e a extensão do período de observação também não foi padronizada para a quantificação dos níveis de cada estação. Em contrapartida ao que é adotado no país, a Organização Hidrográfica Internacional recomenda que a superfície usada como referência para obtenção do Datum para reduções de sondagens em regiões costeiras seja definida pela superfície LAT (Lowest Astronomical Tide) calculada a partir de pelo menos 18,6 anos de observações maregráficas. A unificação do referencial e a integração da componente vertical é algo que se tem almejado para a costa brasileira por meio de parcerias de diversas instituições e o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Adotar uma superfície dada pela LAT solucionaria os problemas apresentados pela adoção dos NREDs como CD: o caráter local; o fato de que algumas profundidades podem ser menores do que as constantes na carta; a questão da determinação de cada NREDs em épocas distintas; a falta de padronização da extensão das séries temporais para quantificação dos NREDs e, sobretudo, a impossibilidade de conexão ao Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas (SIRGAS). Compõe este estudo as EMs das regiões de Fortaleza-CE e Imbituba-SC, regiões que possivelmente abrigarão futuras estações da Rede de Referência Altimétrica Internacional. Como uma contribuição, o desenvolvimento deste trabalho contém a realização de inventários de dados geodésicos nas regiões de estudo, a discussão dos impactos acerca da adoção de referencial vertical oceânico unificado, a investigação da adequação de modelos globais oceânicos a observações locais e também atualização e complementação dos Níveis de Referências (NREFs) nas EMs de Fortaleza e Imbituba que são vinculadas a Rede Maregráfica Permanente para Geodésia (RMPG). Os resultados encontrados com as análises relativas mostraram alta correlação na região de Fortaleza na investigação da adequação de observações locais e observações baseadas em modelos. Os NREFs locais foram conectados ao referencial global por meio da vinculação ao elipsoide GRS80, assim foram feitas análises absolutas nas regiões estudadas. Os diferentes modelos da Superfície Média do Mar apresentaram diferenças entre 16,7 a 13,1 cm com relação ao NMM local definido pela DHN na EM de Fortaleza e 2,3 a 8,3 cm para EM de Imbituba. A partir de cinco diferentes NMM definidos e quatro MGGs foram estimados valores de Topografia do Nível Médio do Mar (TNMM) para as duas EMs estudadas. Para a EM de Fortaleza o valor médio encontrado da TNMM foi de 77,2 cm com precisão de 7,3 cm e para a EM de Imbituba, 51,9 cm com precisão de 4,0 cm. O modelo de LAT analisado se encontra 15,6 cm e 6 mm acima dos NREDs em Fortaleza e Imbituba, respectivamente. O que, em princípio, indica possíveis inconsistências no modelo global da LAT, em comparação com observações locais, ocasionadas provavelmente pela dificuldade de modelagem em áreas costeiras.

Abstract: In Brazil, the Reduction Levels (RLs) of Tide Gauge (TG) are used as Ocean Vertical Data or Chart Datum (CD) which are references to nautical charts made by the Hydrography and Navigation Board of the Brazilian Navy (DHN- Diretoria de Hidrografia Naval in Portuguese). The levels are established along the Brazilian coast and were, and still are, based on tide gauge observations. For each of the TG there is an associated RL that was determined at different times and the length of the observation period was not standardized to quantify the levels of each station. In contrast to that was adopted in Brazil, the International Hydrographic Organization recommends that the Datum reference surface for survey reductions in coastal regions may be defined by the LAT (Lowest Astronomical Tide) calculated from at least 18.6 years of tide gauge observations. The unification of the datum and the vertical component integration has been aimed for the Brazilian coast through partnerships between several institutions and the Brazilian Institute of Geography and Statistics (IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística in Portuguese). Adopting a surface given by the LAT would solve the problems presented by adopting the RLs as CD, such as: the local coverage; the fact that some depths may be smaller than those presented in the chart; the question of determining each RL at different times; the lack of standardization about the time series extension to quantify the RL; and, above all, the impossibility of the connection to the Geocentric Reference System for the Americas (SIRGAS - Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas in Portuguese). This study is composed of the TG from Fortaleza-CE and Imbituba-SC, regions that will probably be future stations of the International Height Reference Frame. As a contribution, the development of this work includes the realization of geodetic data inventories in the study regions, the discussion of the impacts with the adoption of a unified oceanic vertical reference, the investigation about the adequacy of oceanic global models to local observations and also the updating and complementation of the reference levels at Fortaleza and Imbituba TGs that are linked to the Permanent Tide Gauge Frame for Geodesy (RMPG - Rede Maregráfica Permanente para Geodésia in Portuguese). The results that were founded shows a high correlation in the Fortaleza region between the local observations and the modelbased observations, for a relative analyze. The local reference levels were connected to the global reference by linking to the GRS80 ellipsoid and through an absolute analyze, that were made in the studied regions. The different models of Mean Sea Surface (MSS) presented differences between 16.7 to 13.1 cm when compared to the local Mean Sea Level (MSL) defined by the DHN in Fortaleza TG and 2.3 to 8.3 cm for Imbituba TG. From five different local defined MSL and four Global Geopotential Model, Sea Surface Topography (SST) values were estimated for the two TGs studied. For the TG of Fortaleza, the average value found for SST was 77.2 cm with a precision of 7.3 cm and for Imbituba TG, 51.9 cm with a precision of 4.0 cm. The LAT model analyzed is 15.6 cm and 6 mm above the RLs in Fortaleza and Imbituba. Which, in principle, indicates possible inconsistencies in the global LAT model, compared to local observations, probably caused by the difficulty of modeling in coastal areas.