Vínculo do Datum Vertical Equatoriano ao International Height Reference System - IHRS

Abstract

Resumo: A Terra é um planeta com constantes mudanças e processos dinâmicos com muitas consequências decorrentes, principalmente, do transporte de massas no denominado Sistema Terra. O aspecto a ser destacado é o de que tais efeitos trazem implicações no geopotencial, com consequentes variações no planeta que devem ser monitoradas utilizando um sistema vertical de referência global. Para tanto é indispensável o estudo de fenômenos regionais e globais, como aqueles enfatizados no âmbito da Geodesia desde o início do presente século. O GGOS (Global Geodetic Observing System) da International Association of Geodesy (IAG) estabeleceu em 2011 os três temas fundamentais como prioritários para a atuação da comunidade geodésica internacional: 1 - Sistema de Altitudes Global; 2 - Monitoramento de catástrofes naturais; 3 - Mudanças do nível do mar, variabilidade espacial e previsão climática. Atualmente existem esforços internacionais no sentido de alcançar a vinculação entre os Sistemas Verticais de Referência Nacionais e o denominado International Height Reference System (IHRS) estabelecido pela Resolução 1/2015 da IAG. Para isto, os Data Verticais (DVs) clássicos devem adaptar-se ao IHRS com características globais e definido no espaço do geopotencial. No caso da América do Sul, o SIRGAS (Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas) busca a unificação dos DVs clássicos mediante sua homogeneização, a qual envolve o cálculo das suas discrepâncias, em termos de geopotencial, entre as superfícies de nível a eles associadas e a do IHRS. O tema central do presente trabalho é a determinação da discrepância existente entre o DV do Equador (DVE) e o IHRS. A discrepância foi modelada pontualmente no DVE e também na sua região contígua com base em diferentes abordagens do Problema de Valor de Contorno da Geodésia (PVCG). O foco de todos os experimentos foi a determinação do potencial anômalo no DVE e a partir deste a modelagem do geopotencial. Como estratégia de utilização da maior quantidade possível de informações disponíveis com diferentes resoluções espaciais foi adotada a técnica de decomposição espectral. As modelagens das informações em longos e curtos comprimentos de onda do geopotencial foram realizadas com o aporte dos Modelos Globais de Geopotencial (MGGs) e Modelos Digitais de Altitude (MDAs), respectivamente, esta última considerando a técnica de modelagem da topografia residual (Residual Terrain Model - RTM). As observações gravimétricas e posicionais in situ complementam o espectro das informações. Para tanto foram integradas diversas bases de dados de gravimetria terrestre e aérea para a parte continental associadas com informações gravimétricas derivadas de satélites altímetros, e de gravimetria embarcada na parte oceânica. Mediante o método de Colocação por Mínimos Quadrados, funções de covariância empíricas e a referida técnica de decomposição espectral, foram realizadas modelagens do geopotencial na região de estudo com centro no marégrafo La Libertad - Equador. Assim, foram obtidas estimativas da discrepância do DVE com o IHRS no espaço do geopotencial e no espaço geométrico. No espaço geométrico foi calculada uma discrepância de aproximadamente 7 cm, enquanto que na abordagem baseada no espaço do geopotencial foi calculado um bias de aproximadamente 25 cm considerando o termo de grau zero para o cálculo das anomalias de atitude dos MGGs segundo a abordagem do ICGEM, -40 cm considerando o termo de grau zero conforme a abordagem da NGA e -65 cm desconsiderando o termo de grau zero. As consistências destes resultados são discutidas também em termos comparativos com outras determinações oriundas da aplicação de resultados de missões com plataformas orbitais.

Abstract: The Earth is a planet with constant changes and dynamical process with consequent mass transport processes within the called Earth System. The highlight is that such effects imply changes on the geopotential, with consequent variations which should be monitored using a global vertical reference system. For that, it is indispensable to study regional and global phenomena, such as those emphasized in the scope of Geodesy since the beginning of the present century. This is how the Global Geodetic Observing System (GGOS) of the International Association of Geodesy (IAG) established in 2011 the three fundamental themes as priorities for the performance of the international geodetic community: 1 - Global Height System; 2 - Monitoring of natural disasters; 3 - Sea level changes, spatial variability and climate prediction. There are currently international efforts to achieve linkage between the National Vertical Reference Systems and the International Height Reference System (IHRS) established by the IAG Resolution 1/2015. For this, the Classical Vertical Data must adapt to the IHRS with global characteristics and defined in the geopotential space. In the case of South America, SIRGAS (Geocentric Reference System for the Americas) seeks to unify the classical vertical data through their homogenization, which involves compute their discrepancies, in terms of geopotential, between the associated level surfaces and that of the IHRS. The central theme of the present work is the determination of the discrepancy between the Equator vertical datum (EVD) and the IHRS. The discrepancy was modeled punctually in the EVD and also in its contiguous region based on different approaches of the Geodesy Boundary Value Problem (GBVP). The focus of all the experiments was the determination of the anomalous potential in the EVD and from this the geopotential modeling. As a strategy to use as much information as possible with different spatial resolutions, the spectral decomposition technique was adopted. The modeling of the information in long and short wavelengths of the geopotential was carried out with the contribution of the Global Geopotential Models (GGMs) and Digital Altitude Models (DAMs), respectively, the latter considering the modeling technique of residual topography (Residual Terrain Model - RTM). In situ gravimetric and positional observations complement the information spectrum. For this purpose, several terrestrial and aerial gravimetric databases were integrated for the continental part associated with gravimetric information derived from altimeter satellites and gravimetry on the oceanic part. Using the Least Squares Method, empirical covariance functions and the spectral decomposition technique, geopotential modeling was performed in the region of study with a center in the La Libertad - Ecuador tide gauge. Thus, estimates of the discrepancy of the EVD with the IHRS were obtained in the space of the geopotential and in the geometric space. On the geometric space, a discrepancy of approximately 7 cm was calculated, whereas in the geopotential space-based approach, a bias of approximately 25 cm was calculated considering the zero degree term for the calculation of MGGs height anomalies according to the ICGEM approach, -40 cm considering the zero degree term according to the NGA approach and -65 cm disregarding the zero degree term. The consistencies of these results are also discussed in comparative terms with other determinations derived from the application of results of missions with orbital platforms.