Publicação: Estimativa do deslocamento vertical de estações maregráficas a partir da modelagem de séries temporais de coordenadas GNSS
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Data
2023-12-21
Orientador
Monico, João Francisco Galera 
Coorientador
Marques, Haroldo Antonio
Brassarote, Gabriela de Oliveira Nascimento
Pós-graduação
Ciências Cartográficas - FCT 33004129043P0
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Tese de doutorado
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
A variação do nível do mar é um importante indicador dos efeitos do aquecimento global e das mudanças climáticas. Estudos recentes indicam uma tendência de elevação do nível do mar, com variações significativas entre regiões. Essa variabilidade foi confirmada pela altimetria por satélite, que fornece observações globais do nível do mar em um referencial geocêntrico. Por outro lado, as estações maregráficas registram medições pontuais em relação a uma referência fixa na superfície terrestre, incluindo variações do nível do mar e movimento vertical da terra (Vertical Land Motion - VLM). O objetivo principal desta pesquisa é modelar as séries temporais de coordenadas verticais de estações GNSS para determinar um modelo de velocidade vertical no território brasileiro e, consequentemente, obter o VLM das estações maregráficas. Adicionalmente, investigou-se se a aplicação de correções para as deformações causadas por cargas atmosféricas, oceânicas e hidrológicas melhoraria a incerteza das velocidades estimadas. Para alcançar esse objetivo, foram analisadas as séries temporais de coordenadas verticais de 141 estações GNSS, com duração superior a 5 anos e no mínimo 70% de dados, fornecidas pelo NGL (Nevada Geodetic Laboratory). A análise incluiu a estimativa do índice espectral (κ) pela Estimativa de Máxima Verossimilhança (MLE) e a identificação das periodicidades presentes nas séries através da análise da Transformada Wavelet Contínua. As componentes de variância foram estimadas pelo método Estimativa das Componentes de Variância pelo MMQ Least-Square Variance Component Estimation (LS-VCE). As velocidades verticais foram estimadas para todas as 141 estações analisadas, e, a partir delas, foram obtidos os Modelos Digitais de Velocidades (MDVs) utilizando o interpolador multinível B-Spline disponível no software QGIS. A análise dos resultados apresentou que as correções das cargas contribuem significativamente para a redução da Raiz do Erro Médio Quadrático (RMSE) das séries temporais, especialmente nas regiões costeiras. A análise espectral indicou que as séries temporais sem a aplicação das correções das deformações se aproximam de uma composição de ruídos do tipo flicker noise e white noise ou power-law noise e white noise e à medida que são aplicadas as correções, o valor do índice espectral estimado tende a aumentar. A utilização dos períodos estimados pela análise wavelet junto ao modelo funcional proporcionou um modelo até 9,0% melhor ajustado a série. No entanto, as velocidades estimadas e suas incertezas não apresentaram alterações significativas com a adição desses períodosdetectados. Os resultados também demonstraram melhorias significativas nas incertezas das velocidades verticais estimadas após a aplicação das correções das cargas. No entanto, a adição da correção da carga hidrológica pode alterar o sentido da velocidade estimada, indicando que a carga hidrológica é influencia a tendência da velocidade estimada na componente altimétrica. Os MDVs permitiram a obtenção do VLM diretamente na estação maregráfica, além de fornecerem uma visão espacial da ocorrência de soerguimentos e subsidências no território brasileiro. Por fim, conclui-se que das seis estações maregráficas da Rede Maregráfica Permanente para a Geodésia (RMPG), cinco delas estão sofrendo subsidência, ressaltando a importância da correção do VLM para estudos sobre variações do nível do mar e seus impactos nas regiões costeiras brasileiras.
Resumo (inglês)
Sea level variation is an important indicator of the effects of global warming and climate change. Recent studies indicate a trend of rising sea levels, with significant variations among regions. This variability has been confirmed by satellite altimetry, which provides global observations of sea level in a geocentric reference frame. The tide gauge stations provide point measurements relative to a fixed reference on the Earth’s surface, recording sea level variations and vertical land motion (VLM). The main objective of this research is to model the time series of vertical coordinates from GNSS stations to determine a vertical velocity model in the Brazilian territory and consequently obtain the VLM of tide gauge stations. Additionally, it was investigated whether applying corrections for deformations caused by atmospheric, oceanic, and hydrological loads would improve the uncertainty of the estimated velocities. To achieve this goal, the time series of vertical coordinates from 141 GNSS stations, with a duration of more than 5 years and a minimum of 70% data available, provided by the Nevada Geodetic Laboratory (NGL), were analyzed. The analysis included estimating the spectral index (κ) by Maximum Likelihood Estimation (MLE) and identifying the present periodicities in the series through Continuous Wavelet Transform analysis. The variance components were estimated by the Least-Square Variance Component Estimation (LS-VCE) method. Vertical velocities were estimated for all 141 analyzed stations, and from these, Digital Velocity Models (DVMs) were obtained using the B-Spline multi-level interpolator available in the QGIS software. The analysis of the results showed that load corrections significantly contribute to reducing the Root Mean Square Error (RMSE) of the time series, especially in coastal regions. Spectral analysis indicated that time series without deformation corrections approximate of the composition of flicker noise and white noise or power-law noise and white noise, and as corrections are applied, the estimated spectral index tends to increase. Using the periods estimated by wavelet analysis alongside the functional model provided a model up to 9.0% better fitted to the series. However, estimated velocities and their uncertainties did not show significant changes with the addition of these detected periods. After applying load corrections, the results also demonstrated significant improvements in the uncertainties of estimated vertical velocities. However, adding hydrological load correction may alter the direction of the estimated velocity, indicating that hydrological load influences the trend of the estimated velocity in the altimetric component. DVMs allowed the direct retrieval of VLM at tide gauge stations, providing a spatial view of uplifts and subsidence occurrences in the Brazilian territory. Finally, it was concluded that of the six tide gauge stations in the Permanent Network for Geodesy (RMPG), five are experiencing subsidence, emphasizing the importance of VLM correction for studies on sea level variations and their impacts on Brazilian coastal regions.
Descrição
Idioma
Português
Como citar
CALADO, Lucas Gonzales Lima Pereira. Estimativa do deslocamento vertical de estações maregráficas a partir da modelagem de séries temporais de coordenadas GNSS. Orientador: João Francisco Galera Mônico. 2024. 204 f. Tese (Doutorado em Ciências Cartográficas) - Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Estadual Paulista, Presidente Prudente, 2023.
