Determinação da topografia do nível médio do mar por meio do posicionamento GNSS

Abstract

O nível médio do mar (NMM), desde muitos anos, vem sendo alvo de preocupação e estudo por diversas áreas do conhecimento. Seu acompanhamento contínuo é de suma importância para assuntos relativos a mudanças climáticas, prevenção de desastres e, ainda, para a definição de referenciais altimétricos. Neste último contexto, o NMM é constantemente utilizado como uma aproximação do geoide, que consiste em uma superfície equipotencial do campo da gravidade e descreve o formato físico da Terra. Entretanto, verifica-se a existência de uma diferença entre o NMM e o geoide, denominada Topografia do Nível Médio do Mar (TNMM), gerada principalmente por fatores hidrodinâmicos. A TNMM é bastante intensificada nas regiões costeiras, o que influencia na definição adequada dos referenciais verticais baseados na observação do nível do mar, sejam estes altimétricos ou batimétricos. Além disso, a determinação desta diferença torna possível a unificação destes sistemas de medições, trazendo uma série de vantagens em termos cartográficos, ambientais e operacionais. Dessa forma, tendo este mesmo foco, o presente trabalho teve por objetivo a definição da superfície topográfica do NMM, na região da Baía de Guanabara-RJ, por meio da modelagem da TNMM. Para isso, foi utilizado o posicionamento GNSS, ciência cada vez mais empregada em inúmeras aplicações que necessitam de estimativas de posições, devido ao constante aprimoramento de suas técnicas em termos de resolução e acurácia. O trabalho se iniciou com a revisão bibliográfica que forneceu a base teórica para a realização da pesquisa. Logo após, foi realizada uma pesquisa de campo, na qual dados de posicionamento foram coletados sobre uma embarcação que percorreu um trajeto específico no interior da região aludida. Ademais, foram incluídos na modelagem as alturas de maré coletadas por meio de marégrafos distribuídos pela área e dados referentes aos fatores de conversão extraídos do modelo hgeoHNOR2020, assumidos como equivalentes às ondulações geoidais da região. O resultado foi o desenvolvimento de um modelo local de TNMM com desvio-padrão de ± 7,4 cm. Em seguida, este resultado foi representado em uma grade de 50 metros de resolução e comparado aos modelos de TNMM globais DTU22MDT e MDT CNES-CLS22, adequadamente interpolados sobre a área do estudo. Na comparação, foram obtidos os valores de RMSE de 2,6 cm e de 2,5 cm, respectivamente, ratificando a qualidade do modelo desenvolvido.

The mean sea level (MSL) has been a subject of concern and study across various fields of knowledge for many years. Its continuous monitoring is crucial for addressing issues related to climate change, disaster prevention, and the establishment of altimetric references. In this context, MSL is often utilized as an approximation of the geoid, representing an equipotential surface of the gravitational field that describes the physical shape of the Earth. However, a disparity exists between MSL and the geoid, termed Mean Dynamic Topography (MDT), primarily generated by hydrodynamic factors. MDT is significantly intensified in coastal regions, impacting the accurate definition of vertical references based on sea level observation, whether altimetric or bathymetric. Additionally, resolving this difference enables the unification of these measurement systems, bringing forth numerous advantages in cartographic, environmental, and operational terms. In line with this focus, the present study aimed to define the topographic surface of MSL in the region of Guanabara Bay, Rio de Janeiro, through the modeling of MDT. Global Navigation Satellite System (GNSS) positioning, an increasingly employed science in applications requiring position estimates due to continual refinement in resolution and accuracy, was used for this purpose. The research commenced with a literature review providing the theoretical foundation for the study. Subsequently, a field survey collected positioning data on a vessel following a specific route within the mentioned region. The modeling incorporated tidal heights collected from tide gauges distributed throughout the region and geoidal undulation data extracted from the hgeoHNOR2020 altitude conversion model. The outcome was the development of a local MDT model with a standard deviation of ± 7.4 cm. This result was then represented on a 50 m resolution grid and compared to global MDT models DTU22MDT and MDT CNES-CLS22, appropriately interpolated over the study area. In the comparison, Root Mean Square Error (RMSE) values of 2.6 cm and 2.5 cm were obtained, respectively, affirming the quality of the developed model.