ESTIMATION OF CRUSTAL VERTICAL MOVEMENTS DUE TO ATMOSPHERIC LOADING EFFECTS BY GPS OBSERVATIONS

Abstract

ABSTRACT

The objective of this paper is the estimation of vertical movements of the Earth's crust using data of 45 GPS permanent stations network situated in Europe and North of Asia (Siberia). First, daily positions are calculated with the GAMIT processing GPS data software, developed in the Massachusetts Institute of Technology, for a period of approximately 500 days (November and December 2000, the entire year of 2001 and January and February of 2002). Each daily solution is stabilized in a reference frame with the implication of a similitude transformation in the GLOBK software, also developed in the MIT, with the Kalman filter. The crust deforms vertically due to different phenomena (earthquakes, landslides¼). We focused in this project the effects caused by the atmospheric loading, it means the effects of the weight of the air's column which surrounds the GPS stations. This loading is calculated for a 2.5° × 2.5° resolution grid, with meteorological data provided of ECMWF (European Centre for Medium-range Weather Forecasts). The amplitude of these loadings is in the order of few millimetres up to 3 centimetres (Schuh et al., 2003). Finally we compare the vertical GPS permanent stations positions with the vertical movements of the Earth's crust due to atmospheric loading. We observed for some sites in Siberia a predominant effect during winter in the vertical component. For example, for IRKT station (Irkust, Russia) the correlation value for the year of 2001 is 0.61.

Keywords :atmospheric loading; Global Positioning System; vertical movements.

RESUMO

Este estudo tem por objetivo determinar o movimento vertical da crosta terrestre a partir de observações de uma rede de 45 estações GPS permanentes situadas na Europa e ao norte da Ãsia (Sibéria). Em uma primeira etapa, as posições diárias são calculadas com o software de tratamento de dados GPS GAMIT, desenvolvido no MIT (Massachusetts Institute of Technology), para um período de aproximadamente 500 dias (de novembro de 2000 até fevereiro de 2002). Cada solução diária é então estabilizada num referencial através do emprego de uma transformação espacial, etapa realizada através de filtro de Kalman com software GLOBK, desenvolvido também no MIT. O desvio padrão médio obtido para as posições verticais para o ano de 2001 é de sete mm. O solo se deforma verticalmente devido à ação de diversos fenômenos (terremotos, deslizamentos, entre outros). Neste trabalho interessa-se particularmente aos efeitos causados pela atmosfera, ou seja, os efeitos do peso da coluna de ar que rodeia uma região que engloba estações GPS. Essa carga atmosférica é calculada em uma malha de resolução de 2.5° a partir de dados meteorológicos mundiais (ECMWF, European Centre for Medium-range Weather Forecasts). A amplitude dessas cargas é da ordem de alguns milímetros a três centímetros (Schuh et al., 2003). Finalmente comparam-se as posições verticais das estações GPS (séries temporais) com o movimento vertical da crosta terrestre devido aos efeitos das cargas atmosféricas. Foi observado, para certas estações da Sibéria, um efeito predominante no inverno nas componentes verticais. Por exemplo, para a estação IRKT (Irkust, Rússia), o valor de correlação é 0.61 para o ano de 2001.

Keywords :carga atmosférica; GPS; movimentos verticais.