Wpływ niepływowych efektów obciążeniowych na współrzędne punktów i realizację układu odniesienia w regionalnej sieci GPS

Opis

Efekty obciążeniowe wywołane niepływowym naciskiem atmosfery, oceanów i wody kontynentalnej na powierzchnię Ziemi powodują jej deformację. Przemieszczenia punktów z powodu tych efektów zwykle nie są uwzględniane podczas opracowania obserwacji GPS (ang. Global Positioning System). Celem pracy było przeanalizowanie wpływu modelowania niepływowych efektów obciążeniowych podczas opracowania obserwacji GPS na współrzędne punktów oraz na realizację geodezyjnego układu odniesienia w regionalnej sieci GPS. Analizy przeprowadzono na podstawie rozwiązań GPS, które otrzymano w wyniku spójnego opracowania ciągłych obserwacji dobowych GPS dla okresu 10 lat zarejestrowanych na 51 stacjach położonych w Europie. W analizach wykorzystano modele obciążeniowe, tworzone i udostępniane przez trzy różne instytucje, które stosowano na poziomie obserwacji (metoda a priori). W wyniku modelowania efektu niepływowego obciążenia powierzchni Ziemi atmosferą otrzymano średnią poprawę powtarzalności dobowych szeregów czasowych składowej wysokościowej o 6.3%, oceanami o 0.9%, a wodą kontynentalną
o 2.1%. Łączne modelowanie wszystkich efektów spowodowało poprawę powtarzalności składowej
wysokościowej o 9.8% dla rozwiązań dobowych i o 13.1% dla rozwiązań tygodniowych. Najlepszą
zgodność współrzędnych pomiędzy rozwiązaniami, w których dla danego efektu wykorzystano modele z różnych instytucji, stwierdzono dla rozwiązań z modelowanym efektem obciążeniowym z powodu atmosfery. Dla większości stacji różnice współrzędnych nie przekraczały 1 mm w żadnej
ze składowych. Niemniej, dla kilku stacji położonych w rejonie wybrzeża Morza Północnego
i Morza Bałtyckiego, stwierdzono rozbieżności w dobowych szeregach czasowych współrzędnej
wysokościowej dochodzące do 6 mm. Modelowanie efektu z powodu obciążenia powierzchni Ziemi wodą kontynentalną usunęło sygnał roczny z szeregu czasowego współczynnika skali sieci regionalnej. Modelowanie efektów obciążeniowych nie wpłynęło na układ odniesienia realizowany na podstawie 10-letnich obserwacji. Modelowanie wszystkich efektów łącznie spowodowało zmniejszenie błędów prędkości punktów GPS, które dla wszystkich składowych wyniosło 7% i aż 23%, jeśli podczas wyznaczania prędkości wyznaczano dodatkowe wyrazy opisujące sygnały o okresie rocznym i półrocznym obecne we współrzędnych GPS. W analizowanych szeregach czasowych współrzędnych punktów, oprócz sygnałów o okresie rocznym i półrocznym, stwierdzono także sygnały o okresie roku drakonicznego GPS (351.4 dni) i jego harmoniczne. Modelowanie efektów obciążeniowych nie wpłynęło znacząco na okresowości zawarte w szeregach czasowych współrzędnych i na amplitudy sygnałów rocznych i półrocznych. Modelowanie efektu z powodu
obciążenia powierzchni Ziemi wodą kontynentalną pozwoliło lepiej zinterpretować szeregi czasowe
współrzędnej wysokościowej, w których dla kilku stacji pojawił się zbyt duży (sztuczny) sygnał roczny wynikający z niewielkiego rozmiaru analizowanej sieci regionalnej (efekt sieci).
Analiza szumowa szeregów czasowych współrzędnych GPS z modelowanym efektem obciążenia powierzchni Ziemi atmosferą wykazała zmniejszenie amplitud szumu potęgowego oraz zwiększenie amplitud szumu białego i indeksów spektralnych (uwydatnienie większej korelacji czasowej). Z kolei modelowanie efektu z powodu wody kontynentalnej spowodowało zmniejszenie wartości indeksów spektralnych (zmniejszenie korelacji czasowej). Modele obciążeniowe zastosowano również jako poprawki do uzyskanych w wyniku opracowania obserwacji GPS współrzędnych(metoda a posteriori). Uzyskano bardzo dobrą zgodność powtarzalności współrzędnych z metodą a priori (różnice nieistotne statystycznie). Przy czym, w różnicach współrzędnych z modelowanym
efektem z powodu wody kontynentalnej uzyskanymi w tych dwóch metodach zaobserwowano sygnał roczny o maksymalnej amplitudzie 0.2 mm.