Análise temporal do efeito da carga hidrológica nas deformações em estações GNSS localizadas na Amazônia brasileira

Abstract

Investigações acerca do efeito da carga hidrológica, em regiões específicas, como a Amazônica, têm se concentrado nas respostas elásticas da crosta (deformações) associadas às componentes posicionais. Portanto, é pertinente investigar o efeito supramencionado nas componentes posicionais fundamentando-se no relacionamento estatístico entre as séries posicionais e de dados linimétricos. Nesse contexto, utilizou-se dados GNSS (Global Navigation Satellite System) de estações da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento contínuo dos Sistemas GNSS) em conjunto com o serviço online IBGE-PPP (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística PPP) para a geração das séries posicionais. Contudo, as realizações adotadas pelo IBGE-PPP (IGSyy/IGbyy – International GNSS Service ou SIRGAS2000 – Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas 2000) devem ser cuidadosamente atribuídos às séries posicionais, pois podem interferir nos resultados. Desse modo, para a definição adequada do referencial das séries posicionais vinculadas à investigação do efeito da carga hidrológica se fez necessário avaliar o alinhamento e a similaridade entre as soluções IGS14-ECD e SIRGAS2000-ECD (Época de Coleta dos Dados). Nesse sentido, constatou-se que as soluções IGS14-ECD e SIRGAS2000-ECD compatibilizadas com os novos parâmetros utilizados pelo IBGE-PPP foram compatíveis e alinhadas ao nível menor ou igual a 0,002 m. Assim sendo, optou-se por utilizar nas séries as soluções IGS14-ECD. Na sequência, investigou-se o deslocamento e velocidades de nove estações da RBMC (AMBC, AMCO, AMHA, AMMU, AMTE, AMUA, ITAM, NAUS e PAIT) fundamentando-se nas amplitudes das séries posicionais e no coeficiente de regressão resultante do ajuste de modelos de regressão linear simples. As velocidades Vn, Ve e Vu estimadas com as séries posicionais foram comparadas às derivadas do VEMOS2009 (modelo de velocidade para o SIRGAS 2009) e disponibilizadas pela SIRGAS-CON (Rede SIRGAS de Monitoramento Contínuo). Quando comparadas as velocidades supramencionadas, notou-se que Vn, Ve e Vu apresentaram discrepâncias variando entre -0,0001 e 0,0014 m/ano; -0,0021 e 0,0017 m/ano; e -0,0027 e 0,0084 m/ano, respectivamente. Considerando as amplitudes anuais, verificou-se que os maiores valores ocorreram para as componentes Δu (~0,073 m) e Δn (~0,020 m) das estações NAUS e AMUA;e Δe (0,016 m) da estação AMBC, evidenciando a maior expressividade do efeito da carga hidrológica nas proximidades do leito do Rio Negro. Por fim, analisou-se estatisticamente a tendência (velocidades) e periodicidades associadas a quatro estações da RBMC (NAUS, AMUA, AMBC e AMCO). Nesta etapa aplicou-se a modelagem de Box e Jenkins associada ao procedimento desenvolvido por Chen e Liu para efetuar a correção de saltos ocasionados por trocas de antenas e/ou receptores nas séries posicionais. Posteriormente, aplicou-se o método LOWESS e a demodulação complexa associada ao filtro passa-baixa para a extração da tendência e dos sinais periódicos, respectivamente. Salienta-se que esses procedimentos estatísticos são muito utilizados na econometria de séries temporais. Contudo, destaca-se que sua aplicação em séries temporais posicionais se mostrou eficiente para as finalidades propostas. Tendência significativa foi observada para Δn e Δe das quatro estações consideradas, justificável pelo sentido noroeste de deslocamento da placa Sul-americana. Ademais, similaridades foram verificadas nas periodicidades para Δn e Δu da NAUS e cota linimétrica (365,2 dias); e para Δn, Δe e Δu das estações AMBC e AMCO (379,6 e 381 dias, respectivamente). Contudo, notou-se diferenças para Δe da NAUS (1217,2 dias) e AMUA (444 dias). Por fim, fundamentando-se nas defasagens entre as séries posicionais e linimétricas, acredita-se que as deformações periódicas atreladas ao efeito da carga hidrológica são regidas pelas cheias e vazantes, vinculadas ao remanso e às zonas úmidas recorrentes em Manaus, e se propagam para estações circunvizinhas. Palavras-chave: Geodésia. GNSS. IBGE-PPP. Séries temporais. Carga hidrológica.Investigations about the effect of the hydrological load, in specific regions, such as the Amazon, have concentrated on the elastic responses of the crust (deformations) associated with the positional components. Therefore, it is pertinent to investigate the aforementioned effect on positional components based on the statistical relationship between the positional and linimetric data series. In this context, GNSS (Global Navigation Satellite System) data from RBMC stations (Brazilian Network for Continuous Monitoring of GNSS Systems) was used in conjunction with the online service IBGE-PPP (Brazilian Institute of Geography and Statistics PPP) to generate the data. positional series. However, the achievements adopted by the IBGE- PPP (IGSyy/IGbyy - International GNSS Service or SIRGAS2000 - Geocentric Reference System for the Americas 2000) must be carefully attributed to the positional series, as they may interfere with the results. Thus, for the proper definition of the referential of the positional series linked to the investigation of the effect of the hydrological load, it was necessary to assess the alignment and similarity between the solutions IGS14-ECD and SIRGAS2000-ECD (Time of Data Collection). In this sense, it was found that the solutions IGS14-ECD and SIRGAS2000- ECD compatible with the new parameters used by IBGE-PPP were compatible and aligned to the level less than or equal to 0.002 m. Therefore, it was decided to use the IGS14-ECD solutions in the series. Then, the displacement and velocity of nine stations of the RBMC (AMBC, AMCO, AMHA, AMMU, AMTE, AMUA, ITAM, NAUS, and PAIT) were investigated based on the amplitudes of the positional series and the regression coefficient resulting from the adjustment of simple linear regression models. The Vn, Ve, and Vu velocities estimated with the positional series were compared to those derived from VEMOS2009 (velocity model for SIRGAS 2009) and made available by SIRGAS-CON (SIRGAS Network for Continuous Monitoring). When comparing the velocities mentioned above, it was noted that Vn, Ve, and Vu presented discrepancies varying between -0,0001 and 0,0014 m / year; -0.0021 and 0.0017 m/year; and -0.0027 and 0.0084 m/year, respectively. Considering the annual amplitudes, it was found that the highest values occurred for the Δu (~0.073 m) and Δn (~0.020 m) components of the NAUS and AMUA stations; and Δe (0.016 m) from the AMBC station,showing the greater expressiveness of the effect of the hydrological load in the vicinity of the bed of the Negro River. Finally, the trend (velocities) and periodicities associated with four stations of the RBMC (NAUS, AMUA, AMBC, and AMCO) were statistically analyzed. In this step, Box and Jenkins modeling was applied, associated with the procedure developed by Chen and Liu to correct the jumps caused by exchanging antennas and/or receivers in the positional series. Subsequently, the LOWESS method and the complex demodulation associated with the low-pass filter were applied to extract the trend and periodic signals, respectively. It should be noted that these statistical procedures are widely used in the econometrics of time series. However, it is noteworthy that its application in positional time series proved to be efficient for the proposed purposes. A significant trend was observed for Δn and Δe of the four stations considered, justified by the northwestern direction of displacement of the South American plate. In addition, similarities were verified in the periodicities for Δn and Δu of NAUS and linimetric quota (365.2 days); and for Δn, Δe, and Δu from AMBC and AMCO stations (379.6 and 381 days, respectively). However, differences were noted for Δe of NAUS (1217.2 days) and AMUA (444 days). Finally, based on the lags between the positional and linimetric series, it is believed that the periodic deformations linked to the effect of the hydrological load are governed by the floods and ebbs, linked to the backwater and the recurrent wetlands in Manaus, and propagate to surrounding stations. Keywords: Geodesy. GNSS. IBGE-PPP. Time Series. Hidrologic load.