O processamento preciso de dados GNSS requer que as coordenadas das estações de referência sejam reduzidas para a época do levantamento e que estejam associadas ao mesmo sistema de referência das órbitas dos satélites. As coordenadas semanais das estações de monitoramento contínuo do SIRGAS (SIRGAS-CON) satisfazem estas duas condições e, como consequência, se recomenda utilizar estes pontos (com suas coordenadas semanais) como estações de referência nos levantamentos GNSS na região SIRGAS. Se a estação de referência de um levantamento não pertence à rede SIRGAS-CON (suas coordenadas semanais não estão disponíveis), é necessário reduzir as coordenadas de referência para a época da observação utilizando as denominadas velocidades. Se espera que estas velocidades sejam obtidas de levantamentos GNSS contínuos ou repetitivos que cubram um período mínimo de dois anos. Se isto não for possível, as velocidades podem ser extraídas de um modelo de velocidades ou deformações. Baseado nas soluções do sistema de referência do SIRGAS, um modelo de velocidade para o SIRGAS, chamado de VEMOS, é continuamente atualizado. Deve ser destacado que as versões do VEMOS representam médias anuais dos movimentos horizontais da superfície, abrangendo apenas um determinado período. Efeitos co-sísmicos (saltos) devem ser adicionalmente considerados. Os modelos VEMOS lançados até agora são:
VEMOS2003
O primeiro modelo VEMOS foi lançado em 2003, o qual foi produzido a partir da diferença entre a posição das estações utilizadas nas realizações SIRGAS95 e SIRGAS2000, 48 velocidades derivadas da solução multianual (DGF01P01) e 231 velocidades obtidas de rastreios com GPS de projetos de geodinâmica. Os conjuntos de dados heterogêneos foram transformados para um datum cinemático comum por meio da obtenção do vetor de rotação da placa Sulamericana, derivada dos movimentos das estações da rede SIRGAS-CON localizadas na parte oriental rígida e reduzindo estes movimentos da placa a partir de todos os conjuntos de dados. Os movimentos residuais resultantes foram modelados para representar um campo de velocidade contínuo aplicando duas estratégias diferentes: método do elemento finito (FEM – Finite Element Method) e colocação por mínimos quadrados (LSC – Least Squares Collocation). A comparação entre os dois métodos monstra uma consistência da ordem do mm/ano. A área de abrangência do VEMOS2003 cobre a América do Sul entre as latitudes 45° S e 12° N. Mais detalhes em:
Drewes H., Heidbach O. (2005). Deformation of the South American crust estimated from finite element and collocation methods. In: Sansò F. (Ed.) A Window on the Future of Geodesy, IAG Symposia 128: 544-549, Springer, doi: 10.1007/3-540-27432-4_92.
VEMOS2009
O segundo modelo VEMOS foi lançado em 2009. Ele considera velocidades de 496 estações, sendo 95 delas correspondendo à solução multianual do SIRGAS (SIR09P01) e as outras derivadas de repetidas campanhas de rastreio com GPS por tempo determinado. A área de cobertura deste modelo varia de 56° S a 20° N e o período, de 2 de janeiro de 2000 a 30 de junho de 2009. O campo de velocidade da superfície foi obtido aplicando o método do elemento finito (FEM – Finite Element Method) e colocação por mínimos quadrados (LSC – Least Squares Collocation) com funções de covariância empiricamente determinadas. As principais vantagens do VEMOS2009 sobre o VEMOS2003 são o maior número de velocidades utilizadas, melhor qualidade das medidas (devido ao aumento de estações GNSS de monitoramento contínuo) e a ampliação da área de abrangência do modelo para o Caribe e sul do Chile e Argentina. A precisão do VEMOS2009 é de aproximadamente 1,5 mm/a. Mais detalhes em:
Drewes H., Heidbach O. (2012). The 2009 Horizontal Velocity Field for South America and the Caribbean. In: Kenyon S., M.C. Pacino, U. Marti (Eds.), “Geodesy for Planet Earth”, IAG Symposia, 136: 657-664, doi: 10.1007/978-3-642-20338-1_81.
VEMOS2015
O modelo de velocidades atual para o SIRGAS (VEMOS2015) foi calculado a partir de medições GNSS (GPS+GLONASS) registradas depois dos fortes terremotos ocorridos no Chile e no México em 2010. Este modelo se apoia exclusivamente na solução multianual SIR15P01, a qual inclui dados de 456 estações GNSS de monitoramento contínuo observados entre 14 de março de 2010 e 11 de abril de 2015. A cobertura do VEMOS2015 é de 55°S, 110°W até 32°N, 35°W com uma resolução espacial de 1° x 1°. A incerteza média da predição é ±0,6 mm/a na direção norte-sul e ±1,2 mm/a na direção leste-oeste. A incerteza máxima é ±9 mm/a na zona de deformação de Maule (Chile) e a mínima é ±0.1 mm/a na parte estável da placa sul-americana. O VEMOS2015 está disponível em https://doi.pangaea.de/10.1594/PANGAEA.863132.
O uso do VEMOS2015 implica citar a seguinte referência bibliográfica:
Sánchez L., Drewes H. (2016): VEMOS2015: Velocity and deformation model for Latin America and the Caribbean, doi: 10.1594/PANGAEA.863131, supplement to:
Sánchez L. Drewes H. (2016): Crustal deformation and surface kinematics after the 2010 earthquakes in Latin America. Journal of Geodynamics, doi: 10.1016/j.jog.2016.06.005.
O VEMOS2015 é válido somente para o período de março de 2010 a abril de 2015. Nas áreas do Chile e do oeste da Argentina, pode ser mais apropriado o uso do modelo VEMOS2009 para a redução das coordenadas para épocas anteriores ao terremoto de 2010.
VEMOS2017
O VEMOS2017 foi derivado de velocidades pontuais inferidas em 515 estações geodésicas de 1 de janeiro de 2014 a 28 de janeiro de 2017 usando o método de colocação por mínimos quadrados com funções de covariância empiricamente determinadas. O VEMOS2017 descreve a atual deformação na América Latina e no Caribe e dá continuidade ao modelo de superfície-cinemática representado pelo VEMOS2015, válido de 14 de março de 2010 a 11 de abril de 2015. O VEMOS2017 cobre a região de 120°W, 55°S a 35°W, 32°N com uma resolução espacial de 1 ° x 1 °. A incerteza média do VEMOS2017 é avaliada em ± 1,0 mm/a na direção norte-sul e ± 1,7 mm/a na direção leste-oeste. Os valores máximos de incerteza (até ± 15 mm/a) ocorrem nas zonas afetadas por fortes terremotos recentes (na área de Maule, na parte norte do Chile, Equador e Costa Rica). Os melhores valores de incerteza (cerca de ± 0,1 mm/a) acontecem na parte leste, onde se encontra a região mais estável da placa sul-americana. O uso do VEMOS2017 implica citar a seguinte referência bibliográfica:
Drewes H. and Sánchez L. (2020): Velocity model for SIRGAS 2017: VEMOS2017, doi: 10.1594/PANGAEA.912350, Technische Universitaet Muenchen, Deutsches Geodaetisches Forschungsinstitut (DGFI-TUM), IGS RNAAC SIRGAS, supplement to:
Sánchez L., Drewes H. (2020): Geodetic monitoring of the variable surface deformation in Latin America. International Association of Geodesy Symposia Series, Vol 152, doi: 10.1007/1345_2020_91.
Esquerda: VEMOS2009 ( Drewes H., Heidbach O., 2012); Centro: VEMOS2015 (Sánchez L., Drewes H., 2016); Direita: VEMOS2017 (Drewes H., Sánchez L., 2017)
Uso de velocidades no processamento de dados GNSS
O processamento preciso de dados GNSS requer que as coordenadas das estações de referência estejam referenciadas na mesma época do levantamento e que estejam associadas ao mesmo sistema de referência das órbitas dos satélites. As coordenadas semanais das estações de monitoramento contínuo do SIRGAS (SIRGAS-CON) satisfazem estas duas condições e, como consequência, se recomenda utilizar estes pontos e suas coordenadas semanais como estações de referência nos levantamentos GNSS na região do SIRGAS. Se a estação de referência em um levantamento não pertencer à rede SIRGAS-CON, será necessário realizar os procedimentos a seguir:
1. Transformação das coordenadas da estação de referência para o ITRF ao qual se referem as efemérides dos satélites. Atualmente, as coordenadas SIRGAS95 ou SIRGAS2000 devem ser transformadas do ITRF94 ou ITRF2000 (respectivamente) para o ITRF2014 (IGS14) (parâmetros de transformação entre ITRFs).
2. Redução das coordenadas fiduciais da época de referência para a época da observação, ou seja, as coordenadas associadas ao SIRGAS95 devem ser transladadas da época 1995.4 até o dia do levantamento GNSS, por exemplo 2018.0. De forma similar, as coordenadas associadas ao SIRGAS2000 devem transladadas da época 2000.4 até 2018.0. Esta translação é realizada por:
X (t) = X (t0) + (t – t0) * Vx ; Y (t) = Y (t0) + (t – t0) * Vy ; Z (t) = Z (t0) + (t – t0) * Vz
donde X(t), Y(t), Z(t) representam as coordenadas na época desejada, X(t0), Y(t0), Z(t0) as coordenadas na época de referência, (t – t0) o intervalo de tempo transcorrido entre a realização do sistema de referência e o levantamento GNSS e Vx, Vy, Vz as velocidades da estação de referência.
3. As velocidades Vx, Vy, Vz, das estações de referência, devem ser obtidas, preferencialmente, das análises de posicionamentos GNSS contínuos ou repetitivos que cubram um intervalo de tempo mínimo de dois anos. Se as velocidades da estação de referência não são conhecidas, o modelo de velocidades para o SIRGAS (VEMOS) pode ser utilizado.
4. Uma vez que as coordenadas de referência se encontrem na época da observação, se executa o processamento dos pontos GNSS novos.
5. As coordenadas dos pontos novos devem ser reduzidas da época da observação para a época de referência (ver item 2), quer seja utilizando as velocidades conhecidas de um ponto muito próximo, ou as velocidades do modelo VEMOS.
6. Finalmente, as coordenadas dos pontos novos devem ser transformadas para o sistema de referência oficial, ou seja, do ITRF2014 (IGS14) para o SIRGAS95 (ITRF94), SIRGAS2000 (ITRF2000), etc. As coordenadas dos pontos novos devem ser armazenadas junto com os valores de velocidade utilizados para a redução para a época de referência e estas mesmas velocidades devem ser aplicadas para levar as coordenadas para a época do levantamento de novos pontos de referência em levantamentos GNSS posteriores. Aqueles pontos cujas velocidades não tenham sido derivadas por diferentes ocupações GNSS (ou de estações de monitoramento contínuo), mas interpoladas a partir do modelo VEMOS, não podem ser classificados como estação de referência.
Mais informações em: Procesamiento de información GPS con relación a marcos de referencia de épocas diferentes (H. Drewes).
Deve-se ter em mente que efeitos co-sísmicos (saltos) devem ser considerados com cálculos adicionais.