Análise das variações da Topografia do Nível “Médio” do Mar (TNMM) utilizando o CryoSat-2 (CS2) e observações maregráficas

Abstract

A técnica mais comum para mensurar as variações locais do Nível “Médio” do Mar (NMM) e da Topografia do Nível “Médio” do Mar (TNMM), têm sido a partir de dados provenientes de marégrafos instalados na costa oceânica. Porém há evidências em dificuldades na manutenção de longas séries temporais em certos locais, seja pela falta de recursos financeiros para instalação ou dificuldades técnicas para a instalação de marégrafos ou réguas linimétricas. Diante disso, vem sendo desenvolvidos ao longo dos anos novas técnicas no campo da geodésia, com novas tecnologias para pesquisas oceanográficas, permitindo aperfeiçoar e complementar as antigas medições pontuais realizadas por marégrafos. Portanto, o presente estudo tem como objetivo propor uma metodologia para avaliar relativamente as variações e elevações da TNMM a partir de dados Altimetria por Satélites (ALTSAT) e de maregrafia. Para este propósito, foi utilizada a missão CryoSat-2 (CS2) e os dados de maregrafia das estações maregráficas de Fortaleza – CE (EMFOR), Salvador – BA (EMSAL), Macaé – RJ (EMMAC) e Imbituba – SC (EMIMB), todas pertencentes à Rede de Monitoramento Permanente para Geodésia (RMPG) do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), no período de fevereiro de 2011 a setembro de 2019. No que se refere a determinação da TNMM por ALTSAT, foi utilizado o software BRAT versão 4.2.1 para extrair os parâmetros geofísicos de anomalia do nível do mar, do inglês Sea Level Anomaly (SLA) e topografia dinâmica absoluta, do inglês Absolute Dynamic Topography (ADT), em que, a partir desses, estimou-se as TNMMs para toda costa brasileira. No entanto, como a resolução espacial da missão CS2 não é suficiente para cobrir pontualmente a região dos marégrafos, foi aplicado o interpolador estatístico Krigagem Universal (KU). Em relação à determinação da TNMM por maregrafia, utilizou-se o software PACMARÉ versão 2003 para executar a previsão harmônica das marés e completar os dados faltantes, além de aplicar os filtros de Thompson e Godin. Por fim, foram analisadas estatisticamente as variações e elevações mensais das Topografias do Nível “Médio” do Mar (TNMMs) em ambasas técnicas para cada estação. Os resultados demostraram que a metodologia proposta é viável e pode ser empregada como complemento ao uso de estações maregráficas. Numa análise comparativa das variações locais da TNMM, verifica-se, no geral, que houve uma variação mais acentuada nos dados de maregrafia ao serem comparados com a ALTSAT. Neste estudo, tal comportamento foi visível em todas as estações utilizadas, exceto em EMIMB, que apresentou maiores variações mensais na técnica de ALTSAT, em que a amplitude foi de 0,019 m, enquanto na maregrafia a amplitude foi de 0,002 m. Em referência aos estudos comparativos das elevações, a EMIMB também apresentou maior variabilidade pela ALTSAT, em que a mesma, apresentou uma elevação de -2,034 mm com a variação anual média de -0,020 mm, enquanto a técnica de maregrafia apresentou queda na elevação total de -0,819 mm e uma variação anual média de -0,008 mm. Apesar do exposto, os resultados foram satisfatórios, explicitando uma discrepância anual entre as técnicas em todas as estações maregráficas na casa dos milímetros. Palavras-chave: Topografia do Nível “Médio” do Mar. Altimetria por Satélites. Missão CryoSat-2. Rede Maregráfica Permanente para Geodesia.

The most common technique for measuring local variations of the “Mean” Sea Level (MSL) and the “Mean” Dynamic Topography (MDT), has been based on data from tide gauges installed on the ocean coast. However, there is evidence of difficulties in maintaining long time series in certain locations, either due to the lack of financial resources for installation or technical difficulties for the installation of tide gauges or linimetric rulers. In view of this, new techniques have been developed over the years in the field of geodesy, with new technologies for oceanographic research, allowing to perfect and complement the old point measurements made by tide gauges. Therefore, the present study aims to propose a methodology to evaluate relatively the variations and elevations of the MDT based on Satellite Altimetry (SATALT) and tide gauge data. For this purpose, the CryoSat-2 (CS2) mission and maregraph data from the tide stations in Fortaleza - CE (EMFOR), Salvador - BA (EMSAL), Macaé - RJ (EMMAC) and Imbituba - SC (EMIMB) were used , all belonging to the Permanent Monitoring Network for Geodesy (PMNG), from February 2011 to September 2019. Regarding the determination of MDT by SATALT, the BRAT software version 4.2.1 was used to extract the geophysical parameters of Sea Level Anomaly (SLA) and Absolute Dynamic Topography (ADT), from which the MDT for the entire Brazilian coast were estimated. However, as the spatial resolution of the CS2 mission is not sufficient to cover the region of the tide gauges on time, the statistical interpolator Kriging Universal (KU) was applied. Regarding the determination of MDT by maregraphy, the software PACMARÉ version 2003 was used to perform the harmonic prediction of the tides and complete the missing data, in addition to applying the Thompson and Godin filters. Finally, the monthly variations and elevations of the MDT were statistically analyzed in both techniques for each season. The results showed that the proposed methodology is feasible and can be used as a complement to the use of tide stations.. In a comparative analysis of the local variations of the MDT, it is verified in general that there was a more accentuated variation in the maregraph data when compared with SATALT. In this study, such behavior was visible in all stations used, except in EMIMB,where it presented greater monthly variations in the SATALT technique, in which the amplitude was 0,019 m. While in maregraphy the amplitude was 0,002 m. In reference to the comparative studies of the elevations, EMIMB also showed greater variability by SATALT, where it showed an increase of -2,034 mm with the average annual variation of -0,020 mm. While the maregraph technique showed a decrease in the total elevation of -0,819 mm and an average annual variation of -0,008 mm. Despite the above, the results were satisfactory, explaining an annual discrepancy between the techniques in all tide stations around the millimeters. Keywords: “Mean” Dynamic Topography. Satellite Altimetry. CryoSat-2 mission. Permanent Monitoring Network for Geodesy.