Zastosowanie nawigacyjnych systemów satelitarnych do badania współczesnych ruchów pionowych skorupy ziemskiej: zalety i ograniczenia

wygłoszony na 8. zebraniu plenarnym Komitetu Geodezji Polskiej Akademii Nauk w kadencji 2016-2020 w dniu 24 kwietnia 2019 r. w Pałacu Kultury i Nauki w Warszawie.

Dr hab. Anna Kłos przedstawiła prezentację na temat zastosowania nawigacyjnych systemów satelitarnych do badania współczesnych ruchów pionowych skorupy ziemskiej, przedstawiając zalety i ograniczenia systemów. Wystąpienie rozpoczęło się od przybliżenia szerokiego wachlarzu nowoczesnych systemów satelitarnych, które prowadzą w chwili obecnej obserwacje geodezyjne. Szczególna uwaga zwrócona została na precyzję rejestrowanych wielkości oraz skalę, dla której poszczególne obserwacje są możliwe do interpretacji. W swojej prezentacji dr hab. Anna Kłos skupiła się na zmianach globalnych, dostarczanych przez misję grawimetryczną GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) oraz radarową altimetrię satelitarną (w kontekście obserwacji z różnych misji połączonych w procesie wspólnego opracowania), jak również na zmianach ściśle lokalnych (punktowych), które to dostarczane są przez systemy nawigacji satelitarnej GNSS (Global Navigation Satellite Systems) oraz mareografy (w kontekście obserwacji prowadzonych przez służbę PSMSL).

Dr hab. Anna Kłos zwróciła uwagę na fakt, że porównanie powyższych obserwacji ze sobą może pozwolić na weryfikację modeli zmian pola grawitacyjnego dostarczanych z misji GRACE oraz na zrozumienie zmian hydrosferycznych i wyeliminowanie wpływu ruchu litosfery na oszacowanie średniego poziomu mórz i oceanów. W powyższych zastosowaniach jednak, ograniczenia systemu GNSS stanowią główną barierę przed ich powszechnych wykorzystaniem. Szeregi czasowe zmian współrzędnych stacji GNSS, jak zostało zauważone przez dr hab. Annę Kłos, ulegają wpływom szeregu efektów, prowadzących do dużej rozbieżności obserwacji, nawet dla stacji działających w niedalekich odległościach od siebie. Ponadto, obserwacje GNSS dostarczane są przez różne centra obliczeniowe, wykorzystując różne strategie ich opracowania, różne rozwiązania (np. opracowanie sieciowe), czy różne początki sieci (centrum mas Ziemi czy centrum sieci). Zmiany współrzędnych stacji GNSS wynikają z efektów wielkoskalowych, jak efekt wynurzeń postglacjalnych, czy efekty tektoniczne, ale również z efektów ściśle lokalnych, jak wpływ posadowienia anteny systemu GNSS, czy czynniki antropogeniczne. Zamodelowanie wszystkich efektów pozwala na wiarygodne porównanie obserwacji GNSS, z obserwacjami prowadzącymi przez inne techniki, jak np. z altimetrią satelitarną, czy mareografami. W końcu, zmiany współrzędnych stacji mogą być również efektem występowania błędów systematycznych systemu GNSS, jak np. rok drakoniczny, wynikający z powtarzalności konstelacji satelitów systemu względem Słońca.

Pani dr hab. Anna Kłos zwróciła uwagę, że pozbycie się stacji o wpływach efektów lokalnych nie rozwiązuje do końca problemu wiarygodnego porównania z innymi technikami. Kolejnym wyzwaniem jest bowiem zapewnienie spójności wewnętrznej obserwacji pomiędzy sobą, w kontekście różnych modeli geofizycznych stosowanych do opracowania surowych obserwacji. W tym miejscu, dr hab. Anna Kłos wymieniła szereg modeli, jak pływowe i niepływowe modele zjawisk oceanicznych i atmosferycznych, które nie są spójne pomiędzy opracowaniami obserwacji GNSS i GRACE.

Swoje wystąpienie p. Anna Kłos zakończyła szczegółowo wymieniając zalety oraz wady systemu GNSS. Do znakomitych zalet systemu, prelegentka zaliczyła: ogromną (ponad 17 000 stacji permanentnych) liczbę miejsc, w których prowadzone są obserwacje, dobowy interwał próbkowania pozwalający na wyznaczenie zmian w różnych skalach czasowych oraz rejestrowanie efektów lokalnych, co pozwala z dużą precyzją określić lokalne ruchy skorupy ziemskiej. Do ograniczeń systemu GNSS, pani Anna Kłos zaliczyła występowanie błędów systematycznych, występowanie oscylacji drakonicznej, czułość na rozszerzalność termiczną podłoża, potrzebę zastosowania wiarygodnego modelu trajektorii stacji w celu zrozumienia wszystkich efektów wpływających na same szeregi czasowe oraz, wręcz przekornie, czułość na efekty lokalne (która jest zarówno wadą jak i zaletą systemu).