MARÉS GRAVIMÉTRICAS, INFLUÊNCIAS AMBIENTAIS E CALIBRAÇÃO INSTRUMENTAL: ESTUDOS NA ESTAÇÃO DE CURITIBA

Abstract

A aquisição de dados de maré gravimétrica consiste em colocar o
instrumento em aquisição de dados em uma estação, onde interferem algumas
variáveis físicas tais como a resposta local à variação dos parâmetros de ambiente e
o efeito indireto dos oceanos. Dentre as possíveis abordagens do problema, propõese
a determinação das admitâncias e função de transferência entre as grandezas
físicas envolvidas no processo.
Para isto, é necessário que os dados resultantes da análise de maré sejam
concordantes com os parâmetros de maré historicamente conhecidos para a estação.
A sua adequação pode ser feita mediante uma calibração dinâmica do gravímetro,
em relação aos valores de referência. Este processo de calibração, assim como a
determinação das admitâncias entre os parâmetros de ambiente e o efeito do
carregamento oceânico em relação às maré gravimétricas, são fundamentais para a
melhor aplicação dos gravímetros de mola, em vista da resolução exigida na
atualidade na observação de marés.
A metodologia de estudo aqui proposta, aplicada a dados obtidos pelo gravímetro
GEO 783 na estação fundamental de Curitiba, Brasil (ICET-7305) pode também ser
estendido para as operações normais de observação das marés gravimétricas em
novas estações, possibilitando o refinamento das análises gravimétricas, desde que
amostrados adequadamente os parâmetros do ambiente de aquisição. Cada
influência é considerada como um canal, de maneira a estudar as suas admitâncias com o canal gravimétrico de forma independente. Desta forma, o estudo visa
discriminar, em caráter local, a parcela de contribuição de cada um dos canais,
através do seu modelamento, do estudo das suas correlações no domínio do tempo e
principalmente através da construção das suas funções de transferência, em
amplitude e fase, no domínio das freqüências via análise espectral.
Os experimentos realizados foram baseados em dados-minuto gravimétricos
obtidos durante sete meses no ano de 1995, aliados a dados de pressão, temperatura
e umidade do ar obtidos através de captores, com a mesma taxa de amostragem,
devidamente calibrados com a utilização de instrumentos-padrão.
Para a avaliação da adequação das correções instrumentais adotadas para o
GEO 783, foi realizada uma comparação com os valores de referência dos
parâmetros de maré na estação, que indicou a necessidade de realizar a calibração
dinâmica. Nesta, a partir do nível dos resíduos obtidos após a análise de maré, foram
considerados como elemento discriminador para a avaliação da calibração, os
valores de carregamento oceânico calculados para a estação, pela utilização do
modelo de Schwiderski tradicionalmente adotado, e dos novos modelos introduzidos
a partir de 1992, via altimetria por satélite TOPEX/POSEIDON. Com este
procedimento, os valores resultantes da série foram adequados para posterior
estudos de influências entre os canais.
Com este fim, foram então estudadas as correlações entre os canais de pressão,
temperatura e umidade com o sinal gravimétrico observado, nos dois domínios, do
tempo e das freqüências. Uma vez caracterizadas as admitâncias entre os canais,
evidenciou-se uma forte correlação entre o sinal gravimétrico e a pressão
atmosférica, que permitiu mediar valores para as funções de transferência entre estes
canais, nas diversas bandas de freqüências do espectro de marés.

Gravimetric Tide Observations, Environmetal Influence and Instrumental
Calibration: Studies in Curitiba Station

Abstract

The acquisition of gravimetric tide data consists of placing the instrument
on a station under the influence of some physical variables such as the local
response to environmental parameters and the indirect effects of oceans. Among the
many possible methods to treat this kind of problem, the determination of the
admittances and transfer functions among the variables involved in the process is
proposed.
With that purpose, it is necessary that resulting analysed data are in
accordance with the historically known tidal parameters of the station. Its adequacy
can be verified through a dynamic calibration as function of reference values. This
calibration process, as well as the determination of admittances between the
environmental parameters and ocean loading related with gravimetric tides, are
fundamental for a better use of spring gravity meters, taking into account the
required resolution for Earth tides observation.
The proposed methodology of study, was applied to data obtained by GEO783
at the Curitiba Fundamental Station (ICET-7305), Brazil. It can be extended to
common gravimetric tide observations, performed in new stations. It also allows the improvement of the tidal analysis, because the environmental parameters can be
adequately sampled. Each influence is considered as an independent channel, as a
way to study their admittances with the gravimetric channel. Thus, the study aims to
discriminate, with a local character, the contribution of each channel independently,
through its modeling, its correlation in time domain, and mainly, the construction of
its transfer functions in both frequency, in magnitude and phase, in frequency
domain through spectral analysis.
Experiments were carried out using gravimetric minute-sampled data, obtained
at Curitiba Station during seven months in 1995, together with air pressure,
temperature and air humidity data, sampled at the same rate, and adequately
calibrated to usual units of physics through the use of standard instruments.
To estimate the adopted instrumental corrections for GEO 783, the results of
tidal anlysis were compared to the reference values of tidal parameters at the station,
which indicated the necessity to perform the dynamic calibration. In this last
procedure, the discrimination element of the results of the calibration was
considered as being the calculated values for local ocean loading, by means to the
traditional Schwidersky method, and the new models established by satellite
althimetry, via TOPEX-POSEIDON. Then the 1995 series was adequated to the
influences analysis proposed in this work.
The correlation coefficients between the air pressure, temperature and air
humidity channels and the observed channel, in two domains, time and frequency
were studied. The admittance between the channels was characterized; a significant
correlation between the observed signal and air pressure was evident, allowing the
focus on their transfer functions in the different frequency bands of the earth tide
spectrum.