HIGH-RESOLUTION RESIDUAL TERRAIN MODEL AND TERRAIN CORRECTIONS FOR GRAVITY FIELD MODELLING AND GEOID COMPUTATION IN NIGER REPUBLIC

In this study, we computed and presented grid maps of high-resolution terrain corrections and residual terrain model (RTM) as short-wavelengths of the gravity field and the geoid in Niger. We constructed RTM elevations from mean elevation surfaces corresponding to ~100 km and ~9 km of spatial scales and 3 arc-seconds SRTM data. The computations are performed at gravity stations and 1.5 arc-minute regular grid, out to 10 and 200 km for inner and outer zones respectively with the standard density of 2670 kg/m-3. The study area is characterized by low values of terrain effects. The indirect effects are lower than 10 cm for ~9 km and reach 1.8 m for ~100 km. In Niger, 98.44% of indirect effects are lower than 1 cm and 98.2% of direct effect are lower than 5 mgal for ~9 km. For ~100 km, 85.87% of indirect effects are lower than 10 cm and 89.77% of direct effects are lower than 5 mgal for ~100 km, and 98.77% of terrain corrections are lower than 1 mgal. We found out that height discrepancies between gravity stations and SRTM influences the precision of terrain effects. The results are value for applications in geodesy and geophysics that require accurate interpretations.

CONEXÃO DE SISTEMAS VERTICAIS DE REFERÊNCIA LOCAIS AO SISTEMA GEODÉSICO BRASILEIRO COM BASE EM UM SISTEMA VERTICAL DE REFERÊNCIA GLOBAL

Os Modelos Globais do Geopotencial (MGGs), em especial os oriundos da missão GOCE, associados a Modelos Digitais de Altitude (MDAs) com resoluções cada vez melhores, têm possibilitado novas alternativas para a obtenção de altitudes com significado físico. Neste trabalho, propõe-se a realização de um sistema local de altitudes, em uma área onde o Sistema Geodésico Brasileiro (SGB) é deficiente, e vinculá-lo a um Sistema Vertical de Referência Global (SVRG) e ao SGB. Os MGGs foram validados utilizando Referências de Nível associadas com posicionamento GPS. Para modelar o erro de omissão dos MGGs, foi utilizada a técnica Residual Terrain Model (RTM). Os números geopotenciais foram obtidos com a resolução simplificada do Problema do Valor de Contorno da Geodésia (PVCG) na forma fixada. A área de estudos é o Estado do Amapá, que utiliza o Datum Vertical Brasileiro de Santana (DVB-S), e para validação dos MGGs foram utilizadas estações do Estado do Pará, vinculadas ao Datum Vertical Brasileiro de Imbituba (DVB-I). Como resultados, obteve-se números geopotenciais e altitudes físicas consistentes. Na validação dos modelos, o RTM não teve influência significativa. Utilizando o MGG do GOCE, GO_CONS_SPW_R4, obteve-se que o segmento da rede vinculado ao DVB-S está 1,30m acima do segmento vinculado ao DVB-I.

EXPLORATION OF THE RESIDUAL TOPOGRAPHY EFFECT ON SOME FUNCTIONALS OF THE GRAVITY FIELD

As massas topográficas, tendo em vista suas distribuições e variações de densidade, exercem influências nas grandezas vinculadas ao campo de gravidade. Neste trabalho, o efeito gerado pela Modelagem Residual do Terreno (Residual Terrain Model – RTM) sobre a anomalia de altura, anomalia da gravidade e as componentes do desvio da vertical foi explorado. Os modelos digitais de elevação SRTM30 PLUS e o DTM2006.0, com base em uma filtragem de passa alta, foram usados no contextoda técnica RTM. O Chile tem-se constituído um laboratório natural para estudos em geodinâmica em vista das características de sua topografia e de sua estrutura crustal. Diversos projetos são desenvolvidos com base na análise de grandezas descritas no espaço do geopotencial. No entanto, não são reportadas investigações que vinculemos efeitos residuais do terreno sobre estas grandezas. Desta forma, busca-se a inclusão desta análise considerando-se duas regiões distintas do Chile: as regiões I e VIII, as quais têm características crustais bastante diversas. Os resultados revelam a importância da contribuição do RTM na modelagem da alta frequência do campo de gravidade. Na anomalia de altura os valores alcançados situaram-se entre 1 e –1 m, ao passo que as anomalias de gravidade situam-se entre 100 e –100 mGal, enquanto que as componentes do desvio da vertical apresentaram valores entre 18 e –20 segundos de arco nas diferentes situações topográficas. O estudo mostra a possibilidade de recuperação de grande parte do erro de omissão dos Modelos Globais do Geopotencial por intermédio da técnica RTM. Além disso, a estabilidade das diferentes grandezas em relação à variação do raio de integração, no contexto da formulação de Stokes-Pizzetti, foi explorada. ABSTRACT: The topographical masses, considering its distribution and variations in density, have a measurable influence on functionals of the gravity field. In thispaper, the effect modeled by the Residual Terrain Model (RTM) exerted on the height anomaly, on the gravity anomaly, and on the deflections of the vertical components was explored. The SRTM30 PLUS and DTM2006.0 Digital Elevation Models (DEM), based on a high-pass filter were used in the context of RTM technique. Chile is a natural laboratory for studies in geodynamics considering the characteristics of its topography and crustal structure. Several studies consider the analysis of functionals described in the geopotential space. However, investigations linking the residual effects of topography on these functionals have not yet been reported. Thus, this paper seeks to include this analysis considering two different regions of Chile: the 1st and 8th regions, which have very different crustal characteristics. The results reveal the importance of the contribution of RTM in modeling the high-frequencies of the Earth’s gravity field. The values of height anomaly obtained were between 1 and –1 m, while the gravity anomalies were between 100 and –100 mGal, whereas the deflections of the vertical components reach values between –20 and 18 arc seconds indifferent topographic settings. The study shows the possibility of retrieving large part of the omission errors in Global Geopotential Models (GGM) by using the RTM technique. Furthermore, the stability of different functionals in relation to the variation of the radius of integration, in the context of the Stokes-Pizzetti formulation wasexplored.Keywords: residual terrain model, digital elevation models, global geopotential model, gravity field functional.