Studies of crustal deformation due to hydrological loading on GPS height estimates

The paper deals with large-scale crustal deformation due to hydrological surface loads and its influence on seasonal variation of GPS estimated heights. The research was concentrated on the area of Poland. The deformation caused by continental water storage has been computed on the basis of Water GAP Hydrological Model data by applying convolution of water masses with appropriate Green's function. Obtained site displacements were compared with height changes estimated from GPS observations using the Precise Point Positioning (PPP) method. Long time series of the solutions for 4 stations were used for evaluation of surface loading phenomena. Good agreement both in amplitude and phase was found, however some discrepancies remain which are assigned to single point positioning technique deficiencies. Annual repeatability of water cycle and demanding procedure for computing site displacements for each site, allowed to develop a simple model for Poland which could be applied to remove (or highly reduce) seasonal hydrological signal from time series of GPS solutions.

Celem niniejszej pracy jest analiza wpływu zmian wielkoskalowych stosunków wodnych na deformacje skorupy ziemskiej. Przedstawiona jest również możliwość monitorowania tego efektu przy pomocy geodezyjnych technik satelitarnych. Na podstawie zmiennego rozkładu mas hydrosfery lądowej (do tego celu wykorzystano model hydrologiczny WGHM) oraz wykorzystując informacje dotyczące właściwości skorupy ziemskiej (tzw. funkcje Greena) zostały obliczone modelowe zmiany wysokości wybranych punktów na terenie Polski. Wyniki te zostały porównane ze zmianami wysokości wyznaczonymi dla czterech stacji permanentnych GNSS, które dysponują długimi ciągami obserwacyjnymi, tj. Borowa Góra, Borowiec, Józefosław oraz Lamkówko. Do opracowania obserwacji GPS wykorzystana została metoda Precise Point Positioning (PPP), czyli obserwacje dla każdej stacji były opracowywane niezależnie. Pozwoliło to na odseparowanie sygnałów właściwych dla danej stacji pomiarowej i prawidłowa interpretacje geodynamiczna. Wyniki te dobrze zgadzają się co do amplitudy i fazy z modelowym efektem. Przyczyny widocznych rozbieżności również zostały przedyskutowane. Wyraźna, roczna powtarzalność deformacji wynikających ze zmiennego rozkładu mas wodnych, pozwoliła na skonstruowanie prostego dwuparametrowego modelu dla terenu Polski, który pozwala znacznie zredukować wpływ tego efektu bez konieczności złożonych obliczeń.