REGVEN2015v3.0: solución 3.0 de GGenLUZ para la red GNSS nacional de Venezuela, campaña 2015

Investigación, Extensión - Solución REGVEN2015v3.0

Aprovechando la disponibilidad de las nuevas versiones de los software de procesamiento GNSS GGenLUZ/GNSS-PPP (Acuña, 2022) y GipsyX (Bertiger et al., 2020; https://gipsy-oasis.jpl.nasa.gov/) en enero 2022, la campaña 2015 de REGVEN fue reprocesada por GGenLUZ, dando como resultado la solución REGVEN2015v3.0 de esa red GNSS nacional.

REGVEN2015 (ver Figura 1) representa la segunda campaña GNSS de remedición de la REd Geocéntrica de VENenezuela (Acuña et al., 2017; Acuña, 2019). Llevada a cabo entre junio 08 y julio 14 de 2015, REGVEN2015 fue coordinada y ejecutada por el Instituto Geográfico de Venezuela Simón Bolívar (IGVSB), contando además con la participación de instituciones nacionales públicas y privadas, p.ej., GGenLUZ/LGFS como centro de procesamiento y análisis, y PDVSA(occidente/oriente), INTEVEP, DIGECAFA, MPPRE, USB, UDO, LUZ, DelMonteOT, entre otras, en la realización de las observaciones. REGVEN2015 fue concebida para extender y actualizar a la solución global ITRF2014, el marco de referencia geodésico de Venezuela; además de posibilitar: a) la determinación de un modelo de deformación nacional para la red de control geodésico básico del país, b) la estimación de parámetros de transformación del datum entre REGVEN2015, PSAD56 y las soluciones REGVEN anteriores (1995 y 2000), y c) en conjunto con el modelo geoidal venezolano de ultra-alta-resolución 30x30m VGM17, construir (definir y realizar) un novedoso sistema de referencia vertical para la determinación de alturas físicas (normales) en el país. Durante REGVEN2015 se ocuparon en definitiva 145 estaciones pasivas tipo REGVEN1995-2000 (ver Figura 2), considerándose además 31 estaciones activas tipo REMOS (ver Figura 3). En términos generales, las estaciones pasivas fueron medidas durante 2 días en sesiones de 8 horas, empleando receptores geodésicos GPS y GNSS de doble/multi-frecuencia. En las estaciones activas REMOS, mediciones GNSS permanentes registradas durante 3 a 5 días fueron utilizadas. Más detalles en (Acuña et al., 2017).

Figura 1. Estaciones REGVEN y REMOS ocupadas durante la campaña REGVEN2015.

Figura 2. Medición GNSS en estación REGVEN (orden B) EL_RECREO (RECR), Edo. Zulia,

durante la campaña REGVEN2015.

Figura 3. Medición GNSS en estación REMOS (orden A) CARACAS (CRCS), Caracas D.C.,

durante la campaña REGVEN2015.

En 2017 y 2019, soluciones para REGVEN2015, versiones 1.0 (Acuña et al., 2017) y 2.0 (Acuña, 2019), resp., fueron generadas por GGenLUZ. Ambas soluciones son "solo-GPS", comprenden 172 estaciones (142 pasivas REGVEN y 30 activas REMOS) y refieren al ITRF2014, época 2015.5, elipsoide GRS80.

REGVEN2015v1.0 es una solución combinada "preliminar" que integra con COLUMBUSv4.5 varias soluciones independientes obtenidas con sistemas de procesamiento GNSS on-line vía web como CSRS-PPP, AUSPOS, APPS-GIPSY, OPUS, TrimbleRTX, SCOUT y GGenLUZ/GNSS-PPP. Las incertidumbres medias obtenidas (precisiones 1-sigma) en coordenadas latitud, longitud y altura elipsoidal para las posiciones de vértices REGVEN2015v1.0, órdenes A, B y C, fueron ± 2.7 mm, ± 3.5 mm y ± 8.0 mm, resp.

REGVEN2015v2.0 es una solución definitiva para la época de su estimación (marzo 2019); ésta fue obtenida a partir de un exclusivo procesamiento científico GPS-PPP con el software GIPSY-OASISv6.4. En esta versión 2.0, fueron corregidos algunos problemas de altura y tipo de antenas GNSS, e identificación de estaciones REGVEN reconstruidas presentes en la versión 1.0; además se logró incorporar días adicionales de medición en algunas estaciones permanentes REMOS. Como resultado, las incertidumbres medias obtenidas en coordenadas latitud, longitud y altura elipsoidal para las posiciones de vértices REGVEN2015v2.0 fueron ± 2.5 mm, ± 3.3 mm y ± 4.9 mm, resp. En la versión 2.0, el delicado modelaje troposférico y de mareas terrestres/oceánicas, y el uso de productos orbitales JPL que posibilitan la resolución de ambigüedades en el procesamiento GPS-PPP que aplica el software GIPSY-OASISv6.4, resultó en un significativo mejoramiento en la estimación (repetibilidad) de las alturas de las estaciones, casi por un factor 2, respecto a los resultados de la versión preliminar 1.0 de REGVEN2015.

En este trabajo, una nueva solución (final en la actualidad) fue obtenida del reprocesamiento de los datos REGVEN2015 empleando las recientes versiones 2.0 de GipsyX, y 3.0 de GGenLUZ/GNSS-PPP, como disponibles a comienzos de 2022. Esta solución, REGVEN2015v3.0, incluye ahora todos los datos disponibles GPS + GLONASS registrados en la referida campaña. Se adicionaron 4 nuevas estaciones para un total de 176 (145 REGVEN y 31 REMOS). En 136 estaciones se registraron datos GPS/GLN y en 40 datos solo GPS. Debido a la cercana correspondencia (a nivel del sub-centímetro) entre los resultados de ambos software de procesamiento GNSS para las posiciones 3D de estaciones REGVEN2015, REGVEN2015v3.0 fue calculada como una solución combinada, tambien referida al ITRF2014_2015.5/GRS80.

A diferencia de las realizaciones previas, REGVEN2015v3.0 es una solución basada en procesamiento GNSS-PPP estático que utiliza observaciones GPS+GLN de alta-resolución temporal cada 5 segundos, y productos orbitales precisos finales multi-constelación de 30 segundos de resolución. El procesamiento PPP con GipsyX_v2.0 emplea productos JPL exclusivos para GipsyX, mientras que GGenLUZ/GNSS-PPP_v3.0 trabaja con productos operacionales GFZ/CODE de estándar IGS.

En términos de resultados obtenidos, la solución combinada REGVEN2015v3.0 ha sido la de mayor calidad hasta ahora alcanzada; ésta mostró incertidumbres medias (1s) en coordenadas latitud, longitud y altura elipsoidal para vértices geodésicos de ± 2.2 mm, ± 2.8 mm y ± 3.9 mm, resp. Del total de 176 estaciones, 142 (80.5%) presentaron errores 3D inferiores a ± 1 cm, 26 (14.9%) < ± 2 cm, y 8 (4.6%) < ± 2.5 cm; ver Figura 4. En estaciones REMOS, las incertidumbres medias en latitud, longitud y altura elipsoidal fueron aun menores, a saber, ± 1.1 mm, ± 1.7 mm y ± 2.9 mm, resp.

Figura 4. Incertidumbres para posiciones 3D en solución GGenLUZ REGVEN2015v3.0.

Alturas físicas (elevaciones de terreno en m.s.n.m, datum La_Guaira) fueron estimadas para los vértices geodésicos REGVEN2015v3.0 mediante nivelación-GNSS empleando el geoide nacional VGM19v3.0. Comparaciones entre este tipo de alturas, y aquellas obtenidas por nivelación convencional en 55 estaciones REGVEN mostraron diferencias con RMS de ± 3.8 cm. Información geodésica complementaria como deflexiones de la vertical, gravedad total, ondulación del geoide, velocidades geodésicas, potencial de gravedad y número geopotencial, además de coordenadas geocéntricas cartesianas y planas globales proyectadas (UTM y LCC), fue también generada para cada vértice.

Considerando la excelente precisión de los resultados logrados con REGVEN2015v3.0, esta solución será la base de la próxima realización GGenLUZ para 2022 del sistema de referencia geodésico de Venezuela, a saber, SIRGAS-REGVEN(2022).

Más detalles sobre esta nota son dados en la siguiente publicación:

Acuña, G. (2022): "REGVEN2015v3.0: solución 3.0 de GGenLUZ para la red GNSS nacional de Venezuela, campaña 2015". Tópicos de Geodesia Geométrica. Julio 17-23, 2022. Cátedra Geodesia Geométrica (GGenLUZ). Lab. de Geodesia Física y Satelital. Dpto. de Geodesia Superior. Escuela de Ingeniería Geodésica. Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia. Maracaibo, Venezuela.

Actualizando la determinación de la tasa de ascenso del nivel medio del mar en el Caribe venezolano

Investigación - Aumento del MSL en Venezuela (1992-2022)

El aumento del nivel medio global del mar y de la temperatura media terrestre son los principales indicadores del cambio climático.

Según el último informe del IPCC (Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático; ONU, 2021), la temperatura registrada en el periodo 2015-2019 fue la más cálida observada de los periodos equivalentes anteriores, situándose 1.1°C por encima de los valores de la época pre-industrial (1850-1900), y 0.2°C por encima de los valores del periodo 2011-2015.

Por su parte, observaciones de satélites altimétricos desde la década de los años 90's evidencian que el nivel medio global del mar no solamente muestra un aumento sostenido durante los últimos 30 años, sino que además está acelerándose de +2.2 mm/año en 1993 a +5 mm/año hoy en día.

Ambos indicadores globales correlacionan positivamente con el aumento de la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera, C02 principalmente, un 146% mayor a los niveles de la época pre-industrial, y aumentando aprox. un 2% anual en la actualidad.

Esta nota técnica trata sobre la última estimación GGenLUZ de la tasa de aumento del nivel del mar en el Caribe venezolano, periodo 1992-2022, como determinada en la costa central de país, para la posición del mareógrafo La Guaira, lugar donde se define el datum vertical de Venezuela (LGVD1962), origen del sistema nacional de alturas. Además, aquí se verifica si la referida tasa experimenta una aceleración local, y se proyecta su posible impacto futuro sobre la línea y tierras-bajas costeras de Venezuela.

La actual determinación GGenLUZ del aumento del nivel del mar en La Guaria se basa en observaciones satelitales multimisión de alturas corregidas de la superficie del mar instantáneas, registradas en el periodo 1985.5-2022.5, ver Figura 1. Se consideran las fases geodésicas y de repetición exacta de 12 misiones satelitales altimétricas, i.e., GEOSAT, ERS-1, TOPEX/Poseidon, ERS-2, GFO, JASON-1, ENVISAT, JASON-2, CRYOSAT-2, JASON-3 (ver Figura 2), SARAL/AltiKa y SENTINEL-3A. En total, cerca de 145500 mediciones satelitales altimétricas localizadas hasta 165 km alrededor del mareógrafo La Guaira son utilizadas.   

Figura 1. Observaciones satelitales altimétricas multimisión alrededor del mareógrafo La Guaira registradas en el periodo 1985.5-2022.5; tales mediciones son utilizadas por GGenLUZ en su determinación más reciente de la tasa de aumento del nivel del mar en el Caribe venezolano.

Figura 2. Satélite Jason-3 (https://www.jpl.nasa.gov/missions/jason-3), último hasta ahora de la serie TOPEX/Poseidon + Jason-1/2/3. Esta serie de satélites altimétricos NASA/CNES ha sido la más precisa y de mayor tiempo continuo de operación en el monitoreo global de los cuerpos de agua terrestres.

Los datos altimétricos mostrados en la Figura 1 corresponden a cantidades CorSSHs (alturas elipsoidales corregidas instantáneas de la superficie del mar) obtenidas de la base global de datos altimétricos RADS/DEOS (http://rads.tudelft.nl/rads/rads.shtml). Estas observaciones son tratadas con los últimos modelos para correcciones orbitales, instrumentales y por el medio de propagación, además de ser intercalibradas (mediante ajuste crossover) respecto a los datos de mayor calidad en órbitas precisas, i.e., la serie T/P+J1+J2+J3; esto permite el uso combinado y preciso de los datos multimisión. La incertidumbre media de las mediciones altimétricas fue ± 2.3 cm.

Luego de reducir de las observaciones CorSSHs la contribución de la superficie media del mar (MSSHs) proveniente del reciente modelo DTUMSS21 (Andersen et al, 2021), los valores de anomalías del nivel del mar (SLAs) obtenidos se utilizaron para generar por LSC en la locación del mareógrafo "virtual" La Guaira, valores medios zonales del nivel del mar (MSLs), ponderados en distancia y tiempo, con resolución temporal de 10 días. Para el periodo 1992-2022, un total de 10951 valores MSLs fueron estimados con una precisión media de ± 1.7 cm.

A la serie altimétrica satelital de valores MSLs se le ajustó por cuadrados mínimos un modelo de regresión lineal para estimar la tasa de ascenso local del nivel del mar, promedio para el periodo 1992-2022. El resultado fue +3.4 ± 0.4 mm/año, ver Figura 3.

Figura 3. Serie de tiempo 1992-2022 del nivel medio del mar (MSL) obtenida por altimetría satelital multimisión en la costa central de Venezuela (mareógrafo La Guaira), utilizando las observaciones indicadas en la Figura 1. La evolución en el tiempo del MSL en La Guaria (valores medios zonales cada 10 días) confirma una tasa de ascenso de +3.4 ± 0.4 mm/año durante los últimos 30 años de monitoreo satelital.

La tasa estimada aquí, +3.4 ± 0.4 mm/año con época media 2007.0, es significativamente mayor (+10%) a la determinada en 2011 por GGenLUZ, a saber, +3.1 ± 0.3 mm/año con época media 1997.0 (Acuña, 2011). Esto confirma que, en efecto, la tasa de aumento del nivel medio del mar en la costa central de Venezuela se incrementó (o aceleró) entre la última década del siglo pasado y la primera de este siglo, a razón de aprox. +1% anual, equivalente a, +0.03 mm/año.

Una visión más precisa de la aceleración del aumento del MSL en La Guaira aparece representada en la Figura 4.

Figura 4. Estimaciones para las 3 últimas décadas de la tasa de aumento del nivel medio del mar en el mareógrafo La Guaira, costa central de Venezuela, i.e., periodos 1992-2002 (+1.8 ± 0.2 mm/año), 2002-2012 (+2.9 ± 0.3 mm/año), y 2012-2022 ( +5.7 ± 0.4 mm/año).

Al comparar las tasas de aumento del nivel del mar en La Guaria obtenidas en periodos de tiempo similares correspondientes a las 3 últimas décadas (ver Figura 4), la aceleración del MSL se hace aun más evidente y dramática, mostrándose con total magnitud, sin la atenuación causada por los diferentes periodos de las muestras empleadas en las determinaciones generales de 2011 (Acuña, 2011) y 2022 (Acuña, 2022; esta publicación). La Figura 4 indica como el aumento del MSL en la costa central del Venezuela ha experimentado durante los últimos 30 años de monitoreo satelital, un incremento sostenido, variando desde +1.8 mm/año en la última década del siglo pasado, a los +2.9 mm/año y +5.7 mm/año, en las 2 primeras décadas de este siglo, respectivamente. Este incremento en la velocidad del aumento del MSL (o aceleración) se estima que sea en la actualidad cercano a +0.2 mm/año.

Entonces, para hablar de cifras definitivas podríamos establecer las siguientes cantidades: en La Guaira, el aumento del nivel medio del mar, como determinado por altimetría satelital multimisión durante el periodo 1992-2022, presenta magnitud de +3.4 ± 0.4 mm/año para la época media 2007.0, y está acelerándose a razón de +0.19 ± 0.07 mm/año.

Estos resultados se corresponden con las estimaciones publicadas por el IPCC en su último informe (IPCC/ONU, 2021); siendo además ratificados por determinaciones independientes de las misiones altimétricas de mayor precisión TOPEX/Poseidon, Jason-1, Jason-2 y Jason-3; ver Figura 5.

Figura 5. Estimaciones de la tasa de aumento del nivel medio del mar en La Guaira obtenidas independientemente a partir de datos registrados por los satélites TOPEX/Poseidon (TP), Jason-1 (J1), Jason-2 (J2) y Jason-3 (J3), en el periodo 1992-2022.

De nuevo, las estimaciones ahora independientes de las 4 misiones altimétricas indicadas en la Figura 5, vuelven a confirmar la significativa aceleración de la tasa de aumento del nivel medio del mar en el Caribe venezolano en los últimos 30 años; las observaciones satelitales indican que desde comienzos de la década de los 90's a la actualidad, la tasa se ha incrementado hasta por un factor 3, desde aprox. los +2 mm/año en 1992 a los +6 mm/año en 2022.

Tales números tienen efectos muy serios sobre las predicciones para 2050 y 2100 en cuanto a la posible pérdida (o retroceso) de la línea de costa venezolana en sus fachadas lacustre, caribeña y atlántica; y en lo que se refiere al aumento de la superficie de tierras costeras inundables por la penetración del mar en los territorios continentales e insulares del país.

En las zonas costeras de tierras de bajas y de pendientes suaves negativas hacia el mar, y por tanto, fácilmente erosionables e inundables, como las ubicadas en muchas zonas del litoral central, occidente y oriente de Venezuela, una tasa de aumento del nivel del mar como la arriba reportada (+3.4 mm/año) representará un posible ascenso de ese nivel para el 2050 de +15 cm, y para el 2100 de +32 cm.

Teniendo en cuenta que por cada 1-centímetro de ascenso en el MSL, la línea de costa podría retroceder aprox. 1-metro (Acuña, 2011), las anteriores estimaciones reprensentarían retrocesos de 15 m y 32 m para las fechas indicadas.

Ahora bién, tales valores ya habian sido proyectados en (Acuña, 2011) bajo la premisa que esa tasa de ascenso del MSL se mantuviese constante en el tiempo. Sin embargo, como hemos señalado antes en esta nota, esa no es la situación actual. Considerando la aceleración del MSL calculada aquí para el país (+0.2 mm por año), los valores proyectados antes para 2050 y 2100 posiblemente se multiplicarían por factores 3 y 8, respectivamente, ó quizás en una mayor proporción. Esto es dramático.

En (Acuña, 2011) se proyectaba que Venezuela tendría para el 2100 aprox. 1685 km² de tierras costeras bajo el nivel del mar (un 0.19% del territorio nacional continental), hoy para esa misma fecha, y si los factores que agudizan el calentamiento global (p.ej., el aumento anual en la concentración atmosférica de gases con efecto invernadero) no son ralentizados por políticas globales de protección medio ambientales, Venezuela tendrá bajo aguas marinas y lacustres casi 14 mil km² de superficies costeras (un 1.59% del total de tierras continentales del país); esto sin contar la muy posible y significativa reducción de la superficie de los territorios insulares nacionales, que en casos como Isla de Aves, pueda producir su desaparición definitiva, y en consecuencia, la pérdida de inmensas porciones de mar territorial venezolano y zona económica exclusiva.

Para más detalles sobre esta nota, puede consultar la siguiente publicación:

Acuña, G. (2022): "Actualizando la determinación de la tasa de ascenso del nivel medio del mar en el Caribe venezolano". Tópicos de Geodesia Geométrica. Julio 3-9, 2022. Cátedra Geodesia Geométrica (GGenLUZ). Lab. de Geodesia Física y Satelital. Dpto. de Geodesia Superior. Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia. Maracaibo, Venezuela.