Al calcular la posición de la estación GPS para cada época de observación (en este caso 30 segundos para el procesado subdiario de Canarias), se distinguen en la señal fenómenos que, aunque presentes de igual forma en la media diaria, no son apreciables de manera visual en este último caso. Un claro ejemplo es la influencia de la marea terrestre y la carga oceánica en las series de coordenadas. Dichos fenómenos se originan como consecuencia de la variación temporal de la posición de la Tierra en el espacio con respecto a los distintos cuerpos celestes, principalmente el Sol y la Luna (Wilhelm et al., 1997) Ocasionalmente, estos efectos son perceptibles en la componente vertical de las series temporales de coordenadas de las estaciones GPS de El Hierro, como se puede observar en la figura 1.8, donde se puede ver de manera muy clara como la señal tiene componentes diurnas y semidiurnas.
La contribución de estos efectos de marea terrestre y carga oceánica, es aún más evidente si analizamos el contenido espectral en frecuencias de nuestra señal. Una manera de verlo es aplicando la transformada de Fourier sobre las series temporales de nuestras coordenadas. De éste modo, podemos observar en la figura 1.9 como el espectro de frecuencias de la señal temporal de la estación GPS HI08, muestra amplitudes especialmente altas en las componentes de marea diurna, y algo menores en la semidiurna, terdiurna y cuardiurna.
Figura 1.8: Evolución temporal de las tres componentes del vector deformación en la estación GPS HI08 durante la segunda mitad del mes de mayo de 2013.
La magnitud de estas amplitudes varía dependiendo de la estación GPS que estemos considerando, o el periodo de tiempo que se analice. Sin embargo, en todas las estaciones y en cualquier intervalo temporal superior a 2 semanas las frecuencias correspondientes a las componentes de marea son claras.
Figura 1.9: Resultado de la aplicación de la Trasformada rápida de Fourier mostrando el contenido en frecuencias de la componente vertical de la estación GPS HI08.
Los modelos globales empleados para el tratamiento de datos GPS como el FES2004 (Lyard et al., 2006) presentan problemas al aplicarlos en determinados lugares (Benavent, 2010). Para poder evaluar correctamente los efectos de la carga oceánica en islas relativamente pequeñas es de gran importancia disponer de una cartografía exacta de la línea de costa (nivel de detalle que no es esperable en un modelo global), o bien, modelos locales obtenidos a partir de mediciones in situ (Arnoso et al., 2006).
Para tratar de minimizar estos efectos sobre las series de coordenadas se ha empleado la librería para Matlab T_TIDE (Pawlowicz et al., 2002). Esta herramienta ha sido empleada en otras ocasiones para el análisis de mareas en series de coordenadas GPS (Prates et al., 2013a). Pese a los esfuerzos realizados, y aunque se logró identificar las ondas constituyentes de marea, no fue posible obtener un modelado para cada estación que ofreciera resultados satisfactorios independientemente del periodo de tiempo considerado. Hay que tener en cuenta que se está tratando de modelar los efectos
residuales tras la aplicación de un modelo global de mareas en dobles diferencias, con un ajuste de red posterior.
Dadas las dificultades encontradas para obtener un modelo conjunto de marea y carga para cada estación, se optó por una solución consistente en la realización de un filtrado de las 4 frecuencias que asociamos con las componentes de marea. Para ello, se ha llevado a cabo un ajuste mínimo cuadrático para cada día. Asumimos que la señal de deformación está afectada por el resultado de sumar las contribuciones de esas cuatro componentes de marea.
≈ !"#(2$% &
'
( + ) ) (1.7)
Para definir cada componente de marea necesitamos determinar su frecuencia
(% ), amplitud ( ) y fase inicial () ). Conocemos las frecuencias por lo que hay que obtener las amplitudes y las fases iniciales. Para ello se realiza un ajuste diario sobre la serie temporal de coordenadas conocidas ( ), con datos cada 30 segundos (( ), por lo que n va desde 1 hasta 2880.
Una de las dudas que puede surgir por el hecho de aplicar esta metodología, es si el filtrado aplicado a la señal temporal, puede eliminar una parte de señal que correspondiese a deformación. Se ha comprobado empleando datos de las distintas reactivaciones que el filtrado de las frecuencias de componentes de marea no distorsiona la señal de fondo, que es de una frecuencia más baja que las que estamos filtrando. En la figura 1.10 se muestran los resultados para la componente vertical de la estación HI05 durante la reactivación de marzo de 2013.
Por los datos de los que disponemos, no parece probable observar una señal de deformación volcánica que en el mismo día presente un comportamiento similar a los efectos de la marea sobre la serie de coordenadas. La solución de filtrar las frecuencias correspondientes a las componentes de marea resulta ser una vía que se ajusta adecuadamente a las necesidades del control de deformaciones para la vigilancia volcánica en Canarias.
Una solución intermedia que podría ser objeto de consideración en futuros trabajos y no requeriría filtrar frecuencias de la serie de coordenadas, con las
precauciones que ello conlleva, es la sustitución del modelo global por modelos locales desarrollados específicamente como el de Arnoso et al., (2006).
Figura 1.10: Resultados de aplicar el ajuste diario para modelar las influencia de la marea y la carga oceánica en la componente vertical de HI05 durante la reactivación volcánica de marzo de 2013.
Como ya se ha descrito, en el procesado de los datos GPS se emplea el método de las dobles diferencias, que es el que mejores precisiones nos ofrece, y dadas las características del volcanismo monogenético en las Islas Canarias, es necesario emplear estaciones de referencia que estén situadas fuera de la isla dónde se esté produciendo la reactivación volcánica. Si se trabajara con la metodología Precise Point Positioning (PPP) descrita en Zumberge et al. (1997) no sería necesaria esta matización, ya que con esta metodología de cálculo en la obtención de coordenadas de cada estación sólo intervienen los datos de observación de la propia estación, sin realizar dobles diferencias con ninguna estación de referencia, ni un ajuste de red posterior. Por lo que para poder emplear el modelo local trabajando con dobles diferencias, todas las estaciones de la red procesada deberían estar en el archipiélago canario.