Contribution of dedicated gravity satellite missions to geoid modelling and the realization of the vertical reference system

wygłoszony na 7. zebraniu plenarnym Komitetu Geodezji Polskiej Akademii Nauk w kadencji 2016-2020 w dniu 30 października 2018 r. w Pałacu Kultury i Nauki w Warszawie.

Referat wygłosił dr Walyeldeen Godah. Dr Walyeldeen Godah po odbyciu studiów licencjackich na uniwersytecie w Chartumie (Sudan) ukończył studia magisterskie na Uniwersytecie Technologicznym w Sztokholmie. Przez następne dwa lata pracował w swojej macierzystej uczelni w Chartumie jako wykładowca. W 2011 roku przybył do Polski, gdzie rozpoczął staż doktorancki w Instytucie Geodezji i Kartografii. Stopień doktora uzyskał z wyróżnieniem w 2014 roku na Wydziale Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej. Dr Walyeldeen Godah był wykonawcą w kilku projektach badawczych realizowanych w Instytucie Geodezji i Kartografii, a obecnie jest kierownikiem projektu Narodowego Centrum Nauki. Jest autorem ponad 35 publikacji, dobrze rozpoznawalnym w środowisku międzynarodowym.

Dr Walyeldeen Godah swoje wystąpienie nt. „Wpływ grawimetrycznych misji satelitarnych na modelowanie geoidy oraz realizację wysokościowego systemu odniesienia” rozpoczął od zaprezentowania możliwości wykorzystania sztucznych satelitów w geodezji w aspekcie geometrycznym, np. do realizacji Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS – International Terrestrial Reference System), łączenia regionalnych/lokalnych układów odniesienia oraz dokładnego wyznaczania współrzędnych 3D (X, Y, Z). Następnie omówił wykorzystanie sztucznych satelitów w geodezji w aspekcie fizycznym, np. do wyznaczania kształtu Ziemi, tj. geoidy w skali globalnej, modelowania geoidy w skali lokalnej/regionalnej oraz ujednolicenia systemów wysokości. W dalszej kolejności przybliżył grawimetryczne misje satelitarne CHAMP (CHAllenging Minisatellite Payload), GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment), GRACE‒FO (GRACE Follow-On) i GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer).

Dr W. Godah zaprezentował unikatowość obszaru Polski do prowadzenia badań związanych z modelowaniem pola siły ciężkości Ziemi. Obszar ten jest pokryty wysokiej jakości naziemnymi danymi grawimetrycznymi oraz danymi satelitarno-niwelacyjnymi. Co więcej, dla terytorium Polski są opracowane modele quasigeoidy grawimetrycznej o wysokiej dokładności. W 2015 roku na 26-tym Zgromadzeniu Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki stwierdzono że „Najlepsze na świecie wyniki dotyczące walidacji globalnych modeli geopotencjału przy użyciu danych satelitarno-niwelacyjnych otrzymano dla obszaru Polski”. Ponadto wartości przyspieszenia siły ciężkości pomierzonego grawimetrem absolutnym na terenie Polski, w szczególności na punktach podstawowej osnowy grawimetrycznej, mogą być wykorzystane do walidacji globalnych modeli geopotencjału, jak również do poprawy dokładności czysto satelitarnych globalnych modeli geopotencjału o ok. 60%. Obszar Polski jest również doskonałym obszarem testowym do badania czasowych zmian wysokości geoidy oraz sprawdzania różnych metod modelowania pola siły ciężkości Ziemi.

Dr W. Godah wyjaśnił wpływ czasowych zmian ziemskiego pola siły ciężkości na zmiany wysokości. W szczególności przedstawił zależność między transportem mas w systemie Ziemia, czasowymi zmianami wysokości geoidy, deformacjami pionowymi powierzchni Ziemi oraz zmianami wysokości fizycznych (np. normalnych lub ortometrycznych). Prelegent zaprezentował również opracowane przez siebie oprogramowanie IGiK‒TVGMF (IGiK‒Temporal Variations of Gravity/Mass Functionals) do wyznaczania, analizy i modelowania czasowych zmian geopotencjału/zmian rozkładu mas w systemie Ziemia. Zostały pokazane wyniki dotyczące czasowych zmian wysokości geoidy, pionowych deformacji powierzchni Ziemi, zmian wysokości ortometrycznych/normalnych dla obszaru Polski, Europy, dorzecza Amazonki.

Ostatnia część wystąpienia Dr W. Godah dotyczyła ustosunkowania się do pytania „Czy obecna definicja systemu odniesienia dla wysokości, tj. statycznego systemu wysokościowego, jest satysfakcjonująca dla współczesnej geodezji?”. Prelegent jednoznacznie stwierdził, że koncepcja i definicja systemu odniesienia dla wysokości wymaga uaktualnienia. Za koniecznością wprowadzenia odpowiednich zmian przemawiają następujące czynniki: (1) wysokości geoidy (powierzchni odniesienia dla wysokości fizycznych) zmieniają się w czasie, (2) wysokości elipsoidalne zmieniają się w czasie oraz (3) zmiany wysokości fizycznych poszczególnych mareografów są różne, co powinno być brane pod uwagę przy rozwiązywaniu problemów związanych z ujednolicaniem systemów wysokościowych. Na zakończenie przemówienia dr Godah zaproponował nową definicję systemu odniesienia dla wysokości jako kinematycznego systemu 4D oraz pokazał ogólny schemat realizacji takiego systemu odniesienia dla wysokości z udziałem danych z grawimetrycznych misji satelitarnych.