EPOS-GNSS, traitement en double-différence

Contexte

EPOS
EPOS (European Plate Observing System) est une infrastructure de recherche multidisciplinaire qui produit des données et des services pour la communauté scientifique en Sciences de la Terre.

EPOS-GNSS
Le service EPOS-GNSS (Global Navigation Satellite System) est une composante d’EPOS qui rassemble une douzaine de partenaires en Europe et a pour objectif d’archiver et de disséminer les données GNSS de stations permanentes partout en Europe (au format international d’échange RINEX), des outils logiciels, et des produits dérivés (solutions journalières, séries temporelles de positions, champs de vitesses et champs de déformation).

EPOS en phase opérationnelle
EPOS a commencé avec une Phase d’Implementation (EPOS-IP, 2015 - 2018). Dans ce cadre, une solution prototype a été produite par l’OSUG/ISTerre.
Après une phase opérationnelle pilote, EPOS est passé dans sa phase opérationnelle en 2023.

Produits GNSS sur l’Europe

Description de la solution
Le centre de traitement OSUG/ISTerre génère tout d’abord des séries temporelles de position via l’utilisation de l’outil du MIT GAMIT-GLOBK. Les solutions sont calculées par l’approche des double-différences. Un retraitement complet est effectué régulièrement pour intégrer les stations nouvellement distribuées via EPOS, et un traitement automatique quotidien permet également de tenir les séries temporelles à jour.

Dans un second temps, les séries temporelles sont analysées pour estimer les offsets (changements de position ponctuels dus à un changement dans les instruments utilisés ou à un séisme de forte magnitude et proche du site). Ces offsets sont disponibles sur le portail produits EPOS-GNSS, dans Data Controls / Offsets.

Enfin, les séries temporelles sont analysées pour estimer les vitesses GNSS séculaires.

La dernière solution calculée en 2024 comporte 1510 stations réparties à travers l’Europe et inclut des données sur une période de 24 ans (2000-2023 inclus). La base de données est composée de toutes les stations ayant des données distribuées via le portail données EPOS-GNSS : les stations sont situées dans 39 pays européens.

Pour revenir à l’estimation des vitesses, après une validation technique, le logiciel MIDAS est apparu comme une méthode efficace, rapide et la plus appropriée. Ce logiciel est un estimateur automatique de la tendance des séries temporelles (Blewitt et al., 2016). En utilisant une méthode statistique basée sur un ensemble de paires de positions séparées par un an, elle permet d’obtenir des vitesses GNSS très peu sensibles aux valeurs aberrantes, aux sauts et signaux saisonniers.

Cartes des vitesses horizontales et verticales

Vitesses horizontales par rapport à la plaque Eurasie. Ce champ de vitesses est composé de 1510 stations qui remplissent les critères qualités définis dans le texte ci-dessous.

Carte des vitesses verticales (focus sur les Alpes et les Apennins)

Trois catégories de robustesse sur les vitesses MIDAS ont été définies. La quantification de la robustesse est effectuée à travers deux points de contrôle MIDAS :
– le nombre maximal de valeurs aberrantes pouvant être tolérées.
– le nombre d’offsets (changements de position d’un jour à l’autre dus essentiellement à des changements d’instruments) en fonction de la durée pour maintenir une estimation fiable de la vitesse.
(Pour en savoir plus sur MIDAS et les deux points de contrôle MIDAS, voir Blewitt et al., 2016).

Nous éliminons de notre analyse les stations pour lesquelles les points de contrôle MIDAS ne sont pas satisfaits. De plus, nous éliminons les stations pour lesquelles l’erreur estimée par MIDAS est supérieure aux valeurs suivantes :
– erreur horizontale > 0.5 mm/yr
– erreur verticale > 1.5 mm/yr
Ce tri concerne essentiellement les sites pour lesquelles la durée de la série temporelle est trop courte pour bien contraindre l’estimation de la vitesse.

De ce fait, la carte ci-dessus comporte des vitesses pour 1510 stations, et 504 stations en sont exclues.

Obtenir les solutions (i.e. séries temporelles et champ de vitesse)
L’ensemble des produits générés par le centre d’analyse (séries temporelles de positions, offsets et champ de vitesse) sont disponibles via le portail produits EPOS-GNSS.
Les séries temporelles sont également disponibles sur le portail FormaTerre "Geodesy Plotter" (solution UGA_Epos-Fr_GG).

Partenaires européens
UBI (Portugal), ROB (Belgique), OCA (France), CNRS (France), INGV (Italie), SGO (Hongrie), BKG (Allemagne), LM (Suède), WUT (Pologne), LRU (France), NOA (Grèce), OGS (Italie).

Equipe ISTerre-OSUG
Anne SOCQUET, Physicienne des Observatoires
Andrea WALPERSDORF, Physicienne des Observatoires
Gaël JANEX, Ingénieur de recherche

Contact
Anne SOCQUET

Financement
Infrastructure de Recherche européenne EPOS

Liens
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