Le maree atmosferiche spostano i GPS di un millimetro: è davvero importante?

Hai mai pensato che il meteo possa far muovere i punti di riferimento dei GPS? Quando la pressione atmosferica cambia, la crosta terrestre si deforma di pochi millimetri. Questo fenomeno, chiamato "tide loading", avviene soprattutto con le maree atmosferiche diurni (S1) e semidiurni (S2). Gli scienziati hanno confrontato due modelli globali – quello del Global Geophysical Fluid Center (GGFC) e quello del Vienna Mapping Function (VMF) – per capire quanto queste maree influenzino le coordinate GPS.

A latitudini basse, lo spostamento verticale (Up) può arrivare a 1,5 mm, tre volte più grande dei movimenti orizzontali. La differenza più sorprendente tra i due modelli è la fase di S2 negli spostamenti orizzontali, che può variare fino a 180°. Per verificare l’effetto reale, sono stati analizzati i dati di 108 stazioni GPS internazionali con e senza correzione S1‑S2. I risultati mostrano differenze RMS inferiori a 0,2 mm in Est e Nord, ma fino a 0,5 mm in Up.

In pratica, parte delle vibrazioni periodiche dei GPS (le cosiddette “draconitic” armoniche) è dovuta a queste maree non modellate, con ampiezze di circa 0,2 mm in Up. Gli esperti consigliano di usare il modello GGFC, che migliora la precisione dei residui di coordinate per quasi la metà delle stazioni. Anche se l’impatto sulle velocità lineari è minimo, rientra comunque nei requisiti di precisione millimetrica del futuro riferimento terrestre globale.

Le maree atmosferiche sono oscillazioni periodiche della pressione dell’atmosfera, generate principalmente dal riscaldamento solare differenziale tra giorno e notte. Queste oscillazioni generano forze di carico sulla superficie terrestre, provocando deformazioni elastiche della crosta. Il modello GGFC utilizza dati di pressione globale ad alta risoluzione e una formulazione fisica basata su equazioni di equilibrio elastico, mentre il VMF si basa su una parametrizzazione più semplificata. La fase di S2, che rappresenta la componente semidiurna, è particolarmente sensibile alla distribuzione geografica delle masse d’aria, spiegando le discrepanze di fase osservate.

Le analisi PPP (Precise Point Positioning) hanno permesso di isolare l’effetto delle maree atmosferiche dal rumore di fondo, grazie a soluzioni di coordinate a livello di millimetro. L’indice RMS (Root Mean Square) è stato calcolato per ciascuna componente (E, N, U) confrontando le soluzioni con e senza correzione. La riduzione del RMS nelle componenti verticali è più marcata, coerente con la maggiore ampiezza delle deformazioni verticali.

Le armoniche draconitiche, legate al periodo di rivoluzione della Terra attorno al Sole (365,25 giorni), emergono nei dati GPS quando le correzioni di carico non sono applicate. La loro ampiezza di 0,2 mm in Up è significativa per le future realizzazioni del Terrestrial Reference Frame (TRF), poiché la normativa GGOS richiede stabilità a livello millimetrico. L’adozione del modello GGFC, con la sua migliore rappresentazione della fase S2, contribuisce a soddisfare questi requisiti, riducendo l’incertezza sistematica nei prodotti di posizionamento globale.