CAPÍTULO 5
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 (SEGUNDO Esboço de Plano de Implementação para o GLOSS/Brasil)

Primeiro Esboço alterado em 22 e 23/11/2002, em reunião na DHN
www.mares.io.usp.br/aagn/glossbrasil

5 - REQUISITOS TÉCNICOS DAS ESTAÇÕES DO GLOSS

As séries Brasileiras de nível do mar mais antigas datam do início do século XX. Na  cidade do Rio de Janeiro as medições foram iniciadas a partir de 1905, na cidade de Fortaleza a  partir de 1910, no porto da cidade de Santos em 1920, Pelotas em 1930, Laguna em 1906, São Francisco do Sul em 1923, Florianópolis em 1923, Itajaí em 1922,  Paranaguá em 1928, e, Vitória em 1917; Salvador a partir de 1918, Aracajú em 1935, Recife em 1935, Natal em 1939 e Belém em 1935, seriam as mais notáveis para a utilização no programa do GLOSS em continuidade. 

A maioria delas, entretanto, foi descontinuada, instaladas que foram com objetivos de dar segurança a navegação nos portos e suas medições não foram relacionadas a sistemas de referência (RNs) que permitissem a materialização do nível médio local. Portanto, a despeito de serem as séries mais longas para os propósitos do GLOSS, elas não podem ser completamente utilizadas. As séries mais antigas, com conjunto de dados mais adequados para o GLOSS, são as que foram obtidas pelo IAGS nas décadas de 50 e 60  nos portos de Belém, Fortaleza, Recife, Salvador, Rio de Janeiro e Imbituba. 

Além de terem sido efetivamente reduzidas a um RN local, cuja existência e posicionamento, entretanto, ainda estão sendo levantados, dispuseram de medições simultâneas dos parâmetros atmosféricos, como força e direção dos ventos, precipitação atmosférica, pressão atmosférica, temperatura do ar, temperatura da água e evaporação que diretamente  interferem no nível do mar (Mesquita et al. 1986).  

Dessa forma a proposta de Sir Robert Moray à Academia Real Inglesa para a medição do nível do mar nas costas Britânicas, dos idos  de 1666 (Cartwright ,1972), ainda se aplica como requisito técnico que melhor se adequa  ao presente programa. Na atualidade, outros dados fornecidos por GPS, DORIS,VLBI, Gravímetro Absoluto e Altimetria por Satélite permitem a medição dos movimentos verticais da crosta terrestre, de forma a se obter as variações absolutas do nível do mar referidas ao Centro da Terra, que permitem o acompanhamento global da variação da forma do planeta, da modificação das suas praias e de suas conseqüências para a humanidade. 

Deve-se notar que outras estações podem vir a compor o conjunto das estações Brasileiras no GLOSS e que a escolha deve levar em conta as  condições meteorológicas e oceanográficas da costa Leste Brasileira que é bastante diferente da costa Norte. (Mesquita et al. 1986). A cidade de Rio Grande no extremo Sul da costa Leste é posicionada em região, onde se localiza um dos dois pontos anfidrômicos do Atlântico Sul  da componente M2 (Ver www.mares.io.usp.br Ícone Praias Arenosas), e vem  a ser uma das estações  importantes da rede para acompanhamento  dessa ocorrência. 

Os portos de Imbituba, Cananéia e Rio de Janeiro, mais ao norte,  produzem dados importantes para os programas relacionados ao ciclo hidrológico das cidades da região Sudeste, onde a Secção Capricórnio (Fig. 1), virá a monitorar o transporte  de calor (nível do Mar ao longo da sessão) e outras variáveis oceanográficas.   Na costa Norte as condições oceanográficas e meteorológicas são diferentes das da costa Leste, requerendo que existam mais de duas estações do GLOSS de forma a acessar em toda sua extensão, as variações do sistema de correntes marinhas da área Equatorial. Este esforço também virá a beneficiar o programa de medições do PIRATA Fig. (9), em andamento. 

5.1 Requisitos Modernos das Estações GLOSS

Os requisitos modernos de uma estação GLOSS agregam, na sua totalidade, as medições de natureza Meteorológica,  juntamente com a medição do movimento vertical da crosta . O distanciamento na costa entre as estações deve ser entre 500 a  1000 Km (?) O número de estações inicialmente  indicadas, na Figura 1, é 9 e inclui a Estação do Arquipélago de  São Pedro  e São Paulo.  O número atual das estações previstas e conforme exposto no Item 5 acima é de 12 estações.

5.2 Local para a Instalação de Novas Estações 

O local da instalação das estações do GLOSS deve ser permanente e de forma tal a representar o melhor possível as condições de mar aberto, em áreas abrigadas, longe de arrebentações e de fortes correntes de maré. As estações não devem ser instaladas em estuários onde for forte o aporte de águas fluviais (Rio Grande????). Devem estar protegidas das operações portuárias, que possam causar danos às instalações. Devem estar  em locais com profundidade adequada às medições, levando em conta o “range” da maré em condições de fortes ressacas em ocasião de maré de sizígia. As estruturas devem estar fincadas em aportes sólidos de grande estabilidade como, atracadouros,  molhes, etc. As estações devem estar protegidas contra o vandalismo através de guarda de autoridades portuárias, nas estações de pesquisas de Instituições universitárias, ou militares  e ser de fácil acesso à manutenção. 

5.3 Configuração das Estações e Controle Geodésico    

A configuração básica de toda estação que mede o nível do mar é o Marégrafo, equipamento que essencialmente consiste em um medidor que detecta as variações do nível do mar, ou detecta as variações da pressão de fundo, através de flutuadores, ou de sensores de pressão. Também existem os que utilizam os pulsos de som, bolhas de ar, e, mais recentemente, os que utilizam  sinais eletromagnéticos, à semelhança do Satélite TOPEX/POSEIDON.

Os manuais da COI de 1985 e 1993 , juntamente com as contribuições de Spencer (1993) e Woodworth et al. (1996) e, mais recentemente o  Manual COI (2002), oferecem as informações mais específicas sobre o uso e sobre o controle de qualidade desses  sistemas  de medição. Como a quase totalidade dos sistemas em operação na atualidade na costa Brasileira se baseia nos dois primeiros  sistemas, a eles são feitas as seguintes normas gerais, muito embora as especificidades relativas aos outros sensores, por extensão, estão abrangidos nesta regulamentação.

As medições de pressão de fundo devem corresponder a médias durante um período mínimo de 6 (um décimo de hora) a 15 minutos e anotados em  intervalos de uma hora. As medições dos intervalos de uma hora devem ser feitas com uma acurácia de 1 minuto e referidas a mais de uma referência de nível (RNs), amarradas através de nivelamento entre si e ao sistema geodésico do IBGE. As leituras individuais de cada altura registrada devem ser feitas com precisão da ordem de 1 cm. 

As medições devem ser acompanhadas de medições dos parâmetros atmosféricos (Pressão, Temperatura do Ar, Temperatura da Água, Precipitação Atmosférica, Evaporação, Vento Direção e Força). A operação de nivelamento geométrico de alta precisão deve ser feita a intervalo de 6 meses a 1 ano. Além do armazenamento local dos dados as estações deverão ser equipadas com instrumentação necessária a transmissão em tempo real, através de comunicação por satélites (Internet) dos dados obtidos aos centros nacional BNDO e internacionais PSMSL, (ING) e UHSLC, (EEUU). 

Deve ser notado que a esperança implícita é a que toda estação deva registrar medições que tenha uma acurácia melhor do que 1 cm sob todas as condições de maré, correntes de maré e todas as condições de tempo (Chuva, tufões, temporais, ressacas, tsunamis e outras).  

5.4 –Controle Geodésico

Avanços da técnica em geodésia tornam possível agora referir os RNs locais das estações GLOSS a um referencial geocêntrico. Uma das técnicas que já está sendo utilizada, visando o monitoramento das condições da crosta nas estações maregráficas de Cananéia e Ubatuba é o sistema GPS. Este permite vincular aquelas estações a um referencial cartesiano geocêntrico. Para o uso do GPS, é imperativo garantir a isenção de obstruções aos sinais dos satélites, bem como a estabilidade e centragem da antena. 

Com estes objetivos, foram realizadas, medições nos locais visando escolher a melhor localização da antena GPS. Foram, projetados e construídos pilares engastados em rocha estável (matacão), dotados em seu topo de um pino de centragem forçada. Os pilares possuem as seguintes dimensões: para o caso de Ubatuba, 3m de altura e 0,50 m de diâmetro, já para Cananéia, 6,00m de altura e 0,50m de diâmetro.

As medições dos movimentos verticais e horizontais da crosta, bem como o geo-referenciamento são feitas, em ambas as estações,  através de  GPS com receptores geodésicos de dupla freqüência L1, L2, com taxa de coleta de dados de 30 segundos. O processamento dos dados é realizado com o software BERNESE V.42 da Universidade de Bern, que oferece a possibilidade de solução de todas as ambigüidades nas duas freqüências e com precisão sub centimétrica para processamentos em períodos de 24 horas.

Devem ser monitorados os movimentos verticais da crosta terrestre nos piers dos marégrafos (AOTT), movimentos estes que podem alcançar  magnitude de até 50 cm na direção vertical bem como na direção horizontal que podem chegar a e 15 cm (Cordini, 1998). Espera-se em um período de 5 anos obter uma acurácia da ordem de 1a 2 mm/ano  para determinação do movimento vertical da crosta seguindo os procedimento aventados em Bevis et al. (2002).

5.5 Medições  Gravimétricas
 
 Com o propósito de verificar os efeitos geodinâmicos que ocorrem nas regiões dos medidores de Nível Relativo do Mar, aspectos como as interações da crosta dos continentes com os oceanos e bem como interações com  a atmosfera podem ser  analisados, de modo a permitir a discriminação dos movimentos seculares e periódicos e os efeitos de carregamento. 

Para tanto,  utiliza-se  as séries de medições do Nível Relativo do Mar já existentes, em conjunto com as séries em forma de séries temporais contínuas de medições  gravimétricas, e de medições da posição geocêntrica dos marégrafos  .

 Estes procedimentos permitem a discriminação entre os movimentos epirogênicos (crustal) e eustáticos (variações do Nível Médio do Mar). Observações gravimétricas de longo termo (registros contínuos) devem ser realizadas, utilizando um gravímetro geodinâmico. 

Observa-se que medições da pressão atmosférica e da temperatura nas estações de Ubatuba e Cananéia já são realizadas rotineiramente. O gravímetro diferencial deve  permitir o registro contínuo das medições. Poder-se-á a partir dos dados gravimétricos, também analisar as marés terrestres, com a determinação dos efeitos das variações da temperatura e pressão atmosférica, e também os efeitos indiretos dos oceanos. 

Medições com o Gravímetro Absoluto  deve ser usado para complementar as medições e, em período de 4 anos, se obter acurácia  da ordem de 1mm/ano Fig. (9A), para o movimento vertical da crosta. Lambert, A., in Carter (1994), e deve formar, com as medições GPS, um conjunto de dados que permitirá um cheque duplo e aumentar a qualidade das medições do Nível Absoluto do Mar das estações GLOSS.   

5.6 Medições Altimétricas
    
O grande desenvolvimento da pesquisas sobre o nível do mar que se seguiu  aos lançamentos pioneiros do GEOS-3, Seasat, Geosat e ERS-1, foi sem dúvida o do satélite Franco/Americano TOPEX/POSEIDON.

Virtualmente todo do globo terrestre, fora as regiões polares, é agora coberto por medições precisas (1 cm) e confiáveis do nível do mar, que grandemente auxiliam se fazer o monitoramento de áreas oceânicas até então consideradas inatingíveis. Muito embora a série altimétrica de níveis do mar  apenas cubram, até agora, o período de uma década, outros lançamentos como o do JASON 1 e 2 (Fig. 10), garantem a continuidade desses dados, por pelo menos mais uma década e, portanto, são então considerados como dados do programa GLOSS para análises da ordem de décadas e intradécadas. 

 Seguindo as recomendações expostas no Plano de Implementação do GLOSS N 50 há que se aumentar o número de pesquisadores que tenham conhecimento desses dados e de sua utilização através de cursos de treinamento. A Universidade de São Paulo fornece regularmente disciplina de pós graduação em Altimetria por Satélite,  que de certa forma, já vem atendendo a recomendação e pode estender o treinamento a outros interessados dentro do programa GLOSS-Brasil. Os dados de Altimetria, por outro lado, são de livre acesso na Internet e podem ser obtidos através da Agencia AVISO (1996), (ver página www.aviso.cnes.fr ).

Está bastante claro que o objetivo de monitorar a circulação oceânica  global no século XXI  será feita exclusivamente através de Altimetria por Satélite, conjugada a medições feitas por medidores do nível do mar, que provêm medições mais adensadas, no domínio do tempo, do nível do mar do que a amostragem do Satélite T/P juntamente com medições gravimétricas por satélite. Essa expectativa é encontrada nas medições feitas atualmente pelo programa PIRATA na cobertura do sistema de  Correntes Equatoriais da área Equatorial Atlântica e na estimativa dos transportes da Corrente do Brasil da Secção Capricórnio na região Sudeste Brasileira.  

A informação de como utilizar os dados altimétricos com fins de se estimar a circulação, em geral, e particularmente na área oceânica Equatorial Atlântica, acessível em língua portuguesa, pode ser encontrada no Instituto Oceanográfico da USP em Tese de Doutorado de França (2000) e poderá ser estendida ao conhecimento da comunidade do GLOSS-Brasil através de cursos especiais de treinamento.       

Os dados de altimetria por Satélite tem sido recentemente utilizados também para se estimar a variação componente vertical da crosta terrestre. Estima-se que se pode medir variações que se eqüivalem em precisão (1 a 2 mm/ano) aos que são  obtidos por Gravímetros e através de GPS, Mitchum (2002). A partir de medições de nível do mar confiáveis, distribuídas ao redor do planeta e suas diferenças com dados altimétricos simultâneos do satélite TOPEX/POSEIDON ele estima movimentos verticais da crosta terrestre da ordem de 1 a 2mm/ano. Esses valores são de ordem similar aos obtidos por gravímetros e por GPS, estabelecendo mais uma forma de se estimar o nível absoluto do mar  que pode ser utilizado nas estações Brasileiras do GLOSS.  

Deve ser lembrado que não existem estações polares (Antárticas)  pertencentes ao programa GLOSS –Brasil . É de interesse  a implantação dessas estações para estudos climatológicos de natureza global.

5.7 Nivelamento Geométrico 

 Um controle complementar local das condições de estabilidade vertical dos medidores de Nível Relativo do Mar, das estações do GLOSS e das vizinhanças deve ser realizado através de uma operação de nivelamento geométrico de alta precisão, em intervalo de (6 meses a 1 ano). Para tanto, são relacionados pontos de referência (RNs) na área do medidores, incluindo entre eles, o marco GPS, uma referência na régua auxiliar, assim como na base do marégrafo. Para a execução desta operação são utilizados níveis de precisão como o N3 (Wild) com mira invar e DINI 11 da Zeiss com auxílio de mira invar com código de barras da Escola Politécnica da USP – EPUSP-PTR. 

As medições devem ser feitas seguindo especificações vigentes para o nivelamento geométrico de alta precisão atendendo recomendações do IBGE, apoiadas na norma 13133 ABNT, com erro máximo de fechamento de 1mm/km. Cada seção será nivelada, em ida e volta, com operações independentes, as quais serão executadas em diferentes condições atmosféricas, pela manhã ida e à tarde volta (nivelamento e contra nivelamento). 

Cada operação sempre tem início e fim em referências de nível (RN IBGE). Deve-se sempre manter o equilíbrio entre as distâncias das visadas de ré e vante, evitando-se assim os erros de esfericidade e da refração, como também, os possíveis erros de colimação vertical da luneta, portanto, de acordo com o procedimento recomendado nas operações de precisão. Nas visadas com mais de 25 metros de distância, devem ser evitadas leituras nas miras a menos de 50 centímetros do solo, principalmente nas horas de mais forte insolação, evitando-se assim o efeito da reverberação. 

Devem ser anotadas as condições do tempo, principalmente visibilidade e a força do vento, que informa quanto à estabilidade da mira e do nível, procedimento este empregado pelo IBGE nas operações de nivelamento de alta precisão. As diferenças entre as leituras correspondentes ao fio nivelador nas duas graduações da mira devem ser lançadas como elemento essencial de controle. Nas condições normais de trabalho, a discrepância em relação à constante da mira não deverá exceder meio milímetro, admitindo-se com miras Wild, centimétricas, diferenças entre 301,5 e 301,60 mm.