Expression des solutions libres dans l’ITRF2008

Dans l’étude de cas du réseau GPS du Taiwan, nous continuons à utiliser la solution de référence IGS12P33.SNX et le fichier de discontinuité associé pour exprimer les solutions libres du réseau dans l’ITRF2008 par pyacs_make_time_series.py.

La solution journalière libre issue de Gamit, réalisé par Lin Kuan Chuan dans le carde de sa thèse, inclut 3986 jours, 424 stations soit une moyenne de 7 années par stations. La réalisation des séries temporelles par pyacs_make_time_series.py pour l’ensemble des sites, à titre d’illustration des performances, a pris environ 9 minutes sur un Macintosh avec un processeur Intel Core 2 Duo cadencé à 2.66 Ghz.

La solution journalière libre inclut une moyenne de 11 sites communs avec la solution de l’IGS pendant la période considérée. Le niveau d’accord moyen entre les solutions

journa-lières libres et la solution IGS12P33.SNX est de 1.1 mm pour la composante Est, 1.1 mm pour la composante Nord et 4.7 mm pour le vertical en utilisant notre stratégie pour esti-mer des 7 paramètres de la transformation de Helesti-mert, qui maintient un excellent niveau de stabilité de la référence pour l’ensemble de la solution. Cependant, sans l’estimation avec la norme L1 et la détection d’erreur, on obtient 1.9 mm pour la composante Est, 1.8 mm pour la composante Nord et 8.8 mm pour le vertical.

La répétabilité médiane des séries temporelles du réseau est de 3.0 mm pour la compo-sante Est, 2.5 mm pour la compocompo-sante Nord et 7.8 mm pour la compocompo-sante verticale. La répétabilité moyenne est de 95.6 mm pour la composante Est, 58.6 mm pour la compo-sante Nord, 170.4 mm pour la compocompo-sante verticale. La raison de cette grande différence entre les deux est que la répétabilité de 10 sites (CHNL, TAPO, CHYN, DNSH, KMNM, S058, S092, S106, SUNM, TACH) est de plusieurs mètres, en raison des sauts co-sismiques. L’histogramme des répétabilité pour les sittes non affectés par des sauts co-sismiques forts est présentée dans la figure4.13.

En outre, nous constatons que la répétabilité de deux sites (DANA et LNCH) est très élevée et que leur série temporelle est très bruitée, et que le nombre de jour données est faible (le site DANA a 38 positions journalières dans 3 ans, pour LNCH il a 25 positions journalières dans 4 ans). Nous avons donc décidé de les retirer de l’analyse.

Figure 4.13: Histogrammes des répétabilités obtenues par pyacs_make_time_series.py

L’histogramme montre que 75% des sites ont une répétabilité inférieure à 9.0 mm sur les composantes horizontales, et 14.0 mm sur le Vertical, indiquant qu’une analyse plus poussée est nécessaire.

4.2.3 Typologie des problèmes rencontrés dans les séries temporelles

Les séries temporelles du réseau GPS du Taiwan sont beaucoup plus complexes que celles du réseau RENAG. Outre des problèmes similaires à ceux des séries temporelles du réseau RENAG (outliers, offsets, termes saisonniers), nous rencontrons aussi de nombreux offsets

co-sismiques et déformations post-sismiques, ainsi que des signaux transitoires et des séries sans vitesse constante apparente.

Dans la période de 1993 à 2011, on recense 13 tremblements de terre à Taiwan et sa région (http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/world/historical_country.php#taiwan). Au final, nous trouvons qu’environ 120 sites (30% des sites) présentent des déplacements des co-séismes et/ou post-séismes dans les séries temporelles.

Figure 4.14: Exemple de série temporelle complexe (sites KDNM et CHEN). La courbe rouge

indique le modèle déterminé par mon programme pygps_time_series.py.

La figure 4.14 gauche est une des séries temporelles présentant une relaxation

post-sismique (site KDNM).

La figure 4.14 droite est la série temporelle plus complexe du site CHEN. Elle comporte

trois offsets (deux causés par séisme et un causé par changement d’antenne) montrés par les lignes verticales vertes, deux relaxations post-sismiques (flèches violettes) et le changement de vitesse. Le changement de vitesse est le plus clairement visible sur la composante Nord.

Les signaux transitoires sont rencontrés sur quelques séries temporelles, par exemple celle du site AKND, CENT, CHIH, CHIN, FUSI, GS02, S016. Ce problème n’est pas étudié dans ma thèse, ces sites sont donc retirés de l’analyse. La figure4.15montre deux signaux transitoires typiques dans les séries temporelles du réseau du Taiwan. A droite est le signal post-sismique lent du site GS02, à gauche est le mouvement non-linéaire du site S167.

Figure 4.15: Série temporelle avec le séisme lent du site GS02 et celle non-linéaire du site S106

De plus, nous trouvons que la série du site DNSH est trop bruite et 15 sites (CHIK, CIME, DONY, HUSI, JIBE, JNSA, JYGU, LEYU, LSBA, MINK, T107, T108, T109, T110, WIAN) dont le nombre de positions dans la série temporelle n’est pas suffisant pour estimer précisément la vitesse. Ces sites sont aussi retirés de l’analyse des séries temporelle du réseau. Au total, le nombre des sites retirés d’analyse des séries temporelles est 49 sur 424.

4.2.4 Résultat de l’analyse automatique avec les paramètres par défaut

L’étape suivante est l’analyse des séries temporelles du réseau GPS du Taiwan produites par pygps_time_series.py. Comme pour le réseau RENAG, tout d’abord les 385 séries temporelles sont analysées automatiquement avec les paramètres par défaut et le fichier de discontinuités IGS08. L’analyse automatique prend environ 57 minutes par le même ordinateur.

Pour les offsets dans les séries temporelles, le programme pygps_time_series.py fournit de très bon résultats, avec un taux de réussite de 85%. 15% des cas mal analysés sont les petits offsets ou les offsets dans les séries complexes. Pour le cas des déformations sismiques, le programme requiert la date du séisme pour estimer la déformation post-sismique. Cependant, les seuls 8 sites communs avec le réseau IGS (COCO, GUAM, IISC, KUNM, PIMO, TSKB, TWTF, USUD) qui sont listés dans le fichier de discontinuité de

IGS08 sont analysés. Il y a donc environ 112 sites en présence de signal post-sismique qui requiert l’ajout d’information extérieures. Au total, nous évaluons que le taux de réussite de l’analyse automatique est de 60% - 70%.

Figure 4.16: Histogrammes des répétabilités, après traitement par

pyacs_make_time_series.py

Les histogrammes des répétabilités des stations traitement par pygps_time_series.py

(fi-gure 4.6) montrent que 75% des sites ont une répétabilité inférieure à 4.9 mm sur les

composantes horizontales et 9.0 mm sur la Verticale. La précision des séries temporelles est bien améliorée par rapport aux histogrammes des répétabilités issues directement de pyacs_make_time_series.py (figure 4.13). Néanmoins, les séries temporelles de 112 sites nécessite une analyse supplémentaires.