The precise determination of vertical land motions is fundamental to better understand geophysical phenomena, particularly to unravel sea-level changes along coastal regions. Vertical motions occur over a broad range of spatiotemporal scales, can be of both natural and anthropogenic origin, and can be measured with high precision using space geodetic techniques. The main focus of this study is the generation of a global field of vertical land motions by seamless combination of several velocity fields from space geodesy that are in the public domain. Specifically, the following velocity fields were considered: six GNSS center solutions; three terrestrial reference frame realizations; a VLBI solution; a DORIS solution; and a geophysical model, ICE-6G, for Glacial Isostatic Adjustment. We carefully analyzed these data products for intra-solution errors and outliers as well as inter-solution inconsistencies, and then rigorously combined (some of) them into a harmonized and appropriately filtered solution. We generated a final global combined solution using a weighted least-squares (for the mean value) estimator with inputs from four GNSS analysis center solutions. The weights were defined by the inverse of the individual variances, which were calculated using a three-cornered hat method adjusted for four data sets. We found that the GNSS solutions were statistically compatible, having a mean absolute error (MAE) for most stations of less than 1 mm/yr, though vertical velocities for some stations could differ by tens of mm/yr. Comparing techniques, the MAE between the average GNSS and VLBI solutions was 0.74 mm/yr, and between the average GNSS and DORIS was 1.2 mm/yr. The GIA model compared with the GNSS solutions presented a MAE approximately 0.5 mm/yr higher than comparisons exclusively between GNSS solutions. Our global combined solution shows greater conformity with the vertical velocities available from the preliminary release of the ITRF2020 than with the velocities in the individual solutions, presenting a standard deviation of 0.90 mm/yr, thus demonstrating robustness through enhanced mitigation of the effects of the processing strategies used by individual GNSS analysis centers.

A determinação dos movimentos verticais terrestres é fundamental para a compreensão de fenómenos geofísicos, sendo crucial na determinação das variações do nível do mar em regiões costeiras. Diversas técnicas de geodesia espacial são utilizadas para medir estes movimentos, sendo o processo muitas vezes complexo, devido à influência de fenómenos naturais e antropogénicos com escalas de variação temporal diversificadas. O presente estudo tem como objetivo analisar os movimentos verticais com técnicas de geodesia espacial, propondo uma solução combinada global com base em diversas soluções publicadas. O método consistiu na comparação das velocidades determinadas por: seis centros GNSS; três soluções de referenciais; uma solução VLBI; uma solução DORIS; um modelo de GIA. Os dados foram harmonizados e devidamente filtrados, permitindo uma análise rigorosa para compreensão das diferenças existentes entre soluções. A solução combinada global foi determinada através de uma média ponderada entre quatro centros de análise GNSS, sendo os pesos definidos pelo inverso da variância individual, calculada através do método “chapéu de três pontas” (three-cornered hat) ajustado para quatro conjuntos de dados. Verificamos que entre soluções GNSS, apesar de estatisticamente compatíveis, com erro médio absoluto (MAE - Mean Absolute Error) inferior a 1 mm/ano na maioria das comparações, diversas estações apresentam diferenças de velocidade de dezenas de mm/ano. Na comparação entre técnicas apurou-se um MAE entre a média das soluções GNSS e VLBI de 0.74 mm/ano e com a solução DORIS, 1.2 mm/ano. O modelo GIA apresenta um MAE aproximadamente 0.5 mm/ano superior às comparações exclusivamente com GNSS. A solução combinada proposta demonstra uma maior concordância com os dados preliminares do referencial ITRF2020 do que as soluções individuais, com valor de desvio padrão de 0.90 mm/ano, destacando-se como uma alternativa robusta, que permite minimizar os efeitos das estratégias de processamento utilizados por cada centro de análise GNSS.

Tese de Mestrado, Engenharia Geoespacial, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências