La mejora de los datos gravitacionales aportan mejoras a los modelos actuales.

Entre el público en general, existe un malentendido sobre el papel crucial que desempeñan los datos gravitacionales en el ámbito geoespacial, en la arquitectura, ingeniería y construcción y en su vida cotidiana, así como sobre los beneficios que no se ven. Cuando se pregunta a alguien por la "elevación", se imagina una altura sobre el nivel del mar. De hecho, las referencias comunes a la elevación se expresan así. Pero, ¿qué es realmente el "nivel del mar"?

El nivel del mar, expresado como una superficie teórica de "gravedad equipotencial", parece un concepto demasiado esotérico en el que enmarcar las discusiones sobre el valor de las observaciones e investigaciones sobre la gravedad. Pero, ¿cómo relacionar el tema de forma accesible y amplia? Quizás empezando por el suelo.

La gente puede relacionarse con la elevación de un mapa de senderismo que tiene, o con una señal de elevación en un paso de montaña por el que está conduciendo, pero no con los marcos de referencia (datums por así decirlo), y los modelos que derivan dichas elevaciones. La magia pasa desapercibida para el usuario final.

En esta época de GNSS de alta precisión, el usuario casual ve una elevación resultante, pero los sistemas de navegación y posicionamiento basados en el espacio sólo proporcionan una altura elipsoidal: la altura por encima (o por debajo) del elipsoide de referencia. Estos elipsoides se ajustan aproximadamente a la forma oblata de la Tierra, pero tienen una relación geodésica directa con el seguimiento y las órbitas de los satélites.

Los datos gravitacionales se utilizan para definir modelos de geoides. Éstos se perfeccionan aplicando datos terrestres para crear modelos de diferencia del geoide, que se aplican como un fantasma en la máquina para obtener la elevación que muestra el equipo GNSS.

Este proceso de derivación de elipsoide+geoide (más correctamente descrito como producción de "elevaciones ortométricas"), es bien conocido entre los topógrafos, geodestas y profesionales geoespaciales. Para estos usuarios posteriores, el valor de las mejoras en los datos de gravedad es evidente. La densificación y mejora de más de un siglo de mediciones de gravedad no es una propuesta barata. Los programas de modernización de la gravedad terrestre, aerotransportada y por satélite pueden representar inversiones considerables.

Hay estudios económicos que han puesto cifras de coste-beneficio a dichos programas, pero no se suelen tener en cuenta fuera de las comunidades geoespacial, científica y de defensa. El valor tiene que expresarse en términos que los organismos de financiación, los legisladores y el público puedan relacionar, lo que supone un reto.

Datos y marco de referencia

Pero en los últimos acontecimientos el término "gravedad", en el sentido geodésico, ha llegado a un público más amplio, incluso a través de los principales medios de comunicación. Las noticias sobre la expedición de medición del Everest de 2019 del Departamento de Topografía del Gobierno de Nepal, y la expedición de medición del Everest de 2020 del Departamento de Topografía y Cartografía del Ministerio de Recursos Naturales de China, señalaron que ambos proyectos incluían mediciones de la gravedad.

En ambas iniciativas no sólo se realizaron amplias redes de mediciones de la gravedad, sino también observaciones geodésicas terrestres convencionales -con GNSS e instrumentos convencionales- para vincular los datos de la gravedad a los marcos de referencia geodésicos existentes. Susheel Dangol, coordinador y jefe de topografía de la Secretaría de Medición de Altura de Sagarmatha (Everest) (Nepal), dijo que un programa geodésico más amplio formaba parte de las mediciones de altura del Everest.

Éste incluía una red de 298 marcas de medición con mediciones de gravedad y GNSS en cada una de ellas. Las mediciones GNSS se referenciaron a un conjunto de estaciones base GNSS temporales, vinculadas además al marco de referencia nacional de Nepal y a la red de estaciones de referencia de funcionamiento continuo (GNSS CORS). También se observaron subconjuntos de estas marcas de estudio con niveles digitales y diferenciales. Proporcionar los datos complementarios basados en la gravedad es una parte vital para establecer elevaciones actualizadas para la montaña y la región circundante.

¿Cuáles son los beneficios de estas mejoras?

En Estados Unidos, el Servicio Geodésico Nacional (NGS) es la agencia federal encargada de establecer y mantener el marco de referencia espacial de la nación. La modernización de los datos de elevación se considera la clave para mejorar, por ejemplo, el sistema nacional de cartografía de inundaciones. El informe del NGS de 2019: Scaling the Heights: Estudio Socioeconómico del Programa de Gravedad del NGS señala que en el período de 30 años (1988-2017), se experimentó un promedio de 86 víctimas mortales por año debido a las inundaciones.

En 2017, las inundaciones repentinas mataron a 103 personas, hirieron a ocho y causaron 59.000 millones de dólares en daños a la propiedad y a los cultivos. Además de las inundaciones, en 2017, las tormentas tropicales y los huracanes mataron a 43 personas, hirieron a 62 y causaron 23.000 millones de dólares en daños materiales y a las cosechas; muchos más murieron a causa de las tormentas de invierno, las crecidas de los ríos y las corrientes de resaca.

Las catástrofes naturales son las principales en el ojo público, pero hay beneficios adicionales de los datos de elevación refinados relacionados con la agricultura, el comercio de agua y los recursos hídricos públicos. Los sistemas de riego y distribución de agua heredados se diseñaron a menudo con datos de elevación inconstantes, y esa pérdida de carga ha sido objeto de mejora por parte de iniciativas locales y regionales de conservación del agua.