Ground and space gravity measurements: study of the ratio between gravity variation and vertical displacement and contribution of the GRACE space mission to the study of hydrological loadings and very large earthquakes

Mesures gravimétriques au sol et satellitaires: étude du rapport entre variation de pesanteur et déplacement vertical et apport de la mission spatiale GRACE à l'étude des surcharges hydrologiques et des très grands séismes

Caroline de Linage (1, 2)

1 IPGS - Institut de physique du globe de Strasbourg
2 ESS - Department of Earth System Science [Irvine]

We model the ratio between gravity variation and ground vertical displacement that are due to a load located at the surface of a stratified, spherically symmetric and elastic earth model. Theoretical results are compared to numerical values found for different loads by using outputs of global models. We assess the resolution and the accuracy of the temporal variations of the water content in the ground estimated by the GRACE space gravity mission. These are compared to the seasonal variations predicted by several hydrological models. In Europe, the validation of the GRACE measurements by those of the GGP network gravimeters is based on a principal component analysis and highlights the drought of summer 2003. The gravitational coseismic and postseismic signatures of the Sumatra earthquake (2004) are extracted from the GRACE data. A modelling of the coseismic effect shows that the static response of the ocean must not be neglected.

Nous modélisons le rapport entre variation de pesanteur et déplacement vertical du sol dus à une surcharge à la surface d'un modèle de Terre à symétrie sphérique, stratifié et élastique. Les résultats théoriques sont comparés aux valeurs numériques trouvées pour diverses charges à partir des sorties de modèles globaux. Nous évaluons la résolution et la précision des variations temporelles du contenu en eau du sol estimées par la mission de gravimétrie spatiale GRACE. Celles-ci sont comparées aux prédictions des variations saisonnières de plusieurs modèles hydrologiques. En Europe, la validation des mesures GRACE par les mesures des gravimètres du reseau GGP repose sur une analyse en composantes principales et met en évidence la sécheresse de l'été 2003. Les signatures gravitationnelles cosismique et postsismique associées au séisme de Sumatra (2004) sont extraites des données GRACE. Une modélisation de l'effet cosismique montre que la réponse statique de l'océan ne peut être negligée.

Keywords: gravimetry; time variable gravity; vertical displacement; loading; continental water balance; seismic cycle; postseismic relaxation

Keywords: gravimétrie; variations temporelles de gravité; GRACE; déplacement vertical; surcharges; contenu en eau du sous-sol; cycle sismique; Sumatra; relaxation postsismique

Domains: Geophysics [physics.geo-ph]

Caroline de Linage. Mesures gravimétriques au sol et satellitaires: étude du rapport entre variation de pesanteur et déplacement vertical et apport de la mission spatiale GRACE à l'étude des surcharges hydrologiques et des très grands séismes. Géophysique [physics.geo-ph]. Université Louis Pasteur - Strasbourg I, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00349160⟩