GPS Tide Gauges Using Multipath Signatures

Multipath from flat reflecting surfaces causes cyclic changes in quantities such as signal-to-noise ratio (SNR) or L4 (difference between the two L-band phases) of microwave signals from Global Positioning System (GPS) satellites. By analyzing their temporal changes, we can infer heights of GPS antennas from such surfaces, e.g. ground or sea surface. In this study we explore the possibility of measuring the sea surface height (SSH) with GPS stations deployed for crustal deformation measurements. We compared results from the ”GPS tide gauges” based on multipath observations and conventional tide gauges during the period from 2012/6/1 to 2012/7/31 at 34 coastal GPS stations, and showed that some of these GPS stations could be used for measuring SSH. For example, SSH measured with Satellite 7 at the Okinawa tide gauge station was accurate to ~27 cm. This is somewhat lower than those reported in previous works possibly reflecting the longer sampling interval. 1. はじめに: GPS による海面高観測 海面高観測は津波波高の計測,地球温暖化による海面上昇の監視,ジオイド高の推定等に活用さ れ,地球を理解する上で最も基礎的な観測の一つである.海岸で海面高を測るのには主に験潮儀を 用いるが,それらは岩盤に固定されているために観測値に地殻上下変動の成分が含まれてしまう. そのため,国土地理院の設置するすべての験潮場(25 ヶ所) と気象庁の設置する一部の検潮所(13 ヶ 所) では全地球測位システム(Global Positioning System, GPS) を用いて独立に地殻変動を観測する ことによって補正を試みている(Figure 1) . もし GPS で海面高変動も観測できれば,単一装置で地殻変動と海面高変動の両方を知ることがで きるため,地殻変動の影響を除いた純粋な海面高変動を観測することができる. それが可能になれ ば, 既存のGPS 観測網を利用した,より簡便かつ緻密な海面高変動観測の実現が期待される. GPS のマルチパスを利用した海面高計測は,スウェーデンのグループによって最初に試みられた (Löfgren et al., 2011) . そこでは, 衛星からの直接波をとらえるアンテナと海面からの反射波をと らえるアンテナを背中合わせに設置して潮位の計測が行われた. その後, Larson et al. (2013) は, 米国の Plate Boundary Observatory (PBO) の一環として地殻変動観測のために設置された米国西海 岸沿岸の GPS 局のアンテナをそのまま利用して,マルチパスを利用した潮位観測を行った.本研 究は後者に倣って,日本にある既存の地殻変動観測用の GPS 観測点をそのまま利用して海面高観