Türkiye Kıyılarında TUDES Ortak Yerleşkeli GNSS İstasyonlarında GNSS-IR Tekniği İle Deniz Seviyesi Değişiminin Belirlenmesi

Beşel C., Tanır Kayıkçı E., Larson K. M., Sezen E., Keskin İ. H.

18. Türkiye Harita Bilimsel ve Teknik Kurultayı, Ankara, Türkiye, 26 - 29 Mayıs 2021, ss.1

  • Yayın Türü: Bildiri / Tam Metin Bildiri
  • Basıldığı Şehir: Ankara
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sayfa Sayıları: ss.1
  • Karadeniz Teknik Üniversitesi Adresli: Evet

Özet


İklim senaryolarında önemli bir parametre olan deniz seviyesi değişimleri farklı konumlarda farklı oranlarda meydana gelmektedir. Bu nedenle, bölgesel ölçekte deniz seviyesinde meydana gelen değişimin belirlenmesi son derece önemlidir. Mareograf istasyonları yardımıyla deniz seviyesi gözlemlerinin elde edilmesi geleneksel bir yöntemdir. Ancak bu şekilde gerçekleştirilen mareograf ölçümlerinin sadece deniz seviyesi gözlemlerini içermediği, aynı zamanda düşey yüzey hareketlerinden de etkilendiği bilinmektedir. Bunun sonucunda da deniz seviyesi gözlemlerinde belirsizlikler meydana gelmektedir. Küresel Navigasyon Uydu Sistemi (GNSS) sinyalleri, uzaktan algılama uygulamaları için kullanılabilecek bazı ayırt edici özelliklere sahiptir. Bu anlamda, GNSS İnterferometrik Reflektometri (GNSS-IR) tekniği yansıyan sinyali kullanarak etkili bir şekilde deniz seviyesinin belirlenmesine olanak sağlamaktadır. Son zamanlarda, GNSS sinyalinin bu yenilikçi kullanımının birçok potansiyel çalışmaya sahip olması nedeniyle bilim dünyasındaki ilgi artmıştır.

Bu çalışmada; Türkiye Ulusal Deniz Seviyesi İzleme Servisi’ne (TUDES) bağlı mareograf istasyonları ile ortak yerleşkeli sabit GNSS istasyonlarında GNSS-IR tekniği ile deniz seviyesi değişimlerinin izlenmesi ve sonuçların geleneksel mareograf gözlemleri ile karşılaştırılması yapılmıştır. Çalışmada, ilk olarak Karadeniz Teknik Üniversitesi (KTÜ) Harita Mühendisliği Bölümü ve Harita Genel Müdürlüğü (HGM) arasında Mart 2020 tarihinde başlatılan “Karadeniz Kıyılarındaki Deniz Seviyesi Değişiminin GNSS-IR Tekniği İle Araştırılması” başlıklı ortak araştırma projesi kapsamında yapılmış olan ilk analizlerin sonuçları sunulacaktır. KTÜ ve HGM arasında bir işbirliği protokolü çerçevesinde yürütülmekte olan bu araştırma projesi Türkiye’de GNSS-IR tekniği ile deniz seviyesi değişimlerinin izlenmesine öncülük edecek ilk araştırma projesi olması bakımından önemlidir. Projede ilk olarak Akdeniz, Ege, Marmara ve Karadeniz kıyılarında bulunan Türkiye Ulusal Sabit GNSS Ağı Aktif (TUSAGA-Aktif) istasyonları ANMU, DATC, TEKR, SINP ve FASA, Akdeniz kıyılarında bulunan Uluslararası GNSS Servisine (International GNSS Service, IGS) ait MERS istasyonunda kaydedilmiş kısa dönemli Sinyal Gürültü Oranı (Signal-to-Noise Ratio,SNR) verileri kullanılarak, GNSS-IR tekniği ile istasyonların bulunduğu kıyılarda deniz seviyesi belirlenmiştir. Çalışma sonucunda, Akdeniz’de MERS ve Marmara’da ise TEKR istasyonunun güçlü yansıma genliklerine sahip olduğu ve anlamlı gözlemler içerdiği görülmüş olup GNSS-IR tekniği ile deniz seviyesi belirlenmesine olanak sağlayan istasyonlar olarak bulunmuştur. MERS ve TEKR GNSS istasyonlarında GNSS-IR tekniği ile elde edilen deniz seviyesi değişimleri bu istasyonlara yaklaşık 500 metrelik mesafede bulunan Erdemli ve Marmara Ereğlisi TUDES mareograf istasyonlarından elde edilen deniz seviyesi gözlemleri ile karşılaştırılmıştır. Çalışma kapsamında daha sonra Karadeniz kıyılarında Trabzon ve Sinop mareograf istasyonları ile ortak yerleşkeli GNSS istasyonlarında kaydedilen SNR sinyallerinin dominant sinyal yansıma etkisi frekansı Lomb-Scargle periodogram (LSP) yöntemi ile belirlenmiştir. Daha sonra GNSS-IR tabanlı deniz seviyesi gözlemleri ortak yerleşkeli mareograf istasyonlarındaki deniz seviyesi gözlemleri ile karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırma sonucunda, Trabzon ve Sinop istasyonlarında GNSS-IR tabanlı deniz seviyesi ve mareograf istasyonları gözlemlerinden elde edilen deniz seviyesi değişimleri arasında sırasıyla 0.95 ve 0.90 düzeyinde yüksek bir korelasyon elde edilmiştir. Aynı istasyonlarda elde edilen deniz seviyesi değişimi farklarına ait standart sapmalar ise sırasıyla 3 cm olarak bulunmuştur.

Sea level changes, which are an important parameter in climate scenarios, occur at different rates in different locations. For this reason, it is extremely important to determine the sea level change at the regional scale. Determination of sea level observation with tide gauge is the conventional method. However, tide gauge measurements not only include sea level observation but are also affected by vertical land motions. As a result, uncertainties take place in sea level observations. Global Navigation Satellite System (GNSS) signals have some characteristics that can be used for remote sensing applications. GNSS Interferometric Reflectometry (GNSS-IR) technique enables to effectively determine sea level using the reflected signal. Recently, the attention of the science community has increased because the innovative use of GNSS signals has many potential applications.

In this study; sea level change was determined using the GNSS-IR technique at co-located GNSS stations, and the results were compared with conventional tide gauge observations. Firstly, the results of the first analysis conducted under a collaborative research project titled “Investigation of Sea Level Change on the Black Sea Coasts with GNSS-IR Technique” will be presented. This project has been initiated between Karadeniz Technical University (KTU) and the General Directorate of Mapping (HGM) since March 2020. This research project, which is carried out within a cooperation protocol between KTU and HGM, is important because it is the first research project which will pioneer the monitoring of the sea level change with the GNSS-IR technique in Turkey. As a first step, utilized existing short-term signal-to-noise ratio (SNR) data from ANMU, DATC, TEKR, SINP, and FASA stations on the Mediterranean, Aegean, Marmara and the Black Sea coasts from the Turkish National Permanent Real-Time Kinematic Network (TUSAGA-Active) and MERS station on the Mediterranean coasts from International GNSS Service (IGS) network. Then, sea level heights were determined from these stations. The results indicate that MERS on the Mediterranean coast and TEKR on the Marmara coast was found to be suitable for sea level determination by using GNSS-IR because these stations have strong reflection amplitudes and significant observations. GNSS-IR-based sea level observations of MERS and TEKR GNSS stations were compared with Erdemli and Marmara Ereğlisi tide gauges, which are located about 500 meters from these GNSS stations. After, the dominant multipath frequency of SNR signals of co-located GNSS stations with Trabzon and Sinop tide gauges on the Black Sea coasts was computed with the Lomb-Scargle periodogram (LSP). GNSS-IR-based sea level observations of Trabzon and Sinop stations were compared to sea level records from co-located tide gauges. Consequently, GNSS-IR-based sea level observations show high correlations by 0.95 and 0.90 for Trabzon and Sinop, respectively. Standard deviations of the differences between the sea level changes are 4 cm and 3 cm for these stations, respectively.