Μελέτη του πεδίου βαρύτητας στην ευρύτερη περιοχή της Κρήτης με επίγεια δεδομένα βαρύτητας και δεδομένα της δορυφορικής αποστολής Cryosat-2
Creators: name: Καρανταΐδης, Γεώργιος Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Πεδίο βαρύτητας
Γεωειδές
Cryosat-2
Gravity field
Geoid

description: Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή με τίτλο «Μελέτη του πεδίου βαρύτητας στην ευρύτερη περιοχή της Κρήτης με επίγεια δεδομένα βαρύτητας και δεδομένα της δορυφορικής αποστολής CRYOSAT–2» εκπονήθηκε από το φοιτητή Γεώργιο Δ. Καρανταΐδη στο πλαίσιο του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών «Γεωπληροφορική» στην κατεύθυνση «Σύγχρονες Γεωδαιτικές Εφαρμογές», στο Τμήμα Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, υπό την επίβλεψη του Καθηγητή Ηλία Ν. Τζιαβού. Σκοπός της μεταπτυχιακής διατριβής είναι η μελέτη του πεδίου βαρύτητας στην ευρύτερη περιοχή της Κρήτης, η οποία παρουσιάζει ιδιαίτερο γεωδυναμικό, γεωλογικό, αλλά και ωκεανογραφικό ενδιαφέρον και ως εκ τούτου πολλές ερευνητικές εργασίες εστιάζονται την περιοχή αυτή. Η μελέτη αποσκοπεί στη δημιουργία διαφόρων γεωδυναμικών προσεγγίσεων στην περιοχή εκμεταλλευόμενη τα δεδομένα της δορυφορικής αλτιμετρίας της δορυφορικής αποστολής του CRYOSAT–2 από το 2010 έως και το 2015. Τα πρωτογενή δεδομένα που χρησιμοποιούνται περιλαμβάνουν όλους τους κύκλους (cycles) και διαβάσεις (passes). Η δημιουργία προσεγγίσεων του γεωειδούς, της Μέσης Στάθμης Θάλασσας (ΜΣΘ) και ανωμαλιών βαρύτητας πραγματοποιείται στην ευρύτερη περιοχή της Κρήτης και πιο συγκεκριμένα στην περιοχή, η οποία περιλαμβάνεται μεταξύ των ορίων 22°≤λ≤27°, 34°≤φ≤36°. Οι διάφορες προσεγγίσεις του γεωδυναμικού πραγματοποιήθηκαν με διάφορα μαθηματικά μοντέλα, με κυρίαρχη τη μέθοδο της σημειακής προσαρμογής (Least Squares Collocation - LSC) και τη χρήση του λογισμικού GRAVSOFT. Για το σκοπό αυτό υπολογίστηκαν οι εμπειρικές και αναλυτικές συναρτήσεις συμμεταβλητότητας για τα διαθέσιμα δεδομένα. Επίσης, για την εξαγωγή των μοντέλων βαρύτητας-γεωειδούς χρησιμοποιήθηκε ένα σύστημα διπλής εισόδου-απλής εξόδου, από τη θεωρία συστημάτων, για τον υπολογισμό υψομέτρων γεωειδούς. Επιπρόσθετα, χρησιμοποιήθηκαν φασματικές τεχνικές μέσω γρήγορων μετασχηματισμών Fourier (Fast Fourier Transforms – FFT) που περιλαμβάνουν το ολοκλήρωμα του Stokes για επίπεδη και σφαιρική προσέγγιση. Η δημιουργία των μοντέλων βαρύτητας-γεωειδούς ολοκληρώθηκε με τη συνεισφορά του πλέον πρόσφατου και ακριβούς γεωδυναμικού μοντέλου EGM2008. Ακολούθως, πραγματοποιήθηκε η αξιολόγηση και σύγκρισή τους με προϋπάρχοντα μοντέλα γεωειδούς και βαρύτητας για την περιοχή μελέτης. Επιπλέον, για την αξιολόγηση της εξωτερικής ακρίβειας των μοντέλων που υπολογίστηκαν από τα προϊόντα αλτιμετρίας της αποστολής CRYOSAT-2, πέραν των διαθέσιμων μοντέλων για την περιοχή, πραγματοποιήθηκε αξιολόγηση και σύγκριση με προϋπάρχουσες λύσεις γεωειδούς (βαρυτημετρική και λύση συνδυασμού βαρύτητας και αλτιμετρίας) κατά μήκος των δορυφορικών ιχνών των δορυφορικών αποστολών JASON-1, JASON-2 και SARAL από διάφορες χρονικές περιόδους. Οι αξιολογήσεις των μοντέλων βαρύτητας και γεωειδούς για τις διάφορες περιπτώσεις έγιναν λαμβάνοντας υπόψη όλη την περιοχή μελέτης, αλλά πραγματοποιήθηκαν και συγκρίσεις που αναφέρονταν μόνο στη θαλάσσια έκταση της περιοχής μελέτης
description: The present Master of Science Thesis entitled “Gravity field modeling in the wider Crete area using surface gravity data and altimetry data from CRYOSAT–2 satellite mission” has been prepared in partial fulfillment for the degree of Master Dipl. Eng. of the Specialization Program “Modern Geodetic Applications” of the Graduate Studies Program “Geoinformatics” of the School of Rural and Surveying Engineering of the Aristotle University of Thessaloniki by the graduate student Georgios Karantaidis under the supervision of Professor Ilias N. Tziavos. The main objective of this research is the investigation of the earth’s gravity field in the wider area of the island of Crete, which is of main importance for geodetic, geodynamic and oceanographic studies. The geodynamic peculiarities of the test area and the eastern Mediterranean basin in general, along with the strong signature of the gravity field and the recent availability of large amounts of ground and satellite data, made the area a natural laboratory for geoscientists and numerous researches have been published during the last decades. Our study mainly focuses on the determination of geoid, mean sea surface (MSS) and gravity models for the area bounded by 22°≤λ≤27°, 34°≤φ≤36° using data of the CRYOSAT-2 satellite mission. These data sets were available in the form of sea surface heights (SSHs) and Sea Level Anomalies (SLA) and were used in conjunction with surface gravity anomalies and the EGM2008 global geopotential model as a reference surface. The methods employed for the various solutions of the gravity field are both stochastic and spectral ones, i.e. the Least Squares Collocation (LSC) method, the Fast Fourier Transform (FFT) technique for the elaboration of the Stokes integral in planar and spherical approximation and, finally, the Input Output Systems Theory (IOST), which is in practice the spectral representation of LSC. Furthermore, linear, bilinear, nearest neighbor and kriging interpolation methods are used within MATLAB in order to produce gravity, geoid and MSS models for the area under study. The results and models achieved from all methods are compared and analyzed both for the entire test area and the sea area. In order to assess the validity of the geoid and gravity models determined by the different approaches for the sea areas, comparisons were carried out with existed geoid models along the tracks of JASON-1, JASON-2 and SARAL altimetry missions. For the application of LSC by means of the GRAVSOFT (Tscherning et al. 1992) software and its internal modules empirical and analytical covariance functions were estimated for the residual gravity anomalies after the subtraction of the contribution of EGM2008. In this way the study of the statistical and spectral characteristics of the gravity field data sets was performed and their efficient implementation in LSC method was carried out