Radar görüntülerinden kar derinliği ve hacminin hesaplanması; Erciyes Dağı örneği
Calculation of snow depth and volume from radar images; The case of Mount Erci̇yes
Yazar: AHMET TARIK TORUN
Danışman: PROF. DR. SEMİH EKERCİN
Aksaray Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry
Dizin: Sentetik açıklık radarı = Synthetic aperture radar

Özet:
Dünya nüfusunun büyük bir bölümünün su ihtiyacının karşılanmasında önemli bir yağış faktörü olan karın, mevsimsel olarak gözlemlenmesi, mevcut su kaynaklarının korunması ve izlenmesi açısından önem taşımaktadır. Hızla artan dünya nüfusu ve gittikçe şiddetlenen küresel ısınma faktörleri karla kaplı alanlardan veri elde edilmesinin önemini bir kez daha ortaya çıkarmıştır. Son yıllarda, radar verileri kullanılarak karla kaplı arazilerin izlenmesi ve bu alanlardan bilgi elde edilmesi sayesinde, su kaynaklarının yönetimi ve hidrolojik modellemeler ile ilgili değerli bilgiler elde edilebilmektedir.
Bu tez çalışmasında TerraSAR-X uydusuna ait, StripMap (SM) modunda algılanmış, HH polarizasyonlu görüntüler kullanılarak Erciyes Dağı için kar derinliği, kar hacmi ve kar-su eşdeğeri hesaplanması amaçlanmıştır. Bu bağlamda, öncelikle SAR görüntüleri kullanılarak Sayısal Yükseklik Modelleri (SYM) üretilmiştir. SYM üretimi aşamasında gerekli olan harici SYM verileri olarak Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), ALOS World 3D (AW3D), TanDEM-X WorldDEM ve stereo SYM kullanılmıştır. Bununla birlikte yaz döneminde uydu geçişi ile eşzamanlı olarak gerçekleştirilen arazi çalışmalarından elde edilen nokta yükseklik bilgileri, SAR verilerinden elde edilen yüksekliklerle karşılaştırılmış ve istatistik analizler uygulanmıştır. Analizler sonucunda stereo SYM verisinin 1.52 m karesel ortalama hata değeri ile en doğru sonucu verdiği görülmüştür.
Ayrıca, radar verileri kullanılarak kar derinliği, kar hacmi ve kar-su eşdeğeri hesaplamalarının yapılabildiği bir model üretilmiştir. Kış döneminde uydu geçişi ile eşzamanlı arazi çalışmaları yapılarak, çalışma bölgesi içerisinde homojen olarak dağılmış olan noktalardan kar derinliği ölçmeleri gerçekleştirilmiştir. Kar derinliğinin belirlenmesinde önemli bir faktör olan kar yoğunluğu, üç farklı yöntemle (kriging, optimizasyon ve ISO-4355) elde edilmiştir. Kar derinliğine ve yoğunluğuna bağlı olarak kar hacmi ve kar-su eşdeğeri haritaları üretilmiştir. Çalışma bölgesindeki toplam kar hacmi ve kar-su eşdeğeri hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar ışığında, üretilen modelin kar derinliği, kar hacmi ve kar-su eşdeğeri hesaplamalarında kullanılabilir olduğu ortaya konmuştur.

Abstract:
Seasonal observation of snow, which is an important precipitation factor in supply the water needs of a large part of the world population, is important in terms of protection and monitoring of existing water resources. The rapidly increasing world population and the cumulatively global warming factors have once again revealed the importance of obtaining data from snow-covered areas. In recent years, valuable information on water resources management and hydrological modeling can be obtained by monitoring and obtaining information from snow-covered areas using radar data.
In this thesis, it is aimed to calculate snow depth, snow volume and snow-water equivalent for Mount Erciyes by using HH polarized images, sensed in StripMap (SM) mode of TerraSAR-X satellite. In this context, Digital Elevation Models (DEM) were produced using SAR images. Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), ALOS World 3D (AW3D), TanDEM-X WorldDEM and stereo DEM data were used as external DEM data required during DEM generation. In addition, the point elevation information obtained from the field studies conducted simultaneously with the satellite pass during the summer period was compared with the elevations obtained from the SAR data and statistical analyzes were applied. As a result of the analysis, it was seen that the stereo DEM data gave the most accurate result with a mean square error value of 1.52 m.
Moreover a model has been created in order to calculate the snow depth, snow volume and snow-water equivalent with using radar data. On the other hand, field study was conducted simultaneously with satellite pass during the winter period and snow depth measurements were carried out from points homogeneously scattered within the study area. Snow density, which is an important factor in determining the depth of snow, was calculated by three different methods (kriging, optimization and ISO-4355). Also, snow volume and snow-water equivalent maps were produced based on the depth and density of snow. Total snow volume and snow-water equivalent have been calculated in the study area. In the light of the obtained results, it has been revealed that the produced model can be used in snow depth, snow volume and snow-water equivalent calculations.