Viyana izdüşüm fonksiyonu 3 (VMF3) ile hesaplanmış troposferik zenit gecikmelerinin (ZTD) zaman serilerinin periyodik mevsimsel değişimlerinin belirlenmesi
Determination of periodic seasonal variations in time series of tropospheric zenith delays (ZTD) calculated with vienna mapping function 3 (VMF3)
Yazar: YEŞİM AKTÜRK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKE DENİZ
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
İnsanoğlu varoluşundan itibaren konumunu belirleme ihtiyacı duymuş ve birçok yöntem geliştirmiştir. Ağaçları işaretleyerek başlayan navigasyon ihtiyacı ile zamanla geliştirilen Küresel Konum Belirleme Sistemi (GNSS)'in köklü yapılandırması günümüzde çeşitli disiplinler tarafından etkin ve yaygın olarak kullanılmaktadır. GNSS sinyali uydudan alıcıya yolcuğu sırasında atmosferden geçişi esnasında yerküreye en yakın atmosferik katman olan troposfer tabakasından geçerken hava basıncı, sıcaklık ve su buharından etkilenerek gecikmeye uğrar. Bu gecikme troposferik gecikme olarak adlandırılır. Zenit yönlü troposferik gecikmenin modellenmesinde izdüşüm fonksiyonları kullanılmaktadır. Troposferik gecikmenin modellenmesi için seçilen Viyana İzdüşüm Fonksiyonu 3 (VMF3) VMF'nin en güncel hali olmakla beraber içerisinde meteorolojik parametreler barındırır. Değişen ve gelişen teknoloji ile atmosferdeki su buharını elde etme tekniği olan GNSS meteorolojisi çalışmaları iklim  değişimlerinin olumsuz etkileri ve hava olayları tahmini amacıyla ön plandadır. 

Bu çalışmada, Türkiye'den seçilen İstanbul, Kocaeli (Gebze), Ankara, Trabzon, İzmir ve Mersin istasyonları için 2022 yılı günlük VMF3 ZTD zaman serilerinin mevsimsel değişimleri analiz edilmiştir. Seçilen istasyonlara ait 365 günlük VMF3 ZTD zaman serileri verilerinden 00, 06, 12 ve 18 UTC zaman dilimine karşılık gelen parametreler hesaplamaya alınmıştır. Bilinmeyenlerin hesabı için harmonik fonksiyon eşitliğinden yararlanılarak parametre kestirim metotlarından en küçük kareler yöntemi kullanılmıştır. Elde edilen zaman serisi parametreleri her bir istasyonun FFT (Hızlı Fourier Dönüşümü) ile sinüsodial eğrileri elde edilmiştir. 6 istasyonda elde edilen verilere göre troposferik zenit gecikmesi maksimum ANKR istasyonunda 2.8 m ve minimum troposferik zenit gecikme değeri yine ANKR istasyonunda 2.1 m olarak hesaplanmıştır. FFT katsayıları kullanılarak periyodik bileşenlerin faz ve genlikleri belirlenmiştir. Yıllık ve yarım yıllık genlik değerlendirmesinde, maksimum değerleri TRAB istasyonu yıllık 0.0621 m, yarım yıllık 0.011 m değerleri ile almıştır. Minimum değerleri ise IZMI istasyonunun yıllık 0.0321 m, yarım yıllık 0.0064 m ile aldığı görülmektedir. Yıllık ve yarım yıllık faz değerlendirmesinde maksimum değerleri ANKR istasyonu yıllık 1.019, yarım yıllık ISTA istasyonu 1.013 değeri ile almıştır. Minimum değerleri MERS istasyonu yıllık 0.6312, yarım yıllık IZMI istasyonu -1.3576 ile aldığı görülmektedir.
 
VMF3 ZTD verileri, referans olarak alınan gerçek zamanlı, yörünge ve saat ürünlerini kullanan Uluslararası GNSS Servisi'nin (IGS) hassas troposfer ürünü (Zenith Path Delay – ZTD) verileri farkları istatistiksel olarak karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda minimum, maksimum, ortalama ve standart sapma değerleri elde edilmiştir. Elde edilen standart sapma verilerine istinaden karşılaştırılan gün sayısının birbirine yakınlık gösterdiği ISTA ve MERS istasyonu için sırasıyla 35.254 m ve 37.457m sonuçları elde edilmiştir. İki istasyon arasında VMF3 verilerinin IGS verileri ile en uyumlu olduğu istasyonun ISTA istasyonu olduğu gösterilmiştir.

Abstract:
Since its existence, human beings have felt the need to determine their location and have developed many methods. The deep-rooted configuration of the Global Positioning System (GNSS), which began with the need for navigation by marking trees and developed over time, is effectively and widely used by various disciplines today. The GNSS signal is delayed by air pressure, temperature and water vapor as it passes through the troposphere, the closest atmospheric layer to the Earth, during its journey from the satellite to the receiver. This delay is called tropospheric delay. Projection functions are used in modeling the zenith-directional tropospheric delay. The Vienna Projection Function 3 (VMF3), which is selected for modeling tropospheric delay, is the most up-to-date version of VMF and contains meteorological parameters. With the changing and developing technology, GNSS meteorology studies, which are techniques for obtaining water vapor in the atmosphere, are at the forefront for the purpose of predicting the negative effects of climate change and weather events. 

In this study, seasonal changes of daily VMF3 ZTD time series of 2022 were analyzed for selected stations in Istanbul, Kocaeli (Gebze), Ankara, Trabzon, Izmir and Mersin from Turkey. Parameters corresponding to 00, 06, 12 and 18 UTC time periods were taken into calculation from 365-day VMF3 ZTD time series data of selected stations. The least squares method was used from parameter estimation methods by using harmonic function equation for the calculation of unknowns. The obtained time series parameters were obtained from sinusoidal curves of each station with FFT (Fast Fourier Transform). According to the data obtained from these graphs, the tropospheric delay value in the reduced FFT graph of the selected 6 stations was calculated with a maximum of 2.8 m at ANKR station and a minimum of 2.1 m at ANKR station. Phase and amplitude of periodic components were determined using FFT coefficients. In annual and semiannual amplitude evaluation, the maximum values were taken by TRAB station as 0.0621 m per year and 0.011 m per year. It is seen that the minimum values were taken by IZMI station as 0.0321 m per year and 0.0064 m per year. In annual and semiannual phase evaluation, the maximum values were taken by ANKR station as 1.019 per year and 1.013 per year by ISTA station. It is seen that the minimum values were taken by MERS station as 0.6312 per year and IZMI station as -1.3576 per year.

VMF3 ZTD data, the differences of the International GNSS Service (IGS) precise troposphere product (Zenith Path Delay – ZTD) data using real-time, orbit and clock products taken as reference were compared statistically. As a result of this comparison, minimum, maximum, average and standard deviation values were obtained. Based on the obtained standard deviation data, the results of 35.254 m and 37.457 m were obtained for ISTA and MERS stations, where the number of days compared was close to each other, respectively. It was shown that the station where VMF3 data was most compatible with IGS data was ISTA station.