Zamana bağlı uydu gravite çözümlerinden elde edilen kütle değişimi sinyallerinin analizi
Signal analysis of mass variations from temporal gravity satellite solutions
Yazar: ÖZGE GÜNEŞ
Danışman: PROF. DR. CÜNEYT AYDIN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
Yeryuvarı gravite alanının zamansal değişiminin alçak yörüngeli yakın yer uyduları ile izlenmesi yaklaşık 20 yıllık bir geçmişe dayanmaktadır. Bu uydulardan biri olan GRACE uydu sistemi de, 2002-2016 yılları arasında aylık periyotlarla yayımlanan veri seti sayesinde yeraltı su kaynaklarındaki kütle değişiminin izlenmesi, buzul kütlesindeki değişimin trendlerin belirlenmesi gibi özellikle hidrolojik değişimlere karşı duyarlı çalışmalarda önemli bilgi sağlamıştır. Bu çalışmada, GRACE veri türlerinden olan GSFC Mascon (2003-2016) ve DDK (2002-2016) filtreli aylık periyotlu eşdeğer su kalınlığı çözümleri kullanılmıştır. GSFC Mascon çözümleri, CCAR veri merkezinden global anlamda havza bazında, bölgesel anlamda ise bireysel Mascon hücreleri olarak elde edilmiştir. DDK filtreli çözümler ise, ICGEM veri merkezinden sağlanmıştır.
Global ve bölgesel ölçekteki hidrolojik değişimler harmonik regresyon modeli altında incelenmiştir. Trend, yıllık ve yarıyıllık periyodik sinyalden oluşan bu model, çalışmada standart fonksiyonel model olarak ele alınmıştır. Ayrıca yoğun olarak buz kütlesi içeren kutup bölgelerinde (Grönland ve Antarktika'da bulunan havzalarda) doğrusal trend modeli, ivme parametresi ile genişletilerek, farklı fonksiyonel yaklaşımların EWT analizinde trend değerlerini, standart sapma bilgilerini ve diğer parametrelerin anlamlılığını nasıl etkilediği incelenmiştir.
Bununla birlikte, zaman serisinin stokastik kısmına ilişkin farklı modeller de kullanılmıştır. Çünkü, EWT zaman serisinde zamansal korelasyonların olduğu yani veri setinde beyaz gürültü dışında renkli gürültü türlerinin de var olduğu düşünülmektedir. Bu çerçevede, veri seti PSD-frekans grafikleri ile spektral anlamda da analiz edilmiştir. Zaman serisinde kırpışma gürültüsü de olduğuna karar verilmiş ve gürültü kombinasyonuna (beyaz + kırpışma gürültüleri) ilişkin genlikler varyans bileşenlerinin kestirimi yöntemi ile elde edilmiştir. Böylece, veri setinin uygun biçimde ağırlandırılması sağlanmıştır. Bunun sonucunda, zaman serisindeki EWT değerleri, 1) eşit ağırlıklı ve korelasyonsuz, 2) farklı ağırlıklı ve korelasyonlu olmak üzere, iki farklı stokastik yaklaşım altında ele alınmıştır. Renkli gürültünün global ve bölgesel EWT analizindeki etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, EWT zaman serilerindeki zamansal korelasyonların yıllık trend kestirimlerini anlamlı biçimde etkilediği görülmüştür.

Abstract:
The monitoring of the temporal variation of the Earth's gravity field with low earth orbit satellites has a history of 20 years. The GRACE satellite system, which is one of these satellites, has provided important information especially in the studies which are sensitive to hydrological changes such as monitoring the mass change in ground water resources, determining of trends in glacial mass, thanks to the data set which is published in monthly periods between 2002-2016. In this study, GSFC Mascon (2003-2016) and DDK (2002-2016) filtered monthly equivalent water thickness solutions were used. GSFC Mascon solutions were obtained from the CCAR data center on a global basin basis and as individual Mascons in regional terms. DDK filtered solutions are provided from ICGEM data center.
The trends of the hydrological changes in global and regional scale were studied under the harmonic regression model. This model, which has trend, annual and semi-annual periodic signal effects, was considered as the standard functional model in this study. In addition, in the polar regions (Greenland and Antarctica basins) the linear trend model expanded by the acceleration parameter and examined how different functional approaches affect the trend values, standart deviations and the significance of other parameters in EWT analysis.Furthermore, different models of the stochastic part of the time series were also used. Because, there are temporal correlations in the EWT time series, that is, there are also colored noise types besides white noise in the data set. In this context, the data set was also analyzed in spectral manner with PSD-frequency graphics. In the time series, it was decided that there was flicker noise and then the amplitudes of the noise combination (white + flicker noise) were obtained by the estimation of variance components. Thus, the data set was weighted properly. As a result, the EWT values in a time-series were studied under two different stochastic approaches: the EWT values are 1) equally weighted and non-correlated, and 2) different weighted and correlated. The effects of color noise on global and regional EWT analysis were examined. According to the results, it was seen that the temporal correlations in the EWT time series significantly affected the annual trend estimations.