Deprem ile iyonküredeki toplam elektron içeriği arasındaki ilişkinin araştırılması
Investigation of the relation between the earthquake and the ionospheric total electron content
Yazar: SEÇİL KARATAY
Danışman: PROF. DR. MEHMET AYDOĞDU ; PROF. DR. FEZA ARIKAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Yüksek Enerji ve Plazma Fiziği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; İstatistik = Statistics
Dizin: Deprem = Earthquake ; GPS = Global Positioning System ; Güneş radyasyonu = Solar radiation ; Plazma = Plasma ; Plazma fiziği = Plasma physics ; İstatistiksel modeller = Statistical models ; İstatistiksel yöntemler = Statistical methods ; İyonküre = Ionosphere ; İyonküre plazması = Ionospheric plasma ; İşaret işleme = Signal processing

Özet:
Yer'in iyonküresi, uzay-havası incelemelerinde önemli bir etkendir ve bu nedenle iyonkürenin değişkenliğinin incelenmesi, başta iyonküre fiziği ve radyo iletişimi olmak üzere birçok alanda önemlidir. İyonküreyi karakterize eden temel parametreler, yükseklik, enlem, boylam, jeomanyetik işleklik, Güneş işlekliği ve sismik hareketlilikle değişimler gösteren elektron yoğunluğudur. İyonküreyi karakterize eden bir diğer parametre ise atmosferde bir yol boyunca hesaplanan serbest elektronların miktarına eşit olan Toplam Elektron İçeriğidir (TEİ). TEİ ölçümleri, uzay havasındaki değişimleri sergilemeye olanak sağlar. Yerküresel Konumlama Sistemi (YKS), yeryüzüne dağılmış istasyon ağlarıyla yerküresel olarak TEİ kestirimleri yapmak için çok yaygın olarak kullanılan bir sistemdir. Bu çalışmada, Japonya ve Çin'de konumlanmış sekiz YKS istasyonundan ve Türkiye'de konumlanmış on bir TUSAGA-Aktif YKS istasyonundan elde edilen TEİ verileri, Çapraz İlinti Katsayısı (ÇİK), simetrik Kullback-Leibler Mesafesi (KLD), L2-Normu (L2N), kayan pencere istatistiksel analizi ve Dağılımlar Iraksaklığı (DI) ile Dağılımlar Farkı (DF) yöntemleri kullanılarak iyonkürenin sakin günlerini, şiddetli jeomanyetik fırtınaların yaşandığı günlerini ve güçlü depremlerin yaşandığı günlerini kapsayan üç dönem için karşılaştırılmıştır. Buna göre, birbirine 340 km mesafe alanında bulunan istasyonlar için KLD ve L2N yönteminin sismik hareketliliği, jeomanyetik bozulmadan ve sakin durumlardan ayırabildiği gözlenmiştir. Her bir istasyonun üç dönem için elde edilen TEİ değerleri, ÇİK, KLD ve L2N yöntemleri kullanılarak ortalama bir sakin günde elde edilen TEİ değeriyle karşılaştırıldığında sadece KLD ve L2N yöntemlerinin deprem merkezine en fazla 150 km uzaklıkta olan istasyonlar için sismik hareketliliğin neden olduğu bozulmayı seçebildiği görülmüştür. Her bir istasyonun üç dönemi için elde edilen TEİ değerleri ardışık günler arasında karşılaştırıldığında ise, ÇİK, KLD ve L2N yöntemlerinin üçünün de iyonküredeki jeomanyetik bozulmayı çok iyi ölçebildiği gözlenmiştir. Ayrıca çalışma kapsamında kayan pencere istatistiksel analizi kullanılarak TEİ değerlerinin kestirilen değişinti sınırları her bir istasyon ve üç dönem zaman aralığı için hesaplanmıştır ve ÇİK, KLD, L2N yöntemlerinin bu analiz yöntemiyle iyonküredeki bozulmaları seçmek için kullanılabilir yöntemler olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
Earth?s ionosphere is a dominant factor in space weather and the variability of the ionosphere is important for the ionospheric physics and radio communications. The characterizing property of the ionosphere is the electron density distribution that shows variation as a function of height, latitude, longitude, geomagnetic activity, solar and seismic activity. An important measurable quantity about the electron density is the Total Electron Content (TEC) which is proportional to the total number of electrons on a line crossing the atmosphere. TEC measurements enable monitoring variations in the space weather. Global Positioning System (GPS) and the network of world-wide receivers provide a cost-effective solution in estimating TEC over a significant proportion of global land mass. In this study, TEC obtained for eight GPS stations located in Japan and China and eleven TUSAGA-Active GPS stations located in Turkey are compared with each other using the Cross Correlation Coefficient (CIK), symmetric Kullback-Leibler Distance (KLD), L2-Norm (L2N), sliding window statistical analysis and Divergence of Distributions (DI) and Difference of Distributions (DF) for quiet days of the ionosphere, during severe geomagnetic storms, and strong earthquakes. It is observed that only KLD and L2N can differentiate the seismic activity from the geomagnetic disturbance and quiet ionosphere if the stations are in a radius of 340 km. When TEC for each station is compared with an average quiet day TEC for all periods using CIK, KLD and L2N, it is observed that, again, only KLD and L2N can distinguish the approaching seismicity for stations that are within 150 km radius to the epicenter. When the TEC of consecutive days for each station and for all periods are compared, it is observed that CIK, KLD and L2N are all successful in distinguishing the geomagnetic disturbances. Using sliding window statistical analysis, moving averages of daily TEC with estimated variance bounds are also obtained for all stations and for all days of interest. When these bounds compared with each other for all periods, it is observed that all CIK, KLD and L2N are successful tools for detecting ionospheric disturbances.