Türkiye'nin batı ve güney kıyılarındaki düşey yerkabuğu hareketlerinin uydu altimetresi, mareograf, GNSS ve InSAR ölçmeleriyle belirlenmesi
Determination of vertical land motion in south-west coasts of turkey using satellite altimetry, tide gauge, GNSS and InSAR observations
Yazar: MUHARREM HİLMİ ERKOÇ
Danışman: PROF. DR. UĞUR DOĞAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry
Dizin: Deniz seviyesi = Sea level ; Sentetik açıklık radarı = Synthetic aperture radar ; Uydu sistemleri = Satellite systems ; Yer kabuğu = Earth crust

Özet:
Bu tez çalışmasında, Türkiye'nin batı ve güney kıyılarında yer alan mareograf istasyonlarındaki düşey yer kabuğu hareketlerinin multi-misyonel uydu altimetresi ve mareograf verileriyle belirlenmesi ve elde edilen sonuçların GNSS/InSAR ölçme yöntemleri ile karşılaştırılması amaçlanmıştır. Bu amaç kapsamında öncelikle, 1998-2018 yılları arasında Türkiye Ulusal Deniz Seviyesi İzleme Sistemi (TUDES) kapsamında işletilen 8 mareograf istasyonuna ilişkin bağıl ve mutlak deniz seviyesi verileri kullanılarak deniz seviyesi üzerindeki önemli etkileri bulunan gelgit parametreleri belirlenmiş ve bölgesel gelgit modeli oluşturulmuştur. Elde edilen model sonuçları, DTU10 (Denmark Technical University Tidal Model-10) ve FES2014b (Finite Element Solution-2014) küresel gelgit modelleri ve CTOH (Centre of Topography of the Oceans and the Hydrosphere) tarafından yayınlanan bölgesel parametreleri (X-TRACK) ile karşılaştırılmıştır. Ana gelgit bileşenleri (yarı günlük: M2, S2 ve günlük: K1, O1) ile küresel ve bölgesel model çözümleri arasındaki farklar maksimum 1.3 cm'den daha küçük olarak belirlenmiştir. Ayrıca, mareograf istasyonlarından ve uydu altimetresinden Türkiye'nin güneybatı kıyısı için bölgesel bir gelgit modeli oluşturulmuş ve iki yöntem arasındaki fark yaklaşık 0.8 cm olarak elde edilmiştir. Deniz seviyesi üzerindeki gelgit etkisi giderildikten sonra mareograf istasyonlarından düşey yer kabuğu hareketin etkisini içeren bağıl deniz seviyesi trendleri ve aynı zamansal dönemi kapsayan multi-misyonel uydu altimetresi verilerinden düşey yer kabuğu hareketinden bağımsız olan mutlak deniz seviyesi trendleri belirlenmiştir. Mareograf istasyonlarında düşey yer kabuğu hareketini kestirmek için her bir zaman serisinden harmonik analizle mevsimsel sinyaller çıkarıldıktan sonra altimetre ve mareograf verilerinden elde edilen deniz seviyesi arasındaki düşey yer kabuğu hareketi (Vertical Land Motion, VLMSA-TG) hesaplanmıştır. Burada uydu altimetresi verilerinin kontrolü için CTOH tarafından yayınlanan deniz seviyesi anomalileri (X-TRACK) ve CMEM (Copernicus Marine Environment Monitoring Service) veri arşivinden elde edilen aylık deniz seviyesi anomalilerinden yararlanılmıştır. Düşey yer kabuğu hareketinin kontrolü geleneksel olarak GNSS (Küresel Navigasyon Uydu Sistemi) ölçmeleri ile yapıldığından GNSS verilerinin değerlendirilmesinde farklı değerlendirme stratejileri kullanılarak en ideal düşey hız değerlerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Bu bağlamda, GNSS istasyonları için düşey hız değerlerinin datum olarak seçilecek referans istasyon seçimine bağlı olarak nasıl değiştiğini araştırmak için farklı değerlendirme stratejileri göz önüne alınmıştır. Bu çalışma için, 26 sürekli GNSS istasyonundan oluşan bir jeodezik ağ tasarlanmıştır. Uygulanan stratejiler, tektonik hareketlerden en az etkilendiği düşünülen Avrasya levhasında bulunan 10 sürekli GNSS istasyonunun on farklı kombinasyonundan oluşturulmuştur. Elde edilen analiz sonuçlara göre, belirlenen düşey hızların IGS tarafından yayınlanan düşey hızlar ile oldukça uyumlu olduğu ve aralarındaki fark maksimum 0.4 mm/yıl olarak belirlenmiştir.  Uydu altimetresi ve mareograf istasyonlarından elde edilen düşey yer kabuğu hareketi ile GNSS verilerinden elde edilen düşey yer kabuğu hareketi (VLMGNSS) arasındaki farkların istatistiksel olarak anlamsız olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, alansal düşey yer kabuğu hareketlerini belirlemek amacıyla Avrupa Uzay Ajansı'nın (ESA) 2014 -2018 dönemi için Sentinel-1 verileri kullanılarak düşey zaman serileri oluşturulmuş ve VLMInSAR değerleri de belirlenmiştir. Tüm ölçme yöntemleri göz önüne alınarak elde edilen sonuçlara göre, Türkiye'nin güney ve batı kıyılarında bulunan mareograf istasyonlarında genel olarak yükselme yönünde düşey yer kabuğu hareketleri belirlenmiştir. Türkiye'nin güney kıyılarda, maksimum 1.2 ± 1.2 mm/yr iken minimum 0.3 ± 1.0 mm/yr düşey hızlar hesaplanırken, batı kıyılarda ise maksimum 3.0 ± 1.1 mm/yr , minimum 0.7 ± 0.9 mm/yr düşey hızlar elde edilmiştir.

Abstract:
This thesis aims to determine the vertical land motions at the tide gauge stations on the western and southern coasts of Turkey with multi-mission satellite altimetry and tide gauge data and compare the results with GNSS/InSAR measurement methods. For this purpose, using the relative and absolute sea level data of 8 tide gauge stations between 1998 and 2018, operated by the Turkish National Sea Level Monitoring System (TUDES) tide parameters with significant effects on sea level were determined and a regional tide model was created. The model results obtained are based on the global tide models of DTU10 (Denmark Technical University Tidal Model-10) and FES2014b (Finite Element Solution-2014) and regional parameters (X-TRACK) published by CTOH (Centre of Topography of the Oceans and the Hydrosphere) have been compared. Differences between the main tidal components (semi-diurnal: M2, S2 and diurnal: K1, O1) and global and regional model solutions were determined to be smaller than a maximum of 1.3 cm. In addition, a regional tide model for Turkey's south and west coast was created from tide gauge stations and satellite altimetry, and the difference between the two methods was obtained as approximately 0.8 cm. After removing the tidal effect on sea level, relative sea level trends, including the effect of vertical land motion from tide gauges and absolute sea level trends independent of vertical land motion, were determined from multi-mission satellite altimetry data covering the same temporal period. In order to estimate the vertical land motion at the tide gauge stations, after seasonal signals were extracted from each time series by harmonic analysis, the vertical crustal motion (VLMSA-TG) between the sea level obtained from the altimeter and tide gauge data was calculated. More, monthly sea level anomalies obtained from the sea level anomalies published by the CTOH data archive (X-TRACK) and CMEM (Copernicus Marine Environment Monitoring Service) were used to control satellite altimetry data. Since the control of the vertical land motion is traditionally determined with GNSS (Global Navigation Satellite System) measurements, it aims to determine the ideal vertical velocity values  using different processing strategies to evaluate GNSS data. In this context, different processing strategies are considered to investigate how the vertical velocity values for GNSS stations change depending on the reference station to be selected as datum. For this study, a geodetic network consisting of 26 continuous GNSS stations was designed. The strategies were composed of ten combinations of 10 continuous GNSS stations located on the Eurasian plate, which are thought to be the least affected by tectonic movements. According to the analysis results, the determined vertical velocities were compatible with the vertical velocities published by IGS. Their difference was determined to be a maximum of 0.4 mm/year. It was determined that the differences between the vertical land motion obtained from satellite altimeter and tide gauge stations and the vertical land motion (VLMGNSS) obtained from GNSS data were statistically insignificant. In addition, to determine the areal vertical land motions, vertical time series were created using the European Space Agency's (ESA) Sentinel-1 data for 2014-2018, and VLMInSAR values were determined. According to the results obtained by considering all measurement methods, vertical land motions in the direction of uplift were determined at the tide gauge stations located on Turkey's south and west coasts. While maximum 1.2 ± 1.2 mm/yr vertical velocities were calculated on the southern coasts of Turkey, minimum 0.3 ± 1.0 mm/yr vertical velocities were calculated. In contrast, maximum 3.0 ± 1.1 mm/yr and minimum 0.7 ± 0.9 mm/yr vertical velocities were obtained on the western coasts.