Investigation of added utility of nonlinear techniques in rescaling soil moisture datasets
Linear olmayan metodların toprak nemi verisetlerinin ölçeklendirmene yaptıpı katkının araştırılması
- Tez No: 529511
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA TUĞRUL YILMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Toprak nemi; hava tahmini, hidrolojik modellemede, iklim değişikliği çalışmalarında ve su kaynakları yönetiminde kilit bir rol oynar. Bu temel değişkeni elde etmenin birçok yolu vardır (örneğin, uzaktan algılama, modelleme, istasyon temelli gözlem yöntemleri). Bu ürünlerin zaman serileri genellikle veri birleştirme yaklaşımlarının (örneğin, veri özümseme ve veri birleştirme) uygulanmasından önce yeniden ölçeklendirme yoluyla çıkarılması gereken sistematik farklılıkları içerir. Bu çalışmada, homojen bir toprak nemi zaman serisi oluşturma işleminde doğrusal olmayan yeniden ölçeklendirme yöntemlerinin doğrusal yöntemlere göre ilave faydası araştırılmıştır. Doğrusal ve doğrusal olmayan toplam 18 adet yeniden ölçeklendirme yönteminin performansı, iki farklı durum çalışmasında değerlendirilmiştir: 1) AMSR-E LPRM toprak nemi veri setini istasyon bazlı su havzası ortalama toprak nemini (WASM) referans alarak yeniden ölçeklendirme ve 2) dört farklı toprak nemi ürününün eşit ağırlıklı ve çoklu yeniden ölçeklendirme yaklaşımlarıyla birleştirilmesi (ASCAT, AMSR-E LPRM, API ve NOAH). Deneyler çeşitli ölçeklendirme yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir ve sonuçta elde edilen birleştirilmiş veri setleri birçok uydu toprak nemi miyonunun doğrulaması çalışmalarında yaygınlıkla kullanılan Amerika Birleşik Devletleri Tarım Bakanlığı (USDA) Tarımsal Araştırma Servisi'nin (ARS) dört havzasında elde edilen veri setleri kullanılarak doğrulanmıştır. Toplam 18 farklı yöntem ile yeniden ölçeklendirilmiş ürünün korelasyon ve hata istatistikleri doğrusal olmayan yöntemlerin doğrusal yöntemlere kıyasla daha iyi sonuçlar verdiğini göstermektedir. Genel olarak, kalibrasyon verilerini kullanarak en iyi sonuçları veren yöntem (ELMAN ANN), doğrulama korelasyonlarını ortalama 0.052 artırırken, JORDAN ANN ve MARS, sırasıyla 0.038 ve 0.01 korelasyon artışı sağlamıştır. Öte yandan, pürüzsüz-sapma ayrıştırma yeniden ölçeklendirme tekniği ile elde edilen ürünlerin birleştirilmesi, yaygın olarak uygulanan diğer basit doğrusal yeniden ölçeklendirme yaklaşımlarına kıyasla, ortalama olarak 0.03 bir korelasyon gelişimi göstermektedir. Genel sonuçlar, toprak nemi veri setleri arasındaki benzerliklerin büyük çoğunluğunun doğrusal ilişkilerden kaynaklandığını ve bununla birlikte doğrusal olmayan ilişkilerin varlığı da açıkça görülmektedir. Doğrusal olmayan yeniden ölçeklendirme yöntemlerinin kullanılması veya doğrusal yöntemlerin uygun bir yeniden ölçeklendirme yaklaşımı ile kullanılması, yeniden ölçeklendirilen ürünün doğruluğunu açık bir şekilde arttırmaktadır. Öte yandan verilerin yeniden ölçeklendirilmesi esnasında seçilen referans veri setinin daha doğru veri setlerinin arasından seçimi birleştirilen ürünün doğruluğunu önemli bir şekilde arttırmaktadır.
Özet (Çeviri)
Soil moisture plays a key role in weather forecasting, hydrologic modeling, climate change studies and water resource management. There are multiple ways to estimate this essential variable (i.e., remote sensing, modeling, station-based observations) and clear benefits associated with merging independent estimates. However, the time series of these products generally contain systematic differences that must be removed through rescaling before the application of data merging approaches (e.g., data assimilation and data fusion). In this study, the added utility of nonlinear rescaling methods relative to linear methods in the framework of creating a homogenous soil moisture time series has been explored. The performances of 18 linear and nonlinear rescaling methods are evaluated in two different case studies of: 1) rescaling the AMSR-E LPRM soil moisture dataset to station-based watershed average soil moisture (WASM), and 2) fusing of four different soil moisture products (ASCAT, AMSR-E LPRM, API, and NOAH) via a naive data fusion scheme and multiple rescaling approaches. Accordingly, experiments are performed using various rescaling methods, where the rescaled and fused datastes are validated using observations obtained over four United States Department of Agriculture (USDA) Agricultural Research Service (ARS) watersheds, which are frequently used in the validation efforts of the soil moisture satellite missions. The results of a total of 18 different methods show that the nonlinear methods improve the correlation and error statistics of the rescaled product compared to the linear methods. In general, the method that yielded the best results using training data (ELMAN ANN) improved the validation correlations, on average, by 0.052, whereas JORDAN ANN and MARS, yielded correlation improvements of 0.038 and 0.01, respectively. On the other hand, results related to the validation of fusion of products obtained via a smooth-deviance decomposition rescaling technique, show, on average, a correlation improvement of 0.03, compared to the other widely implemented simple linear rescaling approaches. The overall results show that a large majority of the similarities between soil moisture datasets are due to linear relations; however, nonlinear relations clearly exist, and the use of nonlinear rescaling methods or implementation of linear methods with a proper rescaling approach clearly improves the accuracy of the rescaled product. Additionally, the selection of the reference dataset from higher quality datasets in the rescaling steps results in considerably increased fused product accuracy.
Benzer Tezler
- Ponza katkılı tuğla üretimi ve bu tuğlaların mekanik ve boşluk özelliklerinin incelenmesi
The Production of bricks with pumice additive and the investigation of the mechanical and pore properties of these bricks
AYŞE GÜL GÜZEL
- Uzaktan algılama verileriyle orman yangını analizi
Forest fire analysis with remote sensing data
COŞKUN ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiJeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ SUNAR
- Anahtarlamalı güç kaynaklarında oluşan harmoniklerin elektromanyetik uyumluluk üzerine etkileri ve filtre tasarım yaklaşımları
Effects of noise caused by harmonics generated in switched mode power supply on EMI/EMC and filtering studies
YUNUS FURKAN DİLMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞUAYB ÇAĞRI YENER
- Investigation of the effect of folate receptor-targeted and 3-aba-loaded polymeric micelles and their in vitro evaluations
Folat reseptörü hedefli ve 3-aba yüklü polimerik misellerin etkisinin araştirilmasi ve bunlarin in vitro değerlendirilmesi
İPEK DUYGU TÜRKDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
BiyomühendislikAcıbadem Mehmet Ali Aydınlar ÜniversitesiBiyomalzemeler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜL GÖK ÖZATAY
- Keçiboynuzu gamı kullanılarak az yağlı yoğurt ve zeytin yaprağı ekstraktı kullanılarak fonsiyonel meyveli yoğurt üretimlerinin araştırılması
Investigation of productions of low fat yoghurt by using locust bean gum and functional fruit yoghurt by using olive leaf extract
HANDE PEKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Gıda MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SEHER ARSLAN