Geri Dön

Sea level changes investigation in the Black Sea and the Mediterranean sea by using cryosat-2 altimetry and grace gravimetry data

Karadeniz ve Akdeniz'de cryosat-2 uydu altimetresi ve grace uydu gravimetresi verileri ile deniz seviyesi değişimlerinin incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 637783
  2. Yazar: DUYGU AKYÜREK
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. SERDAR EROL, PROF. DR. ILIAS N. TZIAVOS
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 111

Özet

Dünya'nın dörtte üçünü oluşturan denizlerin ve okyanusların su seviyesi değişimi gözlemi canlı yaşamı için son derece önemlidir. Yüzyıllardır farklı teknikler kullanılarak yapılan deniz seviyesi gözlemi ve analizleri, son yıllarda küresel ısınma etkisiyle global ve lokal anlamda daha da önem kazanmıştır. İklim değişiklikleri, atmosfer sıcaklığının artması, buzulların erimesi ve deniz seviyesinin yükselmesi küresel ısınmanın sonuçları olarak kabul edilmektedir. Ayrıca buzulların erimesi ve deniz sıcaklığı artışı (ısıl genleşme) deniz seviyesindeki yükselişin ana sebepleri arasında yer almaktadırlar. Deniz seviyesi değişimleri farklı ölçüm teknikleri ile gözlemlenebilmektedir; bunlar mareograf istasyonları verileri, GNSS verileri, oşinografik veriler, uydu altimetre ve gravimetre verileri şeklinde sıralanabilir. İlk deniz seviyesi gözleminin kaydedilmesi ve analiz edilmesi mareograf istasyonları ölçümleri sayesinde gerçekleştirilmiştir. Daha sonrasında ilerleyen yıllarda gelişen uydu teknolojileri ile birlikte, deniz seviyesi gözlemleri noktasal ve lokal ölçekten global ölçeğe taşınmıştır. Mareograf istasyonları yersel ölçüm tekniği olup yer hareketlerinden etkilenirken, altimetre ve gravimetre uyduları yer hareketlerinden bağımsız ve global anlamda yüksek mekansal çözünürlük sunmaktadır. Uydu altimetre tekniği 1992 yılından beri kullanılan ve deniz seviyesi değişiminin gözlemlenmesinde etkili olan yöntemlerden bir tanesidir. Uydu gravimetre yöntemi ise okyanuslarda ve denizlerde su kütlesi değişiminin gözlemlenmesini sağlamaktadır. Bu çalışmada Karadeniz ve Doğu Akdeniz'deki deniz seviyesi değişimi, CryoSat-2 altimetre uydu misyonu ve GRACE uydu gravimetre misyonu gözlemleri ile incelenmiştir. CryoSat-2 altimetre misyonu deniz seviyesindeki düşey değişimi ve buzullardaki değişimi radar ölçüm tekniği ile belirlemektedir. CryoSat-2 verileri RADS (Radar Altimeter Database System) veritabanından deniz seviyesi anomalisi (SLA) verileri olarak elde edilmiştir. GRACE gravimetre misyonu ise yer gravite alanındaki değişimleri belirlemektedir. Su kütlelerinin hareketi yer gravite alanı ile doğrudan ilişkilidir ve böylece okyanus kütle değişimlerinin gözlenmesi için etkili bir yöntemdir. Su kütlesi değişimi ve sterik bileşen (ısı ve tuzluluk) deniz/okyanus seviyesi değişimindeki temel etkilerdir. Bu etkilerin toplamı uydu altimetresi ile gözlemlenebilirken, iki misyonun karşılaştırılabilmesi için uydu gravimetresi kütlesel değişim gözlemlerine sterik bileşenin eklenmesi gerekmektedir. Bu nedenle, NASA Earthdata arşivinden aylık okyanus kütle değişimi grid verisi olarak elde edilen GRACE verilerine, NOAA tarafından sunulan 3 aylık toplam sterik deniz seviyesi anomalisi (TSSLA) (0-700 m) verisi eklenmiştir. Bu çalışmada Karadeniz ve Akdeniz deniz seviyeleri değişimleri, 2010 ve 2018 yılları arasında CryoSat-2 altimetre uydusu verileri ile 2010 ve 2017 tarihleri arasında GRACE uydusu gravimetre verileri kullanılarak incelenmiştir ve analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. Analiz yöntemi olarak Ampirik/Deneysel Orthogonal Fonksiyon (EOF) analiz yöntemi kullanılmıştır. EOF analizi, orijinal veri kümesinden hesaplanan özvektör ve kovaryans matrisinin özdeğerine dayanır; bu nedenle EOF analizi Başlıca Bileşenin (PC) hesaplanmasını gerektirir. Bu yöntem bir sinyalin veya veri setinin ağırlıklı PC değerleri kullanılarak ayrıştırılması ve baskın olan değişimin alansal ve zaman serisi içerisinde incelenmesini sağlar. Analiz sonucu ortaya çıkan EOF modları/modelleri çalışma alanının mekansal ağırlıklı değişimi, özdeğerler ve özvektörlerin kovaryans matrisinden hesaplanması ile ortaya koyar. EOF analiz yöntemi meteorolojide, iklim çalışmalarında ve oşinografi çalışmalarında değişimin mekansal modlarla (EOF modları) ve zaman serisi içerisinde incelemek amacıyla sıklıkla kullanılmaktadır. Kullanılan CryoSat-2 ve GRACE verisetlerinin alansal çözünürlükleri farklı olsa da, zamansal çözünürlükleri çalışma alanındaki deniz seviyesi değişimini gözlemlemek için yeterlilik sağlamaktadır. CryoSat-2 SLA verisi ile 8 yıllık gözlemler, GRACE eşdeğer su kalınlığı (LWE thickness) verisi ile de 7 yıllık gözlemler incelenmiştir. CryoSat-2 verisinin çözünürlüğü 2 arcmin olacak şekilde enterpolasyon ve grid işlemleri gerçekleştirilmiştir. GRACE veri seti ise 1×1 derece grid veri çözünürlüğüne sahiptir. Sterik deniz seviyesi verisi, GRACE verisine uygun olarak 1×1 derece olacak şekilde gridlenmiş ve eklenmiştir. İki veri seti de çalışma alanının kapsadığı Karadeniz ve Akdeniz'deki deniz seviyesi değişimini analiz etmek amacıyla düzenlenmiştir. EOF analizi zaman serisi içerisinde baskın ve bölgesel değişimleri, PC değerleri ve mod haritaları ile incelememizi sağlamaktadır. CryoSat-2 ve GRACE verisetleri mevsimsel değişimler, kısa ve uzun süreli trend değerlerini içermektedir. Bu çalışmada, zaman serisi içerisindeki uzun süreli deniz seviyesi değişimini belirlemek amaçlanmıştır. Bu nedenle, zaman serisi içerisindeki deniz seviyesi değişiminin net bir şekilde gözlemlenmesi için mevsimsel değişimler ve kısa süreli trendler giderilmiştir. Bu işlemler CryoSat-2 ve GRACE veri setleri için ayrı ayrı uygulanmıştır. Kısa süreli trendlerden ve mevsimsel değişimlerden arındırılan veriseti içerisinden 6 farklı EOF mod haritası oluşturulmuştur. Bu modlar temel olarak özvektör ve özdeğere dayalı olarak hesaplanmaktadır. İki farklı uydu misyonundan elde edilen EOF modlarındaki Karadeniz ve Akdeniz'deki deniz seviyesi değişimleri PC değerleri ile ilişkilendirerek karşılaştırması yapılmıştır. Birinci mod ilk PC değeri ile ilişkili olup her zaman veri setindeki en baskın değişim modelini alansal ve zamansal olarak göstermektedir; çünkü en yüksek özdeğere sahip özvektör değeridir. Hesaplanan özdeğerler her modda belirtilen yüzde varyansının bir ölçüsünü belirtir. Sırasıyla bu değerler son moda doğru düşmektedir. Analiz uygulanan CryoSat-2 ve GRACE orijinal veri setlerindeki Akdeniz ve Karadeniz'in deniz seviyesi değişiminin büyük bir oranda birinci moddaki mekansal değişkenliğe karşılık geldiği gözlemlenmiştir. Bu nedenle ağırlıklı olarak birinci mod karşılaştırılmıştır. Fakat, elde edilen modlardaki yüzde varyansları/özdeğerleri farklılık göstermektedir. Bu durumun, uydu altimetresi ve gravimetresinden elde edilen deniz seviyesi gözlemi ve deniz kütlesi değişimi verilerinin mekansal çözünürlüklerinin farklılığından kaynaklandığı öngörülebilir. CryoSat-2 daha yüksek alansal çözünürlüğe sahip olduğu için Akdeniz ve Karadeniz'deki deniz seviyesi değişimlerini daha ayrıntılı gözlemleme imkanı sağlamıştır. Fakat iki verisetinden de elde edilen sonuçlar en baskın olan birinci mod baz alınarak incelendiğinde benzer zamansal aralıklarda (2010-2017 ve 2010-2018) birbirine çok yakın sonuçlar göstermiştir. Sonuç olarak, çalışma alanının kapsadığı Karadeniz ve Akdeniz'in deniz seviyelerinde yükseliş ve artan trend gözlemlenmiştir. Deniz seviyesi değişimlerinin iklimsel indekslerle doğrudan ilişkili olduğu bilinmektedir. Bu nedenle deniz seviyesi değişimindeki sonuçların iklim indeksleri ile ilişkilendirilmesi, sonuçların doğruluğunun irdelenmesi ve anlamlandırılması önemlidir. Global anlamda etkili olan iklimsel indekslerden bazıları şunlardır; atmosferik basınç ve sıcaklık değişimi, deniz yüzeyi sıcaklık değişimi, okyanus sirkülasyonları (El Nino ve La Nina gibi). Karadeniz ve Akdeniz'in coğrafi özellikleri birbirinden farklılık göstermektedir; bu yüzden etki eden iklimsel indeksler de birbirinden farklılık göstermektedir. Karadeniz'in kapalı bir deniz olması ve Akdeniz'in Atlas Okyanusu'na bağlı olması deniz seviyelerine etki eden iklimsel indekslerinin farklı olmasının sebeplerinden birisidir. Ayrıca çalışma alanı Doğu Akdeniz'in bir kısmını içerdiğinden dolayı bu durum etki eden iklim indekslerinin belirlenmesini zorlaştırmıştır. Bu nedenle sadece Karadeniz ve Akdeniz üzerinde etkisi olan deniz yüzeyi sıcaklığı değişimi trendi incelenmiştir. Fundació de la Comunitat Valenciana d'Estudis Ambientals del Mediterrani (CEAM) merkezinin sunmuş olduğu 1982-2019 yılları arasındaki Akdeniz ve Karadenizi kapsayan alandaki deniz yüzeyi sıcaklığı değişim trendi incelenmiştir. Ayrıca NASA'nın sunmuş olduğu analiz programı ile GHRSST (Global Deseasoned Blended SST) verisi kullanılarak 2005 ve 2015 yılları arasında 10 yıllık bir periyod oluşturularak yine Akdeniz ve Karadeniz bölgelerinde SST incelenmiştir. Buna ek olarak, Türkiye Ulusal Deniz Seviyesi İzleme Sistemi'nin (TUDES) üç mareograf istasyonundan 15 dakikalık deniz seviyesi gözlemlerinden üretilmiş olan aylık veriler incelenmiştir. Karadeniz için Trabzon mareograf istasyonu 2005–2017 yılları arasında, Akdeniz için ise Antalya ve Bodrum mareograf istasyonları 2005–2018 yılları arasında incelenmiştir. Mareograf istasyonlarından elde edilen 12 ve 13 yıllık zaman serileri dikkate alınarak deniz seviyesi değişiminin trendi gözlemlenmiştir ve bu trendlerin CryoSat-2 ve GRACE verilerinin EOF analizi sonuçlarında ortaya çıkan trendler ile karşılaştırılması yapılmıştır. Sonuç olarak deniz seviyesi sıcaklığında ve mareograf istasyonlarından elde edilen deniz seviyesi gözlemlerinde yükselen bir trend olduğu ve bu trendin CryoSat-2 ve GRACE verilerinin analiz sonuçları ile ilişkili oldukları belirlenmiştir.

Özet (Çeviri)

In recent centuries, sea level monitoring has become more crucial globally due to global warming. Global warming causes climate changes, glaciers melting, the increment of atmosphere temperature, and sea-level rise. The developments in satellite technology enable observation of the sea and the ocean to determine the rate of water level rise and to make dispositions. Turkey is a country surrounded on three sides by the sea, the Black Sea, and the Mediterranean Sea. Therefore, sea level monitoring is important and mandatory to demonstrate seasonal and long-term variations. This study examines sea-level variations by processing Empirical Orthogonal Function (EOF) analysis with satellite altimetry and gravimetry datasets. EOF analysis is based on the computing eigenvector and eigenvalue of a covariance matrix from the original dataset; therefore, computation of EOF is required the Principal Component (PC) calculation. EOF analysis provides determination of the variation in the original dataset both as to time series and spatial patterns. The satellite altimetry sea level anomaly (SLA) track data are obtained from the CryoSat-2 satellite in Radar Altimeter Database System (RADS). GRACE satellite gravimetry monthly ocean mass grids are provided by NASA Earth data archive. The steric component of 3-month Total Steric Sea Level Anomaly (TSSLA, 0-700 m) which is provided by National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), is added to GRACE dataset to compare the results of EOF analysis from both CryoSat-2 and GRACE. The steric (heat and salt) and water mass are main components that cause sea level changes; besides, the SLA dataset from CryoSat-2 contains both effects, but the GRACE dataset just contains a variety of water mass distribution. The temporal coverages of the CryoSat-2 dataset are between 2010 to 2018 (96 months) and the GRACE dataset is from 2010 to 2017 (84 months). EOF analysis principle is determining the PCs of the dataset then producing change maps concerning dominant patterns. Thus, results from EOF analysis facilitate understanding of variations spatially and in time series and comparing the sea-level change and their trends in CryoSat-2 and GRACE. EOF results demonstrate the increasing trend both in the Black Sea and the Mediterranean Sea. Therefore, Sea Surface Temperature (SST) values and sea level values from three tide gauge stations (Trabzon, Bodrum, and Antalya) are investigated in time series to interpret whether trends of EOF results and these datasets are significant and related. Trends of sea level from tide gauge stations of Trabzon (2005-2017) for the Black Sea, Bodrum (2005-2018) and Antalya (2005-2018) for the Mediterranean Sea are investigated. Besides, SST trends are examined by using SST trend analysis in the Mediterranean Basin between 1982 and 2019 produced by Fundació de la Comunitat Valenciana Centre d'Estudis Ambientals del Mediterrani (CEAM) and Global Deseasoned Blended SST (GHRSST) Level 4 data analysis from 2005 to 2015 by using NASA Sea Level Portal Data Analysis Tool 2.0. Consequently, sea level trends from EOF analysis (CryoSat-2 and GRACE), SST, and tide gauges are in compliance with each other in time series.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    243967

    İstanbul Boğazı'nın Karadeniz çıkışının incelenemsi

    Investigation of the Black Sea outlet of Istanbul Strait

    SEDA OKAY

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Deniz BilimleriDokuz Eylül Üniversitesi

    Deniz Jeolojisi ve Jeofiziği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜNAY ÇİFÇİ

  2. Tez No

    879063

    Türkiye üzerinde rüzgar şiddetinin ekstrem değer analizi ve sinoptik paternlerle ilişkisi

    Analyzing extreme winds over Turkey and their relationships with synoptic patterns using cluster analysis

    UMUT GÜL BAŞAR GÖRGÜN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Meteorolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞÜKRAN SİBEL MENTEŞ

  3. Tez No

    547033

    A comprehensive assessment on various impacts of climate change in Western Black Sea and Euphrates-Tigris basins, Turkey

    Türkiye'nin Batı Karadeniz ve Dicle-Fırat havzalarında iklim değişikliğinin muhtelif tesirlerinin geniş kapsamlı değerlendirilmesi

    MUSTAFA NURI BALOV

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDÜSSELAM ALTUNKAYNAK

  4. Tez No

    791002

    Türkiye kıyılarında deniz seviyesi değişiminin GNSS interferometrik reflektometri tekniği ile araştırılması

    Investigation of sea level change in turkish coasts using GNSS interferometric reflectometry technique

    CANSU BEŞEL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Jeodezi ve FotogrametriKaradeniz Teknik Üniversitesi

    Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EMİNE TANIR KAYIKÇI

  5. Tez No

    793275

    İklim değişikliği etkisinde kıyı çizgisi gelişiminin incelenmesi:Karasu kıyı alanı örneği

    Investigation of the impact of climate change on shorelineevolution: Case study of Karasu coastal region

    ABDÜLKERİM AÇIKKOL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HAVVA ANIL GÜNER

Geri Dön