Yeryuvarı gravite alanının aylık GRACE çözümleri ile izlenmesi ve duyarlılığı üzerine bir inceleme

Abstract

GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) uydu sistemi, 2002 yılından günümüze yeryuvarı gravite alanı zamansal değişimine ilişkin önemli bilgi sağlamaktadır. İki adet alçak yörüngeli yapay uydudan oluşan bu sistemden elde edilen gravite alanı bilgisi, aylık olarak harmonik katsayılar biçiminde kullanıcılara sunulmaktadır. Bu çalışmada, 2003 Ocak?2010 Eylül aralığını kapsayan 92 aya ilişkin harmonik katsayı çözümleri kullanılarak, jeopotansiyel değişimler (eşdeğer su kalınlığı, jeoit yüksekliği ve gravite değişimi) ve GRACE'in bunları belirlemedeki duyarlılığı incelenmektedir. Jeopotansiyel değişimler, 1) ağırlıklı aritmetik ortalama biçiminde oluşturulan yıllık GRACE modellerinin basit farkından ve 2) tüm aylık çözümlerden elde edilen zaman serileri üzerinden ayrı ayrı incelenmektedir. İlk yöntem genellikle özel uygulamalar (örneğin, bazı tektonik olayların bölgesel ölçekte incelenmesi) için kullanılırken, ikinci yöntem uygulamada daha çok tercih edilir ve uygun hız modelleri yardımıyla yıllık değişim miktarları kestirilir. Çalışmada, her iki yönteme göre global ve bölgesel ölçekte değişimler ve bunların standart sapmaları irdelenmektedir. Yanı sıra, farklı yumuşatma yarıçaplı (boyutlu) Gauss filtresi ve burada C-P7M8 olarak adlandırılan korelasyon etkilerini giderme yönteminin uygulandığı çözümler ile DDK veri türüne ilişkin çözümler gerçekleştirilerek, elde edilen değişimler ve standart sapmaları karşılaştırılmaktadır. İncelenen jeopotansiyel değişim filtre türünden etkilenmektedir. Standart sapmalar da noktanın konumuna ve filtrenin boyutuna bağlı olarak değişmektedir. Yanı sıra, ilk yönteme göre elde edilen standart sapmalar harmonik katsayıların standart sapmalarına bağlı iken ikinci yöntemde nokta jeopotansiyel değişimlerine uydurulan ve doğru olduğu kabul edilen bir hız modelinden kestirilen yıllık değişim miktarı standart sapması harmonik katsayılarınkinden bağımsızdır. Böylece farklı çözümlerin karşılaştırılmasıyla GRACE'in ilgili değişimleri belirlemedeki duyarlılığı bu standart sapmalar üzerinden irdelenmiştir. Gerçekleştirilen sayısal uygulama sonuçlarına göre, %80'den daha yüksek bir test gücü olasılığı ile GRACE çözümleri ile ortaya çıkarılabilecek değişim miktarları en kötü durumlar için yaklaşık şöyledir: i) Global ölçekte, 2,1 cm/yıl EWT hızı, 0,05 cm/yıl jeoit yüksekliği değişim miktarı ve 0,84 ? Gal/yıl gravite değişim miktarı, ii) Türkiye'yi kapsayan bölgesel ölçekteki çalışma alanından ([30o ??? 45o,20o ??? 50o]) da, 0,7 cm/yıl EWT hızı, 0,024 cm/yıl jeoit yüksekliği değişim miktarı ve 0,30 ? Gal/yıl gravite değişim miktarı. Bununla birlikte, GRACE çözümlerinden elde edilen jeopotansiyel değişimlerin birçok etmene bağlı olduğu söylenebilir. Örneğin, veri değerlendirme merkezinin değerlendirme stratejisine, katsayılara uygulanan filtre yöntemlerine, çözümde ele alınan referans modeline/GRACE modeline, analizde kullanılan veri genişliğine ve öngörülen hız modeline bağlı olarak değişimlerin genliğinde ve dağılımında ve de standart sapmalarında farklılık ortaya çıkması doğal bir sonuçtur. Bu amaçla, çalışmanın son bölümünde, elde edilen yıllık değişim miktarlarının kalitesini ifade etmek için güven aralıklarının kestirimi ve bunların konumsal alanda gösterimi irdelenmiştir. Çalışma bölgesinde ele alınan noktaların 92 aya ilişkin değişimlerden kestirilen yıllık değişim miktarları ve bunların standart sapmaları ile her bir noktaya ait %95 güven olasılıklı güven aralığı sınırları ayrı ayrı konumsal alanda gösterilerek, elde edilen çözümün doğruluğu ölçülmek istenmiştir. Uygulamadan çıkan sonuçlara göre, giderilemeyen bazı sistematik hataların güven aralığının alt sınırında azaldığı, üst sınırında ise arttığı gözlenmiştir. Buna göre, değişimlerde gözlenen bazı sistematik hataların rasgele özellikli olabileceği bu basit kestirimden çıkarılmıştır. Yanı sıra, bazı çözümlerde anomali olarak gözlenen değişimlerin aslında rasgele hataların sonucu olduğu, farklı filtre boyutlarına ilişkin güven aralığı haritalarının karşılaştırılmasından açıkça görülmüştür. Böylece, elde edilen çözümlerin doğruluğunun gösterilmesinde güven aralığı kestirimlerinin yapılması gerektiği önerilmektedir.