GPS Ölçüleriyle Farklı Modeller Kullanarak Yoğuşabilir Su Buharı Miktarının Hesaplanması

Transkript

1 MMOB Harita ve Kadatro Mühendileri Odaı, 14. ürkiye Harita Biliel ve eknik Kurultayı, Mayı 013, Ankara. GPS Ölçüleriyle Farklı Modeller Kullanarak Yoğuşabilir Su Buharı Miktarının Heaplanaı İlke Deniz 1,*, Çetin Mekik 1 1 Bülent Ecevit Üniveritei, Mühendilik Fakültei, Jeodezi ve Fotograetri Mühendiliği Bölüü, 67100, Zonguldak. Özet USAGA-Aktif gibi ürekli ölçü yapan Global Navigayon Uydu Siteleri (GNSS) ağları, jeodezi, jeofizik, inşaat v.b. alanlarda yükek doğruluklu konu bilgilerinin doğru ve güvenilir olarak üretiini aaçlaaktadır. Bu tür ağlardan konual bilgilerin yanı ıra tropoferik zenit gecikeleri de yükek doğruluklarla ketirilektedir. Radyoondadan elde edilen doğruluklarda tropoferik zenit gecikelerinden yoğuşabilir u buharının elde edilebilir olaı, ürekli GNSS ağlarına yeni bir kullanı alanı daha ekleiştir. Sürekli GNSS ağları eteorolojik ölçe enörleriyle donatılarak az bir aliyetle GPS/GNSS Meteorolojii ağlarına dönüştürülektedir. Böylece, lokal, bölgeel ve global olarak yoğuşabilir u buharı iktarı kıa aralıklarla, doğru ve ucuza izlenebilektedir. Bu çalışada, GPS verilerinden yoğuşabilir u buharının elde edileinde kullanılan fizikel, ateatikel ve uygulaa odelleri verilerek Bevi ve Eardon tarafından geliştirilen uygulaa odellerine göre ISA IGS itayonundaki veriler değerlendirilerek karşılaştırılaktadır. Su buharı iktarının ketirii için eteorolojik gözlelerin kullanılaı gerekektedir. Bu nedenle, bu çalışa kapaında ürekli eteorolojik gözle yapılan İtanbul, Ankara, Güney Kıbrı, Ukrayna IGS itayonları eçiliştir. Bu itayonların 011 yılına ait he GPS he de eteorolojik verilerin ortak olduğu kış, ilkbahar ve onbahar döneleri BERNESE 5.0 yazılıı ile değerlendiriliştir. Buradan; ISA itayonuna ait elde edilen topla tropoferik gecike değerlerinden; ağırlıklı ortalaa ıcaklık odelinin ABD için geliştirilen katayıları ve Avrupa için geliştirilen Q faktörü katayıları kullanılarak yoğuşabilir u buharı iktarları elde ediliştir ve karşılaştırılıştır. Anahtar kelieler: CORS-R, GPS eteorolojii, yoğuşabilir u buharı iktarı 1. Giriş Su buharı, teel bir ikli değişkeni olup atoferde birçok kiyaal ürece neden olur ve etkiler. Su buharı aynı zaanda büyük bir era gazı olakla birlikte ozon tabakaının ayrışaında teel eten olarak göze çarpaktadır. Su buharı atoferdeki enerji ortaının taşınaında ve küreel enerji dengeinde öneli bir bileşen olarak da görev yapaktadır. Bu anlada, atoferdeki u buharını küreel ıcaklıklar üzerindeki terotat olarak düşünek ükündür. Mekanal ve zaanal olarak hızlı değişi göterei nedeniyle atoferik u buharı dağılıını çözek, daha doğru ifadeyle atoferin nereinde, ne zaan ve ne iktarda u buharı olduğunu belirleek güçtür. Bundan dolayı, atoferik u buharını izlee olanaklarının geliştirileiyle yoğuşanın (precipitation) daha önceden tahin edilei ve küreel ikliin daha iyi anlaşılaı kolaylaşacaktır.. Yoğuşabilir Su Buharı ropoferde bir uydudan alıcıya ulaşan taşıyıcı ikrodalganın hızları ve yörünge eğrilikleri değişikliklere uğrar. aşıyıcı ikrodalgaların geoetrik yolu ile gerçek yolu araındaki fark, tropoferik gecike olarak tanılanır. ropoferik gecike; = = [n() 1]d (1) olur. Burada; n, kırıla indii, d, yol eleanıdır. opla tropoferik yol gecikeinden ılak gecike şu şekilde türetilir: () ılak kuru Burada; Saataoinen odelinden, kuru bileşen * Sorulu Yazar: el: +90 (37) Fak: +90 (37) E-pota: ideniz@beun.edu.tr (Deniz İ.), cekik@hotail.co (Mekik Ç.) kuru ve ılak bileşen ılak ; kuru p e B tan z R co z (3) ılak e co z (4)

2 GPS Ölçüleriyle Farklı Modeller Kullanarak Yoğuşabilir Su Buharı Miktarının Heaplanaı bağıntıları ile heaplanır. Burada; p, baınç [b]; e, u buharı baıncı [b]; z, zenit (başucu) açııdır. Zenit açıı ıfıra yaklaştığında, R değeri de ıfıra yaklaşır. ropoferik gecikenin en öneli paraetrelerinden biri u buharıdır. Hogg vd. (1981), u buharı bilinei duruunda, tropoferik zenit gecikeinin heaplanabileceğini göteriştir. Akne ve Nodiu (1987), zenit gecikei iktarı elde edildiğinde, ikrodalgaların kırıla indii bağıntıından ılak zenit gecikeinden u buharının heaplanabileceğini ortaya koyuştur. Yoğuşabilir u buharı ile Eşitlik: ye göre bulunan ılak zenit gecikei araında, ılak 1 PW kg (5) k k R w (6) bağıntıları verilektedir (roller vd. 004; Eardon vd. 000; Bevi vd. 199; Akne vd. 1987; Hogg vd. 1981). Burada; 1 1 R w, u buharı için özgün gaz abitidir ve Rw JK kg alınır. Bevi vd. (199); Eşitlik:6 daki teel paraetre olan ağırlıklı ortalaa ıcaklığını ( ) yüzey ıcaklığına bağlı olarak veren uygulaa odelini, ABD deki yaklaşık radyoonda profilini analiz ederek geliştiriştir. Profillerin değerlendirileinden; (7) bulunuştur. Burada;, itayondaki yüzey ıcaklığıdır. Bu bağıntının doğruluğu % olarak verilektedir. Ağırlıklı ortalaa ıcaklık ie; e d e d (8) olarak tanılanaktadır. Ayrıca Bevi vd. (199); GPS'ten yoğuşabilir u buharını belirlee çalışalarını "GPS Meteorolojii" olarak adlandırıştır. Eardon vd. (000) de 38 Avrupa şehrini içeren 'den fazla radyoonda profilinin analizini gerçekleştirerek zenit gecikei ile u buharı araındaki dönüşü faktörünü (Q) geliştiriştir. Ortalaa ıcaklık ile dönüşü faktörü araında; Q (9) bağıntıı verilektedir. Eardon vd. (000) deki çalışada, Q değeri; fizikel odel, Q fizikel a 0 a a 1 (10) polino odel, Q a a a (11) polino 0 1 yıllık odel, td td Qyıllık a0 a1 a in a3 co (1)

3 İlke Deniz, Çetin Mekik hibrit odel, td td Qhibrit a0 a1 a a3 a in a (13) olarak araştırılıştır. Bulunan katayılar ablo 1 de görülektedir. Katayı ablo 1: Q Modelleri katayıları (Eardon vd. 000) Model Fizikel Polino Yıllık Hibrit Değer σ Değer σ Değer σ Değer σ a x10 1 1x x x x10-4 a x10 4 x x10 - x x x10-3x10-5 a x10 1 7x x10-5 x x x10-5 x10-6 a x x10-3x10-4 a x10-4x10-4 RMS(%) ablo 1'den, hibrit odelle Q değerinin %1.14 doğrulukla heaplanabileceği görülektedir. Yıllık odel, roller (004) in çalışaında da teel odel olarak alınıştır. 4. Sayıal Uygulaa Bevi (Eşitlik:6) ve Eardon (Eşitlik:1) tarafından geliştirilen yoğuşabilir u buharı odellerine göre ISA IGS itayonundaki veriler değerlendirilerek karşılaştırılaktadır. Bu çalışa kapaında ürekli eteorolojik gözle yapılan İtanbul (ISA), Ankara (ANKR), Güney Kıbrı (NICO), Ukrayna (CRAO) IGS itayonları eçiliştir. Bu itayonların 011 yılına ait he GPS he de eteorolojik verilerin ortak olduğu kış, ilkbahar ve onbahar döneleri belirleniş ve BERNESE 5.0 yazılıı ile değerlendiriliştir. Bernee 5.0 yazılııyla değerlendirilei ıraında; uydu verii ölçe aralığı 30 aniye, uydu yükeklik açıı (kee açıı) 10 alınıştır. Ayrıca, analizlerde iyonoferden bağıız lineer faz kobinayonu ve kuazi-iyonofer bağıız (QIF) tratejii uygulanıştır. ropoferik zenit gecikelerinin ketirilei için Saataoinen öncül odeli ve Niell in kuru ve ılak izdüşü fonkiyonları kullanılıştır (Herring 199; Niell 001). ISA itayonuna ait kıi u buharı baıncı değerleri; e ( 7. 5 ) ( ) H (14) 100 eşitliği ile heaplanıştır (roller 004). Burada;, itayona ait ıcaklık verileri, H itayona ait ne verileridir. Bu değerler ve ISA itayonuna ait ıcaklık ve baınç verileri ile Saataoinen odelindeki kuru bileşen eşitliği (Eşitlik:3) kullanılarak kuru tropoferik zenit gecikei bulunuştur. opla tropoferik gecike değerleri, kuru ile ılak tropoferik zenit gecike değerlerinin birleştirileiyle heaplandığından, Bernee 5.0 yazılııyla elde edilen topla tropoferik gecikeleri değerlerinden bulunan kuru tropoferik zenit gecikeleri çıkartılak uretiyle (Eşitlik:) ılak tropoferik zenit gecikeleri için zaan erileri heaplanıştır. Bundan onra da elde edilen ılak tropoferik zenit gecikei değerlerinden; ağırlıklı ortalaa ıcaklık odelinin ABD için geliştirilen katayıları (Bevi, 199) ve Avrupa için geliştirilen yıllık odelin Q faktörü katayıları (Eardon 000) kullanılarak yoğuşabilir u buharı zaan erileri elde ediliştir. ISA itayonundaki ılak tropoferik zenit gecikei ve yoğuşabilir u buharı heaplaaları için Matlab yazılıında bir algorita geliştiriliştir ve bu çalışada kullanılıştır. Yoğuşabilir u buharı iktarının zaan erileri grafikleri yine Matlab yazılııyla çiziliştir (Şekil 1a, 1b, 1c). Q faktörü katayılarından elde edilen yoğuşabilir u buharı ile ağırlıklı ortalaa ıcaklık odelinden elde edilen yoğuşabilir u buharı araındaki farklar, aşağıdaki tabloda veriliştir.

4 GPS Ölçüleriyle Farklı Modeller Kullanarak Yoğuşabilir Su Buharı Miktarının Heaplanaı ablo : Q faktörü katayılarından elde edilen yoğuşabilir u buharı ile ağırlıklı ortalaa ıcaklık odelinden elde edilen yoğuşabilir u buharı araındaki farklar Gözle Zaanları Q paraetrei - ile PW (/ ) Miniu Makiu Ortalaa 10 Ocak - 6 Şubat 011-0,81 0,64 0, Nian 011-0,58 1,33 0,60 1 Eylül - 15 Eki 011-9,1 5,63 0,1

5 İlke Deniz, Çetin Mekik Şekil 1: Q faktörü katayılarından elde edilen yoğuşabilir u buharı ile ağırlıklı ortalaa ıcaklık odelinden elde edilen yoğuşabilir u buharı zaan erileri a) kış gözle zaanı b) ilkbahar gözle zaanı c) onbahar gözle zaanı 5. Sonuçlar ve Değerlendire ISA itayonundaki Q faktörü katayılarından elde edilen yoğuşabilir u buharı ile ağırlıklı ortalaa ıcaklık odelinden elde edilen yoğuşabilir u buharı araındaki farklar, kış gözle zaanı için; ortalaa 0,1 /, iniu -0,81 /, akiu 0,64 /, ilkbahar gözle zaanı için; ortalaa 0,60 /, iniu -0,58 /, akiu 1,33 /, onbahar gözle zaanı için; ortalaa 0,1 /, iniu -9,1 /, akiu 5,63 / elde ediliştir (ablo: ). Bu çalışanın onucunda; ABD ve Avrupa için geliştirilen uygulaa odellerinden elde edilen değerler ile ISA için elde edilen u buharı değerleri araındaki farkların, Dünya Meteoroloji Organizayonunun (Haan 006) verdiği ±3 / ınırını büyük ölçüde aşıldığı görülüştür. Buradan, USAGA-Aktif ağı ile tü ürkiye athında eş zaanlı u buharı ketirii için en uygun uygulaa odellerinin, farklı ikli bölgelerini de dikkate alınarak geliştirilei gerektiği onucuna varılıştır. Bu aaçla, radyoonda balonlarıyla eş zaanlı gözle yapılan GPS/GNSS itayonlarına ihtiyaç olduğu düşünülektedir. Bu itayonlarda; radyoonda verii ve GPS verilerinden elde edilen yoğuşabilir u buharı değerlerinin karşılaştırılaı yoluyla, kontrollü olarak ve Q odellerinin katayıları, ürkiye nin farklı ikli bölgeleri için geliştirilecektir. Geliştirilen odeller USAGA-Aktif itayonlarından doğru ve güvenilir u buharı değerlerinin elde edileini ağlayacaktır. Kaynaklar Akne J., Nordiu H., (1987), Etiation of tropopheric delay for icrowave fro urface weather data, Radio Science,, 3, 15, Bevi, M., Buinger, S., Herring,. A., Rocken, C., Anthe, R. A., Ware, R.H., (199), GPS eteorology: Reote Sening of atopheric water vapor uing the Global Poitioning Syte, Journal of Geophyical Reearch, 97, D14, 15,787-15,80. Eardon. R., Derk H. J. P., (000), On the relation between the wet delay and the integrated precipitable water vapour in the European atophere, Meteorol. Appl. 7, Haan, S., (006), National/Regional operational procedure of GPS water vapour network and agreed international procedure, World Meteorological Organization, Intruent and Oberving Method, Report No:9. Herring. A., (199), Modelling atopheric delay in the analyi of pace geodetic data, Proceeding of the ypoiu on refraction of tranatopheric ignal in geodey, Netherland Geodetic Coiion, Lahey, Hollanda. Hogg D. C., Guiraud F. O., Decker M.., (1981), Meaureent of exce radio traniion length on earth-pace path, Atronoy and Atrophyic, 95,, 15, Niell A. E., (001), Preliinary evaluation of atopheric apping function baed on nuerical weather odel, Phy.Che.Earth, 6,6-8, roller, M.R., (004), GPS baed deterination of the integrated and patially ditributed water vapor in the tropophere, Doktora tezi, Swi Federal Intitute of echnology, Zürih, İviçre.