Astronomik Gözlemler için GPS Tabanlı Su Buharı Kestirimi

Benzer belgeler
TUSAGA-AKTİF CORS İSTASYONLARININ YER DEĞİŞİKLİĞİNİN AĞ BAZLI RTK ÖLÇÜMLERİNE ETKİSİ. Sermet Öğütcü, İbrahim Kalaycı Necmettin Erbakan Üniversitesi

Bağıl Konum Belirleme. GPS ile Konum Belirleme

Küresel Konumlama Sistemi Yrd. Doç. Dr. Okan Yıldız Yrd. Doç. Dr. Mustafa Dihkan Öğr.Gör.Dr. Deniztan Ulutaş

Kuvvetli yağışlarda GPS-IPWV (Yağışabilir su miktarı) verisinin önemi ve kullanılması. The Use and Impact of GPS-IPWV In Severe Precipitation

GNSS Teknikleri ve Uygulamaları

KONUM BELİRLEME YÖNTEMLERİ

İyonosfer TEİ Hesabında Yeni Bir Ağırlık Fonksiyonu Yaklaşımı

SEYRÜSEFER VE YARDIMCILARI

Havacılık Meteorolojisi Ders Notları. 3. Atmosferin tabakaları

GPS METEOROLOJİSİ : İSTANBUL İÇİN BİR UYGULAMA GPS METEOROLOGY : AN APPLICATION FOR ISTANBUL

İnşaat Mühendisliğine Giriş İNŞ-101. Yrd.Doç.Dr. Özgür Lütfi Ertuğrul

Türkiye de Sabit GPS İstasyonlarının Tarihi ve TUSAGA-AKTİF Sistemi

GPS Nedir? Nasıl Çalışır?

Yıldız Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesi Harita Mühendisliği Bölümü TOPOGRAFYA (HRT3351) Yrd. Doç. Dr. Ercenk ATA

UYDU JEODEZISI: ÖLÇME YÖNTEM VE TEKNIKLERI

Hidroloji Disiplinlerarası Bir Bilimdir

TUJK 2017 BİLİMSEL TOPLANTISI SABİT GNSS İSTASYONLARI UYGULAMALRI CORS İLE ORMANLIK ARAZİLERDE YAPILAN GNSS ÖLÇMELERİNDE RTK KULLANIMI

1. GİRİŞ 2. GNSS SİSTEMLERİ

İyonosfer TEİ Hesabında Uydu Alıcı Bağıl Geometrisine Uygun Yeni Bir Ağırlık Fonksiyonu Wgeo

Emisyon Envanteri ve Modelleme. İsmail ULUSOY Çevre Mühendisi Ennotes Mühendislik

Küresel Konumlama Sistemi (GPS)

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

HARİTA DAİRESİ BAŞKANLIĞI Kasım 2013 Sedat BAKICI

GÜNEŞ ENERJİSİ II. BÖLÜM

JEODEZİK VERİLERİN İSTATİSTİK ANALİZİ (Ölçüler Yöntemleri) Prof. Dr. Mualla YALÇINKAYA

JEODEZİK AĞLARIN OPTİMİZASYONU

Gözlemlerin Referans Elipsoid Yüzüne İndirgenmesi

Ölçme Bilgisi Jeofizik Mühendisliği Bölümü

HİDROJEOLOJİ. Hidrolojik Çevrim Bileşenleri Buharlaşma-Yağış. 2.Hafta. Prof.Dr.N.Nur ÖZYURT

GPS Hata Kaynakları GPS hataları, gürültü (noise; karışıklık, tesadüfi hata), sapma (bias; kayıklık) ve kaba hatanın (blunder) bir tertibinden oluşur.

BARKOK Kapalı Alanlarda Konum Belirleme Faaliyet Raporu Dr. Murat EREN, Alt ÇG Sözcüsü 22 Mayıs 2014 Ankara

GNSS Teknikleri. Lisans Ders Notları. Aydın ÜSTÜN. Kocaeli Üniversitesi Harita Mühendisliği.

HARİTA DAİRESİ BAŞKANLIĞI. İSTANBUL TKBM HİZMET İÇİ EĞİTİM Temel Jeodezi ve GNSS

K.K.T.C Bayındırlık Ve Ulaştırma Bakanlığı Meteoroloji Dairesi.

METEOROLOJİ. IV. HAFTA: Hava basıncı

TUSAGA-Aktif in GNSS Meteorolojisi Ağı Olarak Kullanılması

İÇİNDEKİLER ÖN SÖZ...

HRT 105 HARİTA MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ

JEOİD ve JEOİD BELİRLEME

olmak üzere 4 ayrı kütükte toplanan günlük GPS ölçüleri, baz vektörlerinin hesabı için bilgisayara aktarılmıştır (Ersoy.97).

Modern Tekniklerle Gözlemevi Yerleşkesi Yer Seçimi Çalışmaları

Hava Kirleticilerin Atmosferde Dağılımı ve Hava Kalitesi Modellemesi P R O F. D R. A B D U R R A H M A N B A Y R A M

HİDROLOJİ. Buharlaşma. Yr. Doç. Dr. Mehmet B. Ercan. İnönü Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

METEOROLOJİ SICAKLIK. Havacılık Meteorolojisi Şube Müdürlüğü. İbrahim ÇAMALAN Meteoroloji Mühendisi

OZON VE OZON TABAKASI

GPS ile Hassas Tarım Uygulamaları

Bölüm 3 SAF MADDENİN ÖZELLİKLERİ

Zaman Serileri-1. If you have to forecast, forecast often. EDGAR R. FIEDLER, American economist. IENG 481 Tahmin Yöntemleri Dr.

İKLİM DEĞİŞİKLİĞİNİN SU KAYNAKLARINA ETKİSİ PROJESİ

UZAKTAN ALGILAMA- UYGULAMA ALANLARI

GNSS Teknikleri ve Uygulamaları

SEYRÜSEFER VE YARDIMCILARI

Ateş Destek C 4 I Sistemleri.

K.K.T.C. Meteoroloji Dairesi. Konu :Bulutları Anlamak.

Genel Bilgiler FLI MAP. Koridor Tipi Çalışmalar. Geniş Alan Çalışmaları

1. GLOBAL POSITONING SYSTEM HAKKINDA GENEL BİLGİLER

İSTENEN DÖNEM İÇİN DÜZENLİ İYONOSFERİK TOPLAM ELEKTRON İÇERİK TAHMİNİ-DTEİ

BUSAGA BUSKİ Sabit GNSS Ağı

Ulusal Metroloji Enstitüsü GENEL METROLOJİ

ÖLÇME BİLGİSİ. PDF created with FinePrint pdffactory trial version Tanım

Türkiye de Rüzgar Enerjisi. Hakan Şener AKATA ETK Uzm. Yard.

Meteoroloji Genel Müdürlüğü Yıldırım Tespit ve Takip Sistemi (YTTS)

UAK Ulusal Astronomi Kongresi Erzurum 5-9 Eylül TÜRKSAT Gözlemevinde Gerçekleştirilen GEO Kuşak Uydu Gözlem Faaliyetleri

TÜBİTAK BIT-MNOE

Zaman Serileri. IENG 481 Tahmin Yöntemleri Dr. Hacer Güner Gören

MÜHENDİSLİK ÖLÇMELERİ UYGULAMASI (HRT4362) 8. Yarıyıl

Turgut UZEL, Kamil EREN TÜBİTAK KAMU KURUMLARI ARAŞTIRMA ve GELİŞTİRME PROJELERİNİ DESTEKLEME PROGRAMI

UYGULAMA 1. Prof.Dr. Mustafa Cavcar Anadolu Üniversitesi, Sivil Havacılık Yüksekokulu, Eskişehir. Tablo 1. Uygulamalar için örnek uçak

Karadeniz ve Ortadoğu Bölgesel Ani Taşkın Erken Uyarı Projesi

K.K.T.C. Çevre Ve Doğal Kaynaklar Bakanlığı Meteoroloji Dairesi.

Uzaktan Algılama Teknolojileri

Türkiye de Havza Su Bütçesi Hesaplamalarında Uzaktan Algılama ve Evapotranspirasyon Haritalama Tekniklerinin Kullanılma Olanakları

BÖLÜM 12 STUDENT T DAĞILIMI

İSTANBUL KÜLTÜR ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

K.K.T.C. ÇEVRE VE DOĞAL KAYNAKLAR BAKANLIĞI METEOROLOJİ DAİRESİ

GPS E ATMOSFERİN ETKİLERİ

Yavuz KAYMAKÇIOĞLU- Keşan İlhami Ertem Mesleki ve Teknik Anadolu Lisesi.

Sistemin işletilmesi TKGM ye aittir. İlk olarak sistem Haziran 2011 e kadar ücretsiz olaraksunuldu Şimdi, BHİKPK tarafından belirlenen ücrete tabidir

BAZI İLLER İÇİN GÜNEŞ IŞINIM ŞİDDETİ, GÜNEŞLENME SÜRESİ VE BERRAKLIK İNDEKSİNİN YENİ ÖLÇÜMLER IŞIĞINDA ANALİZİ

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ SİVİL HAVACILIK ANABİLİM DALI YENİ DERS ÖNERİSİ/ DERS GÜNCELLEME

Düşey Yönlü Deformasyon Belirleme Çalışmalarında Tekrarlanabilirliklerin İncelenmesi

JEODEZİ. Şekil1: Yerin şekli YERİN ŞEKLİ JEOİD

2016 Yılı Buharlaşma Değerlendirmesi

Meteoroloji. IX. Hafta: Buharlaşma

JAA ATPL Eğitimi (METEOROLOJİ)

2. Basınç ve Akışkanların Statiği

JEODEZİK ÖLÇMELER DERSİ. Yrd. Doç. Dr. Hakan AKÇIN Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

FOTOGRAMETRİ ANABİLİM DALI. Prof. Dr. Ferruh YILDIZ

(b) Model ve prototipi eşleştirmek için Reynolds benzerliğini kurmalıyız:

SPEKTROSKOPİK ELİPSOMETRE

METCAP (METeorological Communication and Application Package) METEOROLOJİK HABERLEŞME VE UYGULAMA PAKETİ

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

BÖLÜM 6 MERKEZDEN DAĞILMA ÖLÇÜLERİ

Yasal Durum, Ölçüm Standartları, Kalibrasyon, Cihaz ve Ekipman

COĞRAFİ BİLGİ SİSTEMLERİ VE UZAKTAN ALGILAMA

ATMOSFERDEKİ YAĞIŞA GEÇERİLİR SURUHARI MİKTARININ HESAPLANMASI

Drone ve Kara Tehditlerine Karşı Retinar Radar Sistemi

Yıldız Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesi Harita Mühendisliği Bölümü TOPOGRAFYA (HRT3351) Yrd. Doç. Dr. Ercenk ATA

Gözlemevi Yer Seçimi Amaçlıİklim Tanı Arşivlerinde Türkiye

Transkript:

Astronomik Gözlemler için GPS Tabanlı Su Buharı Kestirimi Prof.Dr. Bahadır AKTUĞ Ankara Üniversitesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü

Giriş Atmosferdeki su buharı, meteorolojik yağış tahminlerinden, sinyal gecikmesine yol açması nedeniyle konumlama ve görüşü engellemesi nedeniyle de optik gözlem sistemlerine kadar birçok alanda önemli rol oynamaktadır. Su buharının konuma ve zamana bağlı değişiminin izlenmesi için farklı yöntemler olmakla birlikte, Global Navigasyon Uydu Sistemleri (GNSS) gözlemleri herhangi bir noktaya özgü ve herhangi bir andaki su buharının yüksek duyarlıklı ve en ekonomik şekilde belirlenmesini sağlamaktadır. Atmosferdeki su buharının yaklaşık %75 lik bölümü atmosferin ilk üç kilometrelik kısmında bulunmaktadır. Bu nedenle, su buharının bir bölgedeki ortalama tahmin değerleri o bölgede yer alan yüksek rakımlı noktalarda doğru sonuç vermemektedir. Astronomik gözlem yapılan istasyonların göreli olarak yüksek rakımda olması, söz konusu istasyonlara özgü olarak su buharı kestirimlerini gerekli kılmaktadır.

Global Navigasyon Uydu Sistemleri

Global Konumlama Sistemi US Savunma Bakanlığı tarafından geliştirilmiştir. 10-20 m seyrüsefer doğruluğu Bütün dünyada kaplama 24 saat kullanım Ortak bir koordinat Sistemi sağlar Mevcut seyrüsefer sistemlerinin yerini alması için tasarlanmıştır. Sivil ve askeri kullanıcılara açıktır.

Global Navigasyon Uydu Sistemleri Yer Belirleme, Navigasyon (Seyrüsefer), Hareketli kişi veya nesnelerin izlenmesi, Haritaların elde edilmesi, Hassas zamana dayalı işlerin yapılması, Jeodezik ve Jeodinamik amaçlı ölçmeler, Araç takip sistemleri, Turizm, tasarım,ormancılık, spor faaliyetlerinin yapılması, Hidrografik ölçmelerin yapılması, Arama-Kurtarma Hedef bulma Füze güdümü Uçakların, görüşün sınırlı ya da hiç olmadığı hava koşullarında iniş ve kalkışı gerçekleştirebilmek için kullanılabilmektedir.

Global Navigasyon Uydu Sistemleri GPS Sinyal Yapısı Temel Frekans 10.23 MHz 10 x 154 L1 1575.42 MHz C/A Kod 1.023 MHz P (Y)-Kod 10.23 MHz x 120 L2 1227.60 MHz P (Y)-Kod 10.23 MHz 50 BPS Uydu Mesajı (Almanak & Efemeris)

Global Navigasyon Uydu Sistemleri 1. Nokta konumlama 2. Göreli konumlama A B

Global Navigasyon Uydu Sistemleri Başlangıçtaki Uydu Konumu Zaman (0) Sonraki Uydu Konumu Zaman (i) Faz Belirsizliği ( Ambiguity ) Faz Belirsizliği (Ambiguity) Faz Ölçümü Sayılan Tam Dalga Boyu Sayıları Faz Ölçümü

Troposfer ve GNSS Troposfer, nötür atmosfer katmanı olarak düşünülebilir. Yeryüzünden yaklaşık 0-10 km arasında yer almakta olup, tüm hava olaylarının (yağış, sıcaklık vs.) meydana geldiği katmandır. Havadaki tüm su buharının neredeyse tamamı troposferdedir. Bu nedenle, troposferin elektromanyetik sinyallere etkisi, kuru ve ıslak bileşenler olarak ayrı ayrı incelenir. Kuru bileşenin GNSS sinyallerine etkisi basınç, sıcaklık ve yaklaşık enlemin bir fonksiyonu olarak modellenebilirken, ıslak bileşen çok daha değişken bir etki gösterir.

Troposfer ve GNSS Radyo sinyalleri, GPS uydularından yeryüzündeki GPS alıcılarına doğru yol alırken kısmen atmosferik su buharı tarafından geciktirilir. Sinyal gecikmesi kuru ve ıslak bileşen olarak iki şekilde incelenir Gecikmenin «kuru» bileşenden kaynaklanan kısmı yüksek duyarlıkla modellenebilirken, çok daha değişken olan ve atmosferdeki su buharının neden olduğu «ıslak gecikme» ölçülerden hesaplanır. Sinyal gecikmesinin «ıslak» kısmından daha sonra «Yağışa Dönüşebilir Su Buharı» elde edilebilir.

Troposfer ve GNSS GPS'in frekans bandında (1.2-1.5 GHz) dispersif davranan iyonosfer etkisi çift frekanslı alıcılar ile ayrıştırılabilir. Troposfer ise 30 GHz e kadar olan frekanslarda dispersif değildir. Ülkemizde farklı amaçlar için tesis edilen ve 24 saat sabit GPS istasyon ağları kuvvetli yağışların tahmini açısından önemli bir potansiyele sahiptir. Söz konusu ağların en önemlisi, kuşkusuz tüm Türkiye ve KKTC de homojen dağılımlı, 145 istasyondan oluşan Türkiye Ulusal Sabit GPS İstasyonları Ağı Aktif (TUSAGA-Aktif) dir. GPS den elde edilen yağmura dönüşebilir su buharının (PW), radyosonde verisinin doğrulanması, iklim değişiminin izlenmesi ve sayısal hava tahmininin yapılmasını da içeren birçok uygulama alanı vardır.

GNSS Ölçülerinin Parametrizasyonu GNSS ile kod ölçüleri Kod ölçüsü Uydu-Alıcı Arasındaki gerçek mesafe GNSS ile faz ölçüleri Uydu-Alıcı saat hataları İyonosferik Gecikme Troposferik Gecikme Uydu-Alıcı saat hataları Faz ölçüsü Uydu-Alıcı Arasındaki gerçek mesafe Relativistik Etkiler İyonosferik Gecikme Troposferik Gecikme

İkili Farklara Göre GNSS Ölçülerinin Parametrizasyonu A B

Troposferik Gecikmenin Parametrizasyonu Islak gecikmenin yatay gradyeni azimut İkili fark modeline göre diferansiyel ıslak gecikme

Troposferik Gecikmenin Parametrizasyonu İkili fark modeline göre, diferansiyel faz ölçümlerinin ıslak gecikmeye göre kısmi türevleri

Troposferik Gradyanların Parametrizasyonu İkili fark modeline göre, ölçülerin ıslak gecikme gradyenlerine göre kısmi türevleri

GNSS Sinyal Gecikmesi refraktif index sinyal yolu refraktivite d trop ( n 1) ds N trop 10 6 ( n 1 ) N trop N trop kuru N trop ıslak d 10 N ds 10 trop 6 trop 6 kuru N trop ıslak ds izdüşüm fonksiyonu d trop d zenit kuru m kuru d zenit ıslak m ıslak 1 m kuru cos z

GNSS Sinyal Gecikmesi Toplam Zenit Gecikmesi ZTD = ZHD + ZWD Hidrostatik Zenit Gecikmesi Islak Zenit Gecikmesi Saastamoinen Modeli: ZHD 1 0.002277* P 0.00266* cos2 0.00028* h Yüzeydeki Basıncı (hpa/mbar) ZWD = ZTD ZHD Enlem Deniz seviyesinden olan Yükseklik (m)

GNSS Sinyal Gecikmesi Entegre Su Buharı Islak Zenit Gecikmesi IWV = ZWD / = PW Yağışa Dönüşebilir Su Buharı =10-6 ρ R v (k 3 / T m + k 2 ) Suyun yoğunluğu (1kg/m 3 ) Özel gaz sabiti (461.5 (J/kg.K)) Sıcaklığın Ağırlıklı Ortalaması ( e/ T) dh T m 2 ( e/ T ) dh T m = 70.2 + 0.72*T S k 3 = 0.037x105 K 2 / Pa k 2 = 0.22 K / Pa Yüzey Sıcaklığı Kısmi su buharı basıncı (Pa): H e *exp( 37.2465 0.213166* T 100 0.000256908* T 2 )

GNSS Sinyal Gecikmesi Tm yi elde etmek için, bazen GPS istasyonlarında bulunması mümkün olmayan sıcaklığın düşey profillerine ve su buharı basıncına ihtiyaç vardır. Bu amaçla Tm ve yüzey sıcaklığı Ts arasında doğrusal bir ilişki kurulmaya çalışılmıştır. Söz konusu ilişki bölgeden bölgeye değişmekle birlikte, literatürde global olarak kullanılabileceği belirtilen parametre kümeleri de bulunmaktadır. T m a bt T m 70.2 K 0.72T s T m 54.7 K 0.77T s

Ortalama sıcaklık (Tm) ile yüzey sıcaklığı arasındaki ampirik katsayılar bölgeye, iklime göre farklılık göstermektedir. Ankara İstanbul

GPS verilerinden Troposferik Gecikme ve PW lerin elde edilmesi GNSS ölçümlerinden elde edilen kuru/ıslak zenit gecikmeleri, PW değerlerinin standart sapma değerleri de hesaplanabilmektedir. Bu şekilde elde edilen sonuçların diğer gözlem sistemlerinden olan farklarının istatistiksel olarak anlamlı olup olmadığı araştırılabilir.

Ravinsonde Gözlemleri Ravinsonde gözlemleri, düşey bir profil boyunca farklı atmosferik parametrelerin ölçülmesi yöntemidir. Bu amaçla kullanılan balon, üzerindeki radyo yardımıyla ölçüm değerlerini istasyona iletir.

Radyosonde Profillerinden PW elde edilmesi

Radyosonde Profillerinden PW elde edilmesi Radyosonde ölçümleri herhangi bir katmadaki değerlere karşılık geldiğinden GNSS sonuçlarıyla karşılaştırmak için belirli düşey profil aralığında entegrasyon yapmak gerekir. dh : katmanlar arasındaki yükseklik farkı IWV ZT Z b ρ v dh 1 g PT P b qdp dp: thekatmanlar arasındaki basınç farkı (Pa) v Z b ZT aralığında su buharının özgül ağırlığı (kg/m3) q : kütle karışım oranı (kg/kg)

GPS ve Radyosonde Profillerinin Karşılaştırılması

Sayısal Hava Tahmin Modelleri ve GNSS PW Karşılaştırması

Sonuç ve Öneriler GPS ten elde edilen PW değerleri meteorolojik gözlemler ve gerçekleşen yağışlarla uyumludur. Bu durum GPS-PW nin su buharının analiz & tespitinde kullanılabilir olduğu görülmektedir. Global Konumlama Sistemi gözlemleri ile IPWV değerlerini ekonomik olarak hesaplamak mümkündür. Meteoroloji uydularının aksine, GNSS gözlemleri ile bulutlu hava koşullarında da IPWV verilerinin elde edilmesi mümkündür. Ravinsonde ye göre yüksek zamansal (5-15 dakikaya kadar) ve mekânsal çözünürlükte (Türkiye deki mevcut sabit GPS altyapısı dikkate alındığında ~100 km) IPWV değerleri elde edilebilmektedir. WRF sayısal tahmin modelinin PW ve yağış sapmalarının, bazı noktalarda çok büyük/küçük değerler alabilmektedir. Astronomik Gözlem İstasyonları özel konumlarından dolayı, mevcut hava tahmin sistemlerinin, bulutluluk/yağış koşullarının değerlendirilmesinde yeterli olmayabileceği değerlendirilmektedir.

Sonuç ve Öneriler Buna karşın, GNSS ile elde edilen PWV veriler katman bilgisine sahip olmayıp sinyal güzergahı boyunca entegre değere karşılık gelmektedir. Söz konusu entegre değerlerin ters çözümüyle yüksekliğe bağlı değişimlerin hesaplanması mümkün olmakla birlikte (tomografi), çok yoğun bir GNSS ağı altyapısı olmadan (~10 km aralıklı) alt katmanlar için yüksekliğe bağlı PWV verisi elde etmek mümkün değildir. Sonuç olarak, GNSS IPWV değerleri düşey olarak entegre edilen değerlerin yatay olarak ortalamasına (15 yükseklik açısı ve 3 km yükseklik için ~22 km çaplı daire içinde) karşılık geldiği söylenebilir. Bununla birlikte, su buharının üst katmanlardaki yatay değişimi (gradyeni) de GNSS ölçümleriyle elde edilebilmektedir.

İlgi ve sabrınız için teşekkürler