Harita Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 6, No: 3, 2014 (10-21) Electronic Journal of Map Technologies Vol: 6, No: 3, 2014 (10-21) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR www.teknolojikarastiralar.co e-issn: 1309-3983 Makale (Article) Depre Kaynaklı Topla Elektron İçeriği Değişilerinin Araştırılası: Ege Denizi Deprei (24.05.2014 Mw:6.5) Mustafa ULUKAVAK*, Mualla YALÇINKAYA* *Karadeniz Teknik Üniversitesi Müh. Fak. Harita Müh. Böl. 61080 Trabzon/TÜRKİYE ulukavak@gail.co Özet Uydu ve uzay tekniklerinin gelişesiyle GNSS uyduları birer sensor gibi kullanılaya başlanıştır. GNSS gözleleri ile iyonosferdeki Topla Elektron İçeriği (TEC) değişileri depre öncesi, depre anı ve depre sonrası belirlenebilektedir. Böylece deprelerin TEC değişilerine etkileri izlenebilektedir. Bu aaçla çalışada, Çanakkale açıklarında 24 Mayıs 2014 tarihinde, saat 12:25:03 te (-3 UT) eydana gelen Ege Denizi Deprei nin (6.5 Mw) iyonosferde eydana getirdiği değişiler araştırılıştır. Depre öncesi, depre anı ve depre sonrası TEC değişileri iki kapanyada araştırılıştır. Birinci kapanyada AYVL, IPSA ve YENC istasyonlarının 115. ve 156. GPS günü arası topla 42 günlük VTEC değişileri belirleniş ve depre öncesinde ortaya çıkan iyonosferik TEC değişilerinin belirlenesinde kullanılıştır. İkinci kapanyada ise AYVL, CANA ve IPSA istasyonlarının 144. GPS gününde üç GPS uydusuna ait (GPS05, GPS08 ve GPS15) STEC değerleri depre anında eydana gelen iyonosferik TEC değişilerinin belirlenesinde kullanılıştır. Bu çalışada, jeoanyetik aktivitenin TEC değişilerine etkisini inceleek için depre öncesi ve sonrasını içeren jeoanyetik aktivite (Dst) değerleri inceleniş. depre öncesinde ve sonrasında jeoanyetik aktivitenin oladığı belirleniştir. Bu bağlada, deprein eydana geldiği bu bölgede depre öncesi VTEC değişilerinin depre gününden yaklaşık 1-2 gün öncesinde ortaya çıktığı, yapılan diğer çalışa sonucunda ise kısa periyotlu değişilerin STEC değerlerine depre anından yaklaşık 4 ile 7 dakika sonra etki ettiği görülüştür. Anahtar Kelieler: GPS, Depre, İyonosfer, TEC, Zaan Serisi Analizi. Investigation Of Total Electron Content Variations Due To Earthquakes: Aegean Sea Earthquake (24.05.2014 Mw:6.5) Abstract GNSS satellites have been used as sensors with the developent in space and satellite techniques. TEC variations in the ionosphere before, during and after the earthquake can be identified by eans of GNSS observations. Thus, the effects of earthquakes over TEC variations can be onitored. For this purpose, the effects of the Aegean Sea earthquake (6.5 Mw), which is occured off Çanakkale in 24 May 2014 at 12:25:03 (-3 UT), are investigated. Preseisic and co-seisic TEC variations are exained in two capaigns. In the first capaign, 42-day (between DoY 115th and 156th) VTEC variations of the AYVL, IPSA and YENC stations are deterined and used to onitor the ionospheric TEC variations before the earthquake. In the second capaign, the STEC data, which is calculated using three GPS satellite (GPS05, GPS08 and GPS15) observations fro the AYVL, CANA and IPSA stations at DoY 144, is used to detect the ionospheric TEC variations at the tie of the earthquake. In this study, 42-day Dst variation values, for before and after the earthquake, are exained in order to investigate the effects of the geoagnetic activity over TEC variations. As a result, has been concluded that no geoagnetic activity occured before and after the earthquake. In this context, VTEC anoalies before the earthquake are found to occur approxiately 1-2 days before the earthquake. It is also found out that the short period variations affects the STEC values approxiately 4-7 inutes after the earthquake. Keywords: GPS, Earthquake, Ionosphere, TEC, Tie Series Analysis. Bu akaleye atıf yapak için Ulukavak, M., Yalçınkaya, M. Depre Kaynaklı Topla Elektron İçeriği Değişilerinin Araştırılası: Ege Denizi Deprei (24.05.2014 Mw:6.5) Harita Teknolojileri Elektronik Dergisi 2014, 6(3) 10-21 How to cite this article Ulukavak, M., Yalçınkaya, M. Investigation Of Total Electron Content Variations Due To Earthquakes: Aegean Sea Earthquake (24.05.2014 Mw:6.5) Electronic Journal of Map Technologies, 2014, 6(3) 10-21
Teknolojik Araştıralar: HTED 2014 (3) 10-21 Depre Kaynaklı Topla Elektron İçeriği Değişilerinin Araştırılası 1. GİRİŞ Teknoloji alanında yapılan yenilikler ilerledikçe kullanı aaçlarına göre uygulaa alanları da değişebilektedir. Hassas konu belirleede kullanılan GNSS uyduları aynı zaanda dünyanın etrafında dolaşan birer sensor gibi kullanılarak depre öncesi, depre anı ve depre sonrası iyonosferik değişilerin izlenesinde de kullanılabilektedir. Deprelerin ne zaan ve nerede eydana geleceği, deprein eydana geliş aşaalarındaki belirsizliklerinden dolayı hala ta olarak keşfedilebiliş değildir. Bunun yerine bili adaları depre öncülerinin belirlenesi üzerine çalışalar yapaktadır [1]. Bu depre öncülerinden birisi de iyonosferdeki TEC değişii olarak öneriliştir [2]. Bu aaçla yapılan birçok çalışa bulunaktadır. Deprelerin iyonosferde yaptığı değişiler ilk olarak 1960 lı yıllarda araştırılıştır [3]. Araştıracılar büyük deprelerden önce herhangi bir öncül işaretin belirlenesi için kritik frekansı, F2 katanındaki en üst elektron yoğunluğunu ve topla elektron içeriğini inceleişlerdir [2, 4, 5, 6, 7]. Bazı çalışalarda uydulardan kısa zaanda iyonosferik anoralliklerin depre öncesinde belirlenebileceği gösteriliştir [8]. Günüüzde depre öncülü olarak iyonosferik değişileri yiriden fazla ülkede araştırılaktadır. İyonosferik anoralliklerin tanılanası ve siso-iyonosferik öncüllerin fizibilitesi çalışaları deva etektedir [2, 9, 10]. Depre kaynaklı TEC değişiinin incelenesinde iyonosferi etkileyen diğer etkilerin göz ardı edilesi yanıltıcı sonuçlara sebep olabilir. TEC değişii deprelerin yanı sıra güneşte eydana gelen patlaalardan da etkilenektedir. Güneş patlaaları iyonosferin belli bölgelerinde elektron yoğunluğu (Ne) değişiini artırakta ya da azaltaktadır. Bu nedenle de elektron yoğunluğu (Ne) değişii değerlendire aşaasında dikkate alınası gereken paraetrelerden biridir. DEMETER uydusundan alınan elektron yoğunluğu verileri ve GPS-TEC değişileri beraber değerlendiriliştir. 8 Ocak 2007 ve 5 Mayıs 2007 tarihinde Hindistan'da eydana gelen M=6 ve M=6.2 büyüklüğündeki deprelerin, erkez üslerinin 1587k ve 887k uzağındaki Agra gözle istasyonuna olan etkileri inceleniştir. Deprelerin oluş zaanlarını içine alan 1 Aralık 2006 ve 30 Haziran 2007 tarihleri arasındaki yedi ay boyunca GPS- TEC ve Ne değişileri değerlendiriliştir. TEC ve Ne değişileri depreden 1-4 gün önce ve 1-2 gün sonra aylık ortalaa değerlerinin %40-80 arasında değişen farklılıklar gösteriştir [11]. İyonosferdeki değişiklik sadece tek bir istasyondan elde edilen TEC değerlerinin istatistiksel analizi ile değil, yakın GPS alıcılarının kayıtlarının da beraber değerlendirilesi ile üretilen TEC değerleri ve aralarındaki korelasyonlar ile birlikte değerlendirilesi gerekir. Deprelerin önceden belirlenesi çalışalarında lokal iyonosfer değişkenliği yöntei öneriliştir. Bu araştırada 22 Ocak 2003 tarihinde Meksika'da gerçekleşen Mw=7.6 Colia Deprei ve 22 Aralık 2003 tarihinde Kaliforniya'da gerçekleşen Ms=6.5 San Sieon Deprei inceleniş ve deprelerin oluştuğu bölgelerdeki GPS istasyonlarından elde edilen verilerle lokal iyonosfer değişkenliği yöntei ile iyonosferik TEC değişileri araştırılıştır [12]. Bili adaları insanlığın doğal afetlerden zarar göreesi veya bu zararı en aza indirgeyebilek adına tedbirler alakta ve bu yönde yapılan çalışaları sürdürektedirler. Doğal afetlerden en yıkıcısı olan deprein eydana geliş zaanını ta anlaıyla kestirebilek şu an için ükün olaaktadır. Bu yönde yapılan çalışalar sürdükçe ve elde edilen paraetrelerin farklı disiplinlerin ortaklaşa çalışalarıyla beraber değerlendirilesiyle deprein eydana geliş zaanı hakkında faydalı bilgiler ortaya çıkacaktır. Bu çalışada, Çanakkale açıklarında 24 Mayıs 2014 tarihinde, saat 12:25:03 te (-3 UT) eydana gelen Ege Denizi Deprei nin (6.5 Mw) iyonosferde eydana getirdiği değişiler araştırılıştır. Öncelikle depre öncesi ve sonrası iyonosfer değişiine etki edebilecek jeoanyetik aktiviteler (Dst) 11
Ulukavak, M., Yalçınkaya, M. Teknolojik Araştıralar: HTED 2014 (3) 10-21 inceleniştir. Daha sonra bölgedeki TUSAGA-Aktif noktalarının verileriyle STEC ve VTEC değerleri incelenerek deprein iyonosferdeki TEC değişilerine etkisi araştırılıştır. 2. ÇİFT FREKANSLI GPS SİNYALLERİ İLE TEC MODELLEME 2.1. Çift Frekans GPS Sinyal Modeli GPS alıcıları, GPS uydularından gelen sinyalleri özel bir kayıt foratı olan RINEX foratında kayıt ederler. Psoydo-range kayıtlarının iki farklı frekans olan f 1 = 1575.42 MHz ve f 2 = 1227.60 MHz ye göre genel odeli, P 1,u = ρ u + c(δt u δt ) + d trop,u + d ion1,u + c(ε 1 + ε 1,u ) (1) P 2,u = ρ u + c(δt u δt ) + d trop,u + d ion2,u + c(ε 2 + ε 2,u ) (2) biçiindedir. Burada, P, psoydo-range gözleini; ρ, uydu ve alıcı arasındaki esafeyi, δt u ve δt, alıcı ve uydu arasındaki saat hatalarını, d trop ve d ion, troposferik ve iyonosferik kod gecikeleri, ε ve ε u, frekansa bağlı uydu ve alıcı farklarını; c, boşluktaki ışık hızını; u, alıcı indisini ve, uydu indisini gösterektedir [13-14]. Pseudo-range ölçüleri için, geoetriden bağısız doğrusal kobinasyon, uydu ve alıcı arasındaki esafe (ρ) ve troposferik (d trop ) gecikeleri eliine eder. Geoetriden bağısız doğrusal kobinasyon, eşitlik (1) den eşitlik (2) çıkarılarak, P 4,u = P 1,u P 2,u = d ion1,u d ion2,u + c(ε 1 ε 2 ) + c(ε 1,u ε 2,u ) (3) elde edilir. Frekansa bağlı uydu ve alıcı farkları diferansiyel kod farkları (DCBs) olarak, DCB = ε 1 ε 2 (4) DCB u = ε 1,u ε 2,u (5) tanılanaktadır. Burada, DCB uydu ve DCB u alıcı için diferansiyel kod farklarıdır. Aynı eşitlikler faz gecike gözleleri için, L 1,u L 2,u = λ 1 Φ 1,u = λ 2 Φ 2,u = ρ u + c(δt u δt ) + λ 1 Φ ion1,u = ρ u + c(δt u δt ) + λ 2 Φ ion2,u + λ 1 Φ trop,u c(ε 1 + ε 1,u ) + λ 1 N 1 (6) + λ 2 Φ trop,u c(ε 2 + ε 2,u ) + λ 2 N 2 (7) olarak yazılır. Burada, λ 1 ve λ 2, dalga boylarını; Φ 1,u ve Φ 2,u, kaydedilen faz gecikelerini; Φ ion1,u ve Φ ion2,u, iyonosferik faz gecikelerini; N 1 ve N 2, ilk faz belirsizliklerini; Φ trop,u, troposferik faz gecikelerini gösterektedir. Faz ölçüleri için geoetriden bağısız doğrusal kobinasyon eşitlik (6) dan eşitlik (7) çıkarılarak; L 4,u = λ 1 Φ 1,u λ 2 Φ 2,u elde edilir. Burada N ; = λ 1 Φ ion1,u λ 2 Φ ion2,u c(dcb + DCB u ) + N (8) N = λ 1 N 1 λ 2 N 2 (9) 12
Teknolojik Araştıralar: HTED 2014 (3) 10-21 Depre Kaynaklı Topla Elektron İçeriği Değişilerinin Araştırılası olarak tanılanır. İyonosferik kod ve faz gecikeleri arasında, d ion,u = Φ ion,u c f A STEC u f 2 (10) biçiindeki yaklaşı kullanılabilir. Burada, A = 40.3 3 /s 2 ve STEC u, alıcı u ve uyduları arasındaki sinyal yolu boyunca olan Eğik Topla Elektron İçeriğini gösterir. Eşitlik (3) teki d ion,u ve eşitlik (8) deki Φ c değerleri yerine eşitlik (10) daki A STEC u ion,u yazılarak geoetriden bağısız doğrusal kobinasyon f f 2 kod ve faz gözleleri, P 4,u = A ( f 1 2 2 f 2 f 2 2 1 f ) STEC u c(dcb + DCB u ) (11) 2 L 4,u = A ( f 1 2 2 f 2 f 2 2 1 f ) STEC u c(dcb + DCB u ) + N (12) 2 elde ediliş olur [13-17]. 2.2. STEC Belirlee Yöntei Eğik Topla Elektron İçeriği (STEC) belirlenirken diferansiyel kod farklarının utlaka bilinesi gereklidir. f 1 ve f 2 frekanslarındaki sinyaller uydu veya alıcı donanılarında farklı yollardan iletilirler. Bu yüzden, DCB ler f 1 ve f 2 frekanslarındaki sinyaller için uydu ve alıcı donanılarına bağlı olarak farklı değerler alırlar [16]. Ancak TEC hesaplaa çalışalarında bu farkların nasıl kullanılacağını gösteren herhangi standart bir prosedür yoktur [16, 18, 19]. Kod ölçüleri ile STEC belirlee çalışalarında en çok; STEC u (n) = 1 A ( f 1 2 2 f 2 f 2 2 1 f ) [P 4,u (n) + c(dcb + DCB u )] (13) 2 eşitliği kullanılır. Burada, n, 1 den N ye kadar kaydedilen örnek sayısını gösterektedir. GPS alıcısının her 30 saniyede bir aldığı veriyi kayıt ettiği düşünülürse 24 saatlik gözle sonucunda N değeri N = 2 60 24 = 2880 olur. STEC değeri psoydo-range ve taşıyıcı faz ölçüleri kullanılarak herhangi bir anda hesaplanabilir. Literatürde, psoydo-range ve taşıyıcı faz ölçülerinin avantajlarını kullanak için L 4 gözlelerini P 4 gözleleriyle kobine eden birçok algorita sunuluştur [15, 20, 21, 22, 23]. Bu çalışada, faz gözleleriyle yuuşatılış daha az gürültülü TEC gözleleri ortaya çıkarılıştır. P 4 gözlelerine L 4 gözleleri kobine edilerek her bir ölçü yolu için yuuşata değerleri; N e B = 1 (P N 4,u (n e ) L 4,u (n e )) e n e =1 (14) elde ediliştir. Burada, B,. uydu için yuuşata değerini; N e, her bir uydu ve alıcı arasındaki ölçü sayısını; n e, her bir uydu ve alıcı arasındaki zaan indisi değerini gösterektedir. Faz ölçüleriyle yuuşatılış kod ölçüleri ile STEC belirleede; 13
Ulukavak, M., Yalçınkaya, M. Teknolojik Araştıralar: HTED 2014 (3) 10-21 STEC u (n) = 1 A ( f 1 2 2 f 2 f 2 2 1 f ) (B + L 4,u (n) + c(dcb + DCB u )) (15) 2 eşitliği kullanılır. 2.3. VTEC Belirlee ve İzdüşü Fonksiyonu Düşey Topla Elektron İçeriği (VTEC) ve STEC arasındaki izdüşü fonksiyonu; VTEC u (n) = STEC u (n)/m(ε (n)) (16) olarak belirtiliştir [22-23]. Burada, M(ε) izdüşü fonksiyonu; M(ε (n)) = [1 ( Rcosε 2 1/2 (n) ) ] R + h (17) biçiindedir. Eşitlik (16) ve (17) deki ε, alıcı ile. uydunun yerel yükseli açısı; h, iyonosferik ince kabuk odeli yüksekliği; R, dünyanın yarıçapıdır [24, 25]. 3. ZAMAN SERİSİ ANALİZİ Zaan serisi analizi ile STEC değişiinin izlenesi trend, peryodik ve stokastik bileşenler olarak üç bileşen ile incelenebilir. Bu çalışada zaan serileri analizi yönteinin stokastik bileşeni inceleneiştir. t i (i = 1,2,3,, N) epoklarında hesaplanış STEC değerleri ( STEC(t i )), STEC(t i ) = STEC(t i ) trend + STEC(t i ) periyodik + STEC(t i ) stokastik (18) gibidir. Zaan serisi analizinin ilk aşaası kaba hataların tespit edilesi ve STEC gözlelerinden çıkarılasıdır. Daha sonra STEC serisi trend bileşenini belirleek için analiz edilir. Zaan serisi içindeki trend bileşeni uzun döneli değişileri polinoal fonksiyonlarla zaan ortaında odeller. Ayrıca trend bileşeninin analizi ile sıfır frekansta pik yapan sinyalin olusuz etkilerinin giderilesinde kullanılır [26-28]. Trend bileşeni, STEC(t i ) trend = c k t i k 1 k=1 (19) eşitliğinden hesaplanır. Burada, c k (k = 1,2,3,, ) paraetreleri, fonksiyonun ertebesine bağlı katsayılardır. Bilineyen trend bileşeni paraetreleri olan c k katsayıları EKK yönteine göre istatistiksel olarak 1 α anlalı güven aralığına göre test edilerek kestirilirler. Paraetrelerin anlalı olaası halinde odel genişletilerek anlalı paraetreler elde edilinceye kadar bu işlee deva edilir. Zaan serisi analizinin periyodik kısının analizinden önce trend bileşeni seriden çıkarılarak, STEC(t i ) detrend = STEC(t i ) STEC(t i ) trend (20) trend giderilelidir. Yüksek-frekanslı değişilerin kısa periyotlu etkilerini ortaya çıkarak için trendi gideriliş zaan serisine yüksek-geçiren filtre, 14
Teknolojik Araştıralar: HTED 2014 (3) 10-21 Depre Kaynaklı Topla Elektron İçeriği Değişilerinin Araştırılası STEC(t i ) filtre = STEC(t i+2 ) detrend 2STEC(t i+1 ) detrend + STEC(t i ) detrend (21) uygulanalıdır. Frekans ortaında spektral sızanın en aza indirilesi için filtreleniş veri Hann pencere fonksiyonu; w(i) = 0.5 0.5cos ( 2πi N ) (22) ile çarpılarak pencereleniş ve trendi gideriliş yüksek frekanslı STEC gözleleri; STEC(t i ) pencere = STEC(t i ) filtre w(i) (23) elde edilir. Trend bileşeni analizini periyodik bileşen analizi takip eder. Bu analiz STEC değerlerinin cosinüs ve sinüs trigonoetrik fonksiyonları ile odellenesiyle; q STEC(t i ) periyodik = [a s cos(2πf s t i ) + b s sin (2πf s t i )] s=1 (24) gerçekleşir. Burada, f s (s = 1,2,3,, q) STEC serisine ait frekanslardır. Bilineyen periyodik bileşen paraetreleri a s ve b s katsayıları EKK yönteine göre istatistiksel olarak 1 α anlalı güven aralığına göre test edilerek kestirilirler. Paraetrelerin anlalı olaası halinde odel genişletilerek anlalı paraetreler elde edilinceye kadar bu işlee deva edilir. f s frekanslarının bilineesi halinde, verilen STEC serisinden bu değerlerin kestirilesi gerekir. Trend bileşeni gideriliş serinin zaan ortaından frekans ortaına dönüşüü hızlı Fourier dönüşüü kullanılarak (FFT) gerçekleştirilir. STEC değerlerinin FFT tanıı; N 1 X(k) = STEC(t i )e jk2π N t i t i =0 (25) biçiindedir. Burada, X(k) STEC zaan serisi içindeki frekanslardır [26-29]. FFT katsayılarının gücü, P xx (k) = X(k) 2. (26) eşitliğinden hesaplanır. STEC serisi içindeki gücü yüksek anlalı frekanslar, frekansların yoğun olduğu kısılarda bulunaktadır [26-28, 30]. Bu frekanslar kullanılarak, zaan serisi analizinin periyodik bileşeninin anlalı paraetreleri a s ve b s EKK yönteine göre kestirilir ve istatistiksel olarak 1 α güven aralığına göre test edilir. Uygulaa, paraetrelerin hepsi anlalı oluncaya kadar deva edilir. 4. YAPILAN ÇALIŞMALAR Bu çalışada, Ege Denizi nin kuzeyinde Çanakkale açıklarında 24 Mayıs 2014 tarihinde, saat 12:25:03 te (-3 UT) eydana gelen Ege Denizi Deprei nin (6.5 Mw) iyonosferde eydana getirdiği değişilerin araştırılası aaçlanıştır. Bu aaçla, deprein erkez üssüne yakın TUSAGA-Aktif ağındaki AYVL, CANA, IPSA ve YENC istasyonlarının verileri kullanılıştır (Şekil 1). 15
Ulukavak, M., Yalçınkaya, M. Teknolojik Araştıralar: HTED 2014 (3) 10-21 Şekil 1. TUSAGA-Aktif İstasyonları Şekil 1 deki TUSAGA-Aktif istasyonlarının gözleleri Harita Genel Koutanlığı nın erişie açtığı arşivinden [31] indiriliştir. Bernese v5.0 GNSS yazılıı ile ölçüler yuuşatılarak (Sooth), faz kayaları (Cycle Slip) ve çok yolluluk (Multipath) etkileri gideriliştir. Bernese v5.0 yazılıı ile DCB değerleri belirleniş ve sonrasında MATLAB ortaında yazdığıız progra ile STEC ve VTEC değişiinin sonuç çıktıları alınıştır. Çalışada veriler iki kapanya halinde değerlendiriliştir. Birinci kapanyada, AYVL, IPSA ve YENC istasyonlarının depreden 29 gün öncesine ve 12 gün sonrasına denk gelen 115. ve 156. GPS günleri arası topla 42 günlük veri kullanılıştır. Depre öncesi ve sonrası iyonosferik TEC değişileri için Eşitlik (15, 16 ve 17) den VTEC değişileri hesaplanıştır. Sonra TEC değerlerinin, jeoanyetik aktiviteden etkilene duruu araştırılıştır. Bu aaçla depre günü olan 24 Mayıs ı da içine alan 25 Nisan - 5 Haziran 2014 tarihleri arasındaki saatlik jeoanyetik aktivite indeksi (Dst) değişii değerleri, Kyoto Üniversitesi Jeoanyetiza ve Uzay Manyetiza Enstitüsü Veri Analiz Merkezi nin web sitesinden [32] alınıştır. Depre öncesi ve sonrası günlere ait saatlik Dst değişii değerlerinin grafiği çizdirilerek inceleniştir (Şekil 6). Şekil 2. Jeoanyetik aktivite indeksi (Dst) değişileri 16
Teknolojik Araştıralar: HTED 2014 (3) 10-21 Depre Kaynaklı Topla Elektron İçeriği Değişilerinin Araştırılası Şekil 2 incelendiğinde depreden öncesi 1 Mayıs ve depre sonrası 5 Haziran a kadar Dst indeksi değişiinin zayıf jeoanyetik aktivite alt sınır değeri olan -50nT değerinden daha alt seviyelere düşediği görülüştür [33]. Böylece bu zaan aralığında iyonosferik TEC değerlerini etkileyecek herhangi bir jeoanyetik aktivite değişiinin oladığına karar veriliştir. Anoral VTEC değişilerini ortaya çıkarabilek ve referans sınır değerlerini belirleek için depre öncesindeki 1 Mayıs - 15 Mayıs tarihleri arasında 15 günlük durağan VTEC değişileri elde ediliştir. VTEC anoalilerine kısıtlaalı üst ve alt sınır belirleek için dizi boyunca edyan (X ), üst kartil (UQ) ve alt kartil (LQ) paraetreleri belirleniştir. Üst sınır değerler, ÜST = X + 1.5(UQ X ) ve alt sınır değerleri ALT = X 1.5(X LQ) eşitliklerinden hesaplanarak çizdiriliştir (Şekil 3). Şekil 3. Ege Denizi Deprei öncesi ve sonrası 42 günlük VTEC değişii Şekil 3 de görüldüğü gibi alt sınır değerin altında kalan VTEC değerlerindeki anoral değişiin depre gününden yaklaşık 1-2 gün önce ortaya çıkıştır. Elde edilen bu anoalilerden ortalaa (μ ) ve standart sapa (σ) hesaplanarak güven aralıklarının üst sınır değeri μ + 1.34σ ve alt sınır değeri μ 1.34σ forüllerinden %70-80 istatistik güvenle bulunuştur [34-35]. Bu bağlada Ege Denizi Deprei öncesi ve sonrasında elde edilen 42 günlük VTEC değişilerinin depre gününden yaklaşık 1-2 gün öncesinde alt sınır değerin altına düştüğü görülüştür. İkinci kapanyada ise AYVL, CANA ve IPSA istasyonlarının depre olduğu gün olan 144. GPS gününde depre anında gözleniş üç GPS uydusuna ait (GPS05, GPS08 ve GPS15) verilerinden, depre anında eydana gelen iyonosferik TEC değişileri inceleniştir. Eşitlik (15) ile hesaplanan STEC değerlerine zaan serisi analizi yapılıştır. Analizde yalnızca trend ve periyodik bileşeninin analizi yapılış, stokastik bileşen analizi yapılaıştır. Trend ve periyodik odel Eşitlik (19 ve 24) ile uzun döneli etkiler belirleniş ve seriden çıkartılarak gözleler ve odel arasındaki kısa periyotlu değişiler elde ediliştir. Belirlenen bu değişilere Eşitlik (21) deki yüksek-geçiren filtre uygulanarak depre anında STEC değişilerine etki eden yüksek frekanslı depre etkilerinin depreden kaç dakika sonra ortaya çıktığı belirleniştir (Şekil 4, 5, 6). 17
Ulukavak, M., Yalçınkaya, M. Teknolojik Araştıralar: HTED 2014 (3) 10-21 Şekil 4. Ege Denizi Deprei anında AYVL istasyonundan gözleniş GPS08 ve GPS05 uyduları verilerinden elde edilen STEC değişileri. Şekil 5. Ege Denizi Deprei anında CANA istasyonundan gözleniş GPS08 ve GPS15 uyduları verilerinden elde edilen STEC değişileri. Şekil 6. Ege Denizi Deprei anında IPSA istasyonundan gözleniş GPS08 ve GPS05 uyduları verilerinden elde edilen STEC değişileri. 18
Teknolojik Araştıralar: HTED 2014 (3) 10-21 Depre Kaynaklı Topla Elektron İçeriği Değişilerinin Araştırılası Şekil (4, 5 ve 6) te görüldüğü gibi kısa periyotlu değişilerin STEC değerlerine olan etkileri depre anından sonra AYVL istasyonu GPS08 ve GPS05 nolu uydulara ait sinyallerde yaklaşık 4 dakika, CANA istasyonu GPS08 ve GPS15 nolu uydulara ait sinyallerde yaklaşık 6 dakika ve IPSA istasyonu GPS08 ve GPS05 nolu uydulara ait sinyallerde yaklaşık 7 dakika sonra ortaya çıkaktadır. 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Bu çalışada, AYVL, IPSA ve YENC istasyonlarının 115. ve 156. GPS günü arası VTEC değişileri depre öncesi iyonosferik TEC te eydana gelen değişilerin belirlenesi için çizdiriliş ve deprein eydana geldiği bu bölgede depre öncesi VTEC değişilerinin depre gününden yaklaşık 1-2 gün öncesinde ortaya çıktığı görülüştür. Yapılan diğer çalışada ise eydana gelen deprein AYVL, CANA ve IPSA istasyonlarının STEC değerlerine etkisinin depreden yaklaşık 4 ile 7 dakika sonra ortaya çıktığı görülüştür. Jeoanyetik aktivite (Dst) değerlerinin de 25 Nisan - 5 Haziran 2014 tarihleri arasındaki saatlik değişilerine bakılış ve deprein öncesinde ve sonrasında 20nT değerinden daha üst seviyelere çıkadığı görülüştür. Sonuç olarak bu tarihler arasında iyonosferik TEC değişilerini etkileyecek herhangi bir jeoanyetik aktivitenin oladığı görülüştür. Sonuçlar deneysel ve istatistiksel yönteler ile ortaya çıkarılış olsa da, depre öncesi belirtilerin kesin olarak belirlenebilesi için bölgede daha fazla araştıra yapılası gerekektedir. Ortaya çıkan odeller ancak o bölgede belirlenen öncüleri odelleyebilektedir diyebiliriz fakat daha fazla dış paraetre ile odelleenin yapılası gerekebilir. Farklı bölgeler için yapılan aynı çözülerde bu aşaada geçerli olayabilir. Bu aaçla sonuçların daha güvenilir olası için birçok disiplinin ortaklaşa çalışası ile bölgesel odellerin oluşturulası gerekektedir. NOT Bu çalışa, Hitit Üniversitesinde 15-17 Eki 2014 tarihleri arasında gerçekleştirilen 7. Mühendislik Ölçeleri Sepozyuunda sunulan Depre Kaynaklı Topla Elektron İçeriği Değişilerinin Araştırılası: Ege Denizi Deprei (24.05.2014 Mw:6.5) başlıklı çalışanın revize ediliş ve genişletiliş halidir. 6. KAYNAKLAR 1. Wyss M., 1997, Second Round of Evaluations of Proposed Earthquake Precursors, Pure and Applied Geophysics,149, 1997, 3-16. 2. Pulinets S. A., Boyarchuk K. A., 2004, Ionospheric Precursors of Earthquakes, Springer, New York, NY, USA, 2004. 3. Barnes R. A. and Leonard R. S., 1965, Observations of ionospheric disturbances following the Alaska earthquake, J GeophysRes 70: 1 250 1 253. 4. Liu, J. Y, Chen Y. I, Pulinets, S. A. and Chuo, Y. J., 2000a, Seiso-ionospheric signatures prior to M>6.0 Taiwan earthquakes. Geophys Res Lett 27(19): 3 113 3 116. 5. Liu J. Y, Chuo Y. J. and Chen Y. I., 2001b, Ionospheric GPS TEC perturbations prior to the 20 Septeber 1999, Chi-Chi earthquake. Geophys Res Lett 28: 1 383 1 386. 6. Liu, J. Y., Chuo, Y. J., Shan, S. J., Tsai, Y. B., Chen, Y. I., Pulinets, S. A. and Yu, S. B., 2004, Pre-earthquake ionospheric anoalies registered by continuous GPS TEC easureents, Annales Geophysicae, 22, 2004, 5, 1585-1593, 10.5194/angeo-22-1585-2004. 7. Liu, J. Y., Chen, Y. I., Chuo, Y. J. and Chen, C. S., 2006, A statistical investigation of preearthquake ionospheric anoaly, Journal of Geophysical Research: Space Physics, 111, A5, 2156-2202, 10.1029/2005JA011333. 19
Ulukavak, M., Yalçınkaya, M. Teknolojik Araştıralar: HTED 2014 (3) 10-21 8. Pulinets S. A., 1998, Strong earthquakes prediction possibility with the help of top side sounding fro satellites. Advances in Space Research 21(3): 455 458. 9. Dauterann T., Calais E, Haase J., and Garrison J., 2007, Investigation of ionospheric electron content variations before earthquakes in southern California, 2003 2004. J GeophysRes 12: 1 230 1 231. 10. Du P. R., Jiang H. R. and Guo Q. S., 1998, Research on possibility of ionospheric anoalies as an earthquake precursor. Earthquake18(2): 119 126 (in Chinesewith English abstract). 11. Singh, V.,Chauhan V., Singh O.P., and Singh B., 2010, Ionospheric effect of earthquakes as deterined fro ground based TEC easureent and satellite data, Indian J. of Radio& Space Phys., 39, 63-70, 2010. 12. Pulinets S., Kotsarenko, A.N., Ciraolo, L., and Pulinets, I.A., 2007, Special case of ionospheric day today variability associated with earthquake preparation, Adv. Space Res., 39, 970-977, 2007. 13. Dach, R., Hugentobler, U., Fridez, P. and Meindl, M., 2007, Manual of Bernese GPS Software Version 5.0. Astronoical Institute. University of Bern. 14. Leick, A., 2004, GPS Satellite Surveying. 3rd ed., John Wiley and Sons Inc., New Jersey. 15. Jin, R., Jin, S.G. and Feng, G.P., 2012, M_DCB: Matlab code for estiating GNSS satellite and receiver differential code biases, GPS Solut., 16(4), 541-548, doi: 10.1007/s10291-012-0279-3. 16. Kojathy, A., 1997, Global Ionospheric Total Electron Content Mapping Using the Global Positioning Syste. Ph.D. Thesis, Dept. of Geodesy and Geoatics Engineering Technical Report No. 188. Univ. of New Brunswick, Fredericton, New Brunswick, Canada. 17. Liao, X., 2000, Carrier phase based ionosphere recovery over a regional area GPS network. M.Sc. Thesis, Univ. of Calgary, Canada. 18. Makalea, J. J., Kelley, M. C., Sojka, J. J., Pi, X., and Manucci, A. J., 2001, GPS noralization and preliinary odeling results of total electron content during idlatitude space weather event. Radio Sci. 36, 356 361. 19. Warnant, R., 1997, Reliability of the TEC coputed using GPS easureents - The proble of hardware biases. Acta Geod. Geoph. Hung. 32(3 4), 451 459. 20. Jakowski, N., Sardon, E., Engler, E., Jungstand, A., and Klahn, D., 1996, Relationships between GPS-signal propagation errors and EISCAT observations. Ann. Geophysicae. 14, 1429 1436. 21. Kojathy, A., Langley, R., 1996, An assesent of predicted and easured ionospheric total electron content using a regional GPS network. paper presented at Nat. Tech. Meet., Inst. of Nav., Santa Monica, CA 22 24 January. 22. Lanyi, G. E., Roth, T., 1988, A Coparison Of Mapped And Measured Total Ionospheric Electron Content Usin Global Positioning Syste And Beacon Satellite Observations. Radio Sci., 23, 483 492. 23. Otsuka, Y., Ogawa, T., Saito, A., Tsugawa, T., Fukao, S. and Miyazaki, S., 2002, A new technique for apping of total electron content using GPS network in Japan, Earth Planets Space, 54, 63 70. 24. Schaer, S., 1999, Mapping and Predicting the Earth's Ionosphere Using the Global Positioning Syste. Geodatisch-geophysikalische Arbeiten in der Schweiz, Vol. 59. 25. Wild, U., 1994, Ionosphere and Geodetic Satellite Systes: Peranent GPS Tracking Data for Modeling and Monitoring. Geodatisch-geophysikalische Arbeiten in der Schweiz, Vol. 48. 26. Jenkins, G.M. and Watts, D.G., 1968, Spectral analysis and its applications, Holden-Day series in tie series analysis, Holden-Day. 27. Mills, T.C., 2011, The Foundations of Modern Tie Series Analysis, Palgrave Macillan perspectives in econoetrics, Palgrave Macillan, isbn:9780230290181. 28. Tsay, R. S., 2010, Frontatter, in Analysis of Financial Tie Series. Third Edition, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, USA. doi: 10.1002/9780470644560.fatter 29. Chatfield C., 1996, The Analysis Of Tie Series. Chapan & Hall/ CRC. 283 pp. 30. Erdogan H., and Arslan N., 2009, Identification of vertical total electron content by tie series analysis. Digital Sig. Proc. Volue 19, Issue 4, July, Pages 740-749, ISSN 1051-2004, http://dx.doi.org/10.1016/j.dsp.2008.07.002. 20
Teknolojik Araştıralar: HTED 2014 (3) 10-21 Depre Kaynaklı Topla Elektron İçeriği Değişilerinin Araştırılası 31. http://sunu.hgk.sb.gov.tr/ TUSAGA-Aktif İstasyonlarına ait RINEX gözle dosyaları (.14O), (Erişi Tarihi: 20 Teuz 2014). 32. http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/dst_realtie/201404/index.htl Kyoto Üniversitesi Jeoanyetiza ve Uzay Manyetiza Enstitüsü Veri Analiz Merkezi Jeoanyetik Aktivite Değişii Değerleri (Dst) (Erişi Tarihi: 29 Teuz 2014). 33. Loewe, C. A., Prölss, G. W., 1997, Classification and ean behavior of agnetic stors, J. Geophys. Res., 102(A7), 14209 14213, doi:10.1029/96ja04020. 34. Genceli, M., 1989, Ekonoetride İstatistik İlkeler, Filiz Kitabevi, İstanbul. 35. Liu, J.Y., Chen, C.H., Chen, Y.I., Yang, W.H., Oyaa, K.I. and Kuo, K.W., 2010, A statistical study of ionospheric earthquake precursors onitored by using equatorial ionization anoaly of GPS TEC in Taiwan during 2001 2007, Journal of Asian Earth Sciences, Volue 39, Issues 1 2, 1 July 2010, Pages 76-80, ISSN 1367-9120, http://dx.doi.org/10.1016/j.jseaes.2010.02.012. 21