Düşey gravite gradyentinin yersel ve global değişiminin izlenmesi: Sümela Manastırı örneği

Yıl 2025, Cilt: 15 Sayı: 2, 463 - 473, 15.06.2025

Mehmet Tütüncü , Nazan Yılmaz

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.1647915

Öz

Düşey gravite gradyenti (DGG) topoğrafyada ölçülen gravitenin jeoide indirgenmesi için önemlidir. DGG’nin ölçümünün zor olması, uzun zaman almasından dolayı çalışmalarda genellikle global yerpotansiyel modellerden elde edilen DGG değerleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada Trabzon Sümela Manastırı çevresinde sarp ve dağlık bir güzergahta eş zamanlı olarak 115 noktada yapılan gravite ölçüleri ile hassas nivelman ölçüleri yardımıyla yersel olarak DGG değerleri belirlenmiştir. Çalışma sahasında aynı zamanda GNSS ölçüleri de yapılarak global yerpotansiyel modeller (EGM2008, ITU_GGC16, XGM2019) yardımıyla global DGG değerleri hesaplanmıştır. Yersel ölçülerden elde edilen DGG değerleri ile global yerpotansiyel modellerden elde edilen DGG değerleri karşılaştırılmıştır ve yersel DGG değerlerinin yükseklikle değişimi lineer ve kuadratik (non-lineer) denklemlerle ifade edilmiştir. Karşılaştırılan DGG büyüklük farklarına ait minimum, maksimum, ortalama ve karesel ortalama hata değerleri (KOH) hesaplanmıştır. DGG farklarına ait en küçük KOH değerine göre yersel ölçülere en iyi uyum sağlayan global yerpotansiyel modelin ITU_GGC16 olduğu tespit edilmiştir. İstatistiksel sonuçlar incelendiğinde, global yerpotansiyel modeller yerine yeryüzünde doğrudan ölçülen düşey gravite gradyenti değerlerinin kullanılmasının gerekliliği bir daha ortaya konulmuştur.

Anahtar Kelimeler

Düşey gravite gradyenti , Gravite , Global yerpotansiyel model

Destekleyen Kurum

Karadeniz Teknik Üniversitesi BAP Birimi

Proje Numarası

10862

Observation of local and global changes of vertical gravity gradient:the case of Sumela Monastery

Öz

The vertical gravity gradient (VGG) is crucial for reducing gravity values measured on the topography to the geoid. Due to the difficulty and time-consuming nature of VGG measurements, values derived from global geopotential models are commonly used in practical studies. In this study, terrestrial VGG values were determined based on gravity observations conducted simultaneously at 115 stations, along with precise leveling measurements, along a steep and mountainous route in the vicinity of the Sümela Monastery in Trabzon, Türkiye. In addition, GNSS observations were carried out in the study area, and global VGG values were computed using various global geopotential models (EGM2008, ITU_GGC16, XGM2019). The terrestrial VGG values were then compared with the model-derived values, and the variation of the terrestrial VGG with height was modeled using both linear and quadratic (non-linear) equations. The minimum, maximum, mean, and root mean square error (RMSE) values of the differences between terrestrial and model-based VGG values were calculated. Based on the lowest RMSE among the compared models, the ITU_GGC16 model was found to provide the best agreement with the terrestrial measurements When the statistical information was analyzed, it was observed that using directly measured vertical gravity gradient values on the ground instead of global geopotential models gave better results.

Anahtar Kelimeler

Vertical gravity gradient , Gravity , Global geopotential model

Proje Numarası

10862

Kaynakça

• Akdoğan, Y. A., Ahi, G. O., & Yildiz, H. (2024). Computation of gravimetric geoid model using free air vertical gravity gradient anomaly in geoid-quasigeoid formula. Journal of Applied Geophysics, 220, 105277. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2023.105277
• Akdoğan, Y. A. (2020). Yersel düşey gravite gradyent verilerinin bölgesel gravimetrik jeoit modellemeye katkısının incelenmesi [Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Bruce, P., Bruce, A., & Gedeck, P. (2020). Practical statistics for data scientists: 50+ essential concepts using R and Python. O'Reilly Media. Second Edition.2020
• Csapó, G., & Völgyesi, L. (2004). New measurements for the determination of local vertical gradients. Reports on Geodesy, 69(2), 303-308.
• Dykowski, P. (2012). Vertical gravity gradient determination for the needs of contemporary absolute gravity measurements-first results. Reports on Geodesy, (1/92), 23-36.
• Heiskanen, W. A., & Moritz, H. (1967). Physical geodesy. (O. Gürkan, Çeviri). Karadeniz Üniversitesi Basımevi. (1984)
• Hunt, T., Sugihara, M., Sato, T., & Takemura, T. (2002). Measurement and use of the vertical gravity gradient in correcting repeat microgravity measurements for the effects of ground subsidence in geothermal systems. Geothermics, 31(5), 525-543.
• ICGEM (2024, Aralık 4), Calculation of Gravity Field Functionals on User-Defined Points. https://icgem.gfz-potsdam.de/calcpoints
• Odalovic, O., Medved, K., & Naod, S. (2022). Modeling of vertical gravity gradient by normal gravity field and digital terrain models. Journal of Geodesy, 96(10), 74.
• Rózsa, S., & Tóth, G. (2005). Prediction of vertical gravity gradients using gravity and elevation data. In A Window on the Future of Geodesy. 344-349.
• Simav, M., Akpınar, İ., Akdoğan, Y. A., & Yıldız, H. (2021). Türkiye’de Güncel Yersel Gravimetri Çalışmaları. Harita Dergisi Ankara, 166, 10-24.
• Tenzer, R., & Ellmann, A. (2009). On evaluation of the mean gravity gradient within the topography. In Observing our Changing Earth, 253-261
• Vanicek, P., Janák, J., & Huang, J. (2002). Mean vertical gradient of gravity. In Gravity, Geoid and Geodynamics. 59-262.
• Völgyesi, L. (2001). Local geoid determination based on gravity gradients. Acta Geodaetica et Geophysica Hungarica, 36(2), 153-162.
• Zahorec, P., Vajda, P., Papčo, J., Aparicio, S. S. M., & De Pablo, J. P. (2016). Prediction of vertical gradient of gravity and its significance for volcano monitoring–Example from Teide volcano. Contributions to Geophysics and Geodesy, 46(3), 203-220.
• Zahorec, P., Papčo, J., Greco, F., Vajda, P., Pašteka, R., Cantarero, M., & Carbone, D. (2024). Observation and Local Prediction of the Vertical Gravity Gradient. IEEE Instrumentation & Measurement Magazine, 27(6), 11-16.