Effect of crust density variation on gravimetric geoid determination

Öz

One of the most important goals of geodesy is to determine the geoid model with an accuracy of ±1 cm. This accuracy has not been achieved in many regions of world yet. This is partly due to the unknown density of the topographic masses of the regions. In general, the density value is taken as 2.67gr/cm³, which is a global average. However, the average density value differs from the actual density of the topographic masses by approximately %10 to %20 per cent. To achieve the optimum geoid accuracy mentioned above, it is necessary to take into account the density variation in the determining gravimetric geoid as well. One of the ways to achieve the density value is to use global, regional and local crust models. The local density model produced for the region of interest is the most convenient way for the modeling the topographic masses. According to the previous studies, the effect of density on the geoid is significant particularly in mountainous regions. The density values obtained from global and regional models in our study area differs approximately ±%10 percent from the global average. It was investigated to what extent this difference affects gravimetric regional geoid determination in Konya Closed Basin.

Anahtar Kelimeler

• Gravimetric geoid determination
• KTH method
• Topographic correction
• Density effect

Kabuk yoğunluğunun gravimetrik jeoit belirlemeye etkisi

Öz

Jeodezinin en önemli amaçlarından biri ±1 cm doğruluklu jeoit modelini belirlemektir. Dünyanın birçok bölgesinde henüz bu doğruluğa ulaşılamamıştır. Bu, kısmen bölgelerin topografik kitlelerinin yoğunluğunun bilinmemesinden kaynaklıdır. Genelde yoğunluk değeri global ortalama olan 2.67 gr/cm³ alınır. Ancak ortalama yoğunluk değeri, topografik kitlelerin gerçek değerinden yaklaşık %10 ile %20 arasında farklıdır. Yukarıda bahsedilen optimum jeoit doğruluğuna ulaşmak için gravimetrik jeoit belirlemede yoğunluk değişiminin de hesaba katılması gerekir. Bu yoğunluk değerini elde etmenin yollarından biri küresel, bölgesel ya da yerel kabuk modellerini kullanmaktır. İlgili bölge için üretilen yerel yoğunluk modeli, topografik kitlelerin modellenmesi için en uygun yoldur. Daha önce yapılan çalışmalara göre özellikle dağlık bölgelerde yoğunluğun jeoide etkisi anlamlıdır. Çalışma alanımızda küresel ve bölgesel modellerden belirlenen yoğunluk değerleri, küresel ortalama değerden yaklaşık ±%10 oranında daha farklıdır. Bu farkın Konya Kapalı Havza’sında gravimetrik bölgesel jeoit belirlemeye ne ölçüde etki ettiği araştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• gravimetrik jeoit belirleme
• KTH metodu
• topografik düzeltme
• yoğunluk etkisi

Kaynakça

1. A. Hunegnaw, The effect of lateral density variation on local geoid determination. Bollettino di Geodesia er Scienze Affini, 60(2), 125-144, 2001.
2. L. E. Sjöberg, The effect on the geoid of lateral topographic density varitations. Journal of Geodesy, 78, 34-39, 2004. https://doi.org/10.1007/s00190-003-0363-0
3. R. Kiamehr, The ımpact of lateral density variation model in the determination of precise gravimetric geoid in mountainous areas: A case study of Iran. Geophysical Journal International, 167, 521-527, 2006. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2006.03143.x
4. M. Varga, The application of crustal models in regional modelling of the earth’s gravity field. Doctoral Thesis, University of Zagreb Faculty of Geodesy, Zagreb, Crotia, 2018.
5. R. A. Abbak and A. Üstün, A software package for computing a regional gravimetric jeoit model by the KTH method. Earth Science Informatics, 8(1), 255-265, 2015. https://doi.org/10.1007/s12145-014-0149-3
6. R. A. Abbak, Fiziksel Jeodezi Teori ve Uygulama (üçüncü baskı). Atlas Akademi Yayınları, Konya, Türkiye, 2020.
7. L. E. Sjöberg, Least squares combination of satellite and terrestrial data in physical geodesy. Ann. Geophys., 37(1), 25-30, 1981.
8. L. E. Sjöberg, A general model for modifying stokes formula and its least-squares solution. Journal of Geodesy, 77, 459-464, 2003a. https://doi.org/ 10.1007/s00190-003-0346-1

9. L. E. Sjöberg, The topografic bias by analytical continuation in physical geodes. Journal of Geodesy, 87, 345-350, 2007. https://doi.org/10.1007/s00190-006-0112-2
10. L. E. Sjöberg, The IAG approach to the atmospheric geoid correction in Stokes formula and a new strategy. Journal of Geodesy, 73, 459-464, 1999. https://doi.org/10.1007/s001900050254
11. A. Ellmann, L. E. Sjöberg, Elipsoidal correction for the modified Stokes formula. Bold. Geod. Sci. Aff., 63, 153-172, 2004.
12. L. E. Sjöberg, A solution to the downward continuation effect on the geoid determination by Stokes formula. Journal of Geodesy, 77, 94-100, 2003b. https://doi.org/10.1007/s00190-002-0306-1
13. R. A. Abbak, Global yer potansiyel modellerin spektral yöntemlerle değerlendirilmesi ve jeoit belirleme için yerel olarak iyileştirilmesi. Doktora Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 2011.
14. H. T. Arlı İl, R. A. Abbak, Accuracy analysis of ASTER and SRTM digital dlevation models: A case study in Turkey. International Multidisciplinary Scientific Geoconference, 47-52, Bulgaria, 2017. https://doi.org/10.5593/sgem2017/22
15. SRTM, Shuttle Radar Topography Mission. http://www2.ipl.nasa.gov/srtm Erişim tarihi: 25.02.2020
16. ICGEM, International Center of Global Earth Models. http://icgem.gfz-postdam.de/ICGEM Erişim tarihi: 14.02.2020
17. O. Akyilmaz, A. Üstün, C. Aydın, N. Arslan, S. Doğanalp, C. Güney, H. Mercan, S. O. Uygur, M. Uz and O. Yağcı, ITU_GGC16 The Combined Global Gravity Field Model Inculuding GRACE & GOCE Data 1Up to Degree and Order 280. GFZ Data Services, Technical report, 2016. https://doi.org/10.5880/icgem. 2016.005
18. G. Laske, G. Masters, Z. Ma and M. Pasyanos, Update on CRUST1.0-A 1 Degree Global Model of Earth’s Crust. Geophys. Res. Absracts 15, Abstract EGU2013-2658, 2013.
19. L. Molinari and A. Morelli, Epcrust: A reference crustal model for the european plate. Geophys. J. Int., 185(1), 352-364, 2011. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2011.04940.x