Antalya-II, Bodrum-II, Erdek ve Menteş mareograf istasyonlarına ait 1984-2002 yılları arası deniz seviyesi ve jeodezik ölçülerin değerlendirilmesi

Türkiye Ulusal Deniz Seviyesi İzleme Sistemi (TUDES) halihazırda Ankara veri merkezi ve Akdeniz kıyılarında Antalya-II ve Erdemli, Ege denizi kıyılarında Bodrum-II ve Menteş, Marmara denizi kıyısında Erdek mareograf istasyonu ve Karadeniz kıyılarında ise Amasra, İğneada ve Trabzon-Il mareograf istasyonlarından oluşmakta olup TUDES'in genişletilmesi çalışmaları devam etmektedir. TUDES kapsamında deniz seviyesi ile yardımcı meteorolojik parametreler sayısal ve yüksek doğrulukta elde edilmektedir. Veri merkezinde mareograf istasyonlarındaki verilerin aktarılması, kalite kontrol ve analiz işlemlerinden geçirilmesi faaliyetleri yürütülmektedir. 1998 yılı ve 1999 yılı başlarında Antalya-II, Bodrum-II, Erdek ve Menteş şamandıralı analog mareograf istasyonlarının, akustik prensiple çalışan modern teknoloji ürünü sayısal ve otomatik mareograf istasyonları ile modernize edilmesinden sonra, deniz seviyesi ölçüleri ve yardımcı meteorolojik parametreler sayısal formda ve yüksek kalitede elde edilmeye başlanmıştır. Analog deniz seviyesi ölçme sistemleri ile sayısal ve otomatik deniz seviyesi ölçme sistemleri arasındaki datum dönüşümleri I nci derece duyarlı geometrik nivelman ölçüleri ile yapılarak yeni sistemdeki (akustik deniz seviyesi ölçme aleti) ölçülerin daturnu, eski sistemin (şamandıralı dinlendirme kuyulu analog deniz seviyesi ölçme sistemi) datumuna dönüştürülmüş ve böylece deniz seviyesi ölçülerinde veri devamlılığı sağlanmıştır. Sayısal ve otomatik mareograf istasyonlarında elde edilen yüksek kaliteli ve güvenilir deniz seviyesi ölçüleri, eski sistemle elde edilen deniz seviyesi ölçülerinin kalite kontrol işlemleri için gerekli olan gelgit kestirimlerinin yapılmasında kullanılmıştır. Dört mareograf istasyonunda sayısal ve otomatik mareograf sisteminden elde edilen yaklaşık bir yıl uzunluğunda yüksek doğruluklu ve kaliteli saatlik deniz seviyesi ölçüleri kullanılarak gelgit analizleri yapılmış ve her bir mareograf istasyonu için gelgit bileşenlerinin genlik ve faz açıları belirlenmiştir. Dört mareograf istasyonunda hesaplanan gelgit bileşenleri kullanılarak gelgit tipleri belirlenmiştir. Antalya-II, Bodrum-II ve Menteş mareograf istasyonlarında karışık tipte (temel olarak yarım günlük) ve Erdek mareograf istasyonunda ise karışık tipte (temel olarak günlük) gelgitin baskın olduğu ortaya çıkarılmıştır. Elde edilen gelgit bileşenleri temel alınıp, gelgit kestirimi ile diğer yıllar için saatlik deniz seviyesi değerleri hesaplanmıştır. Daha sonra, Antalya-II, Bodrum-II ve Menteş mareograf istasyonlarında 18 yıllık (1985-2002) ve Erdek mareograf istasyonunda 19 yıllık (1984-2002) saatlik deniz seviyesi ölçüleri ile kestirilen saatlik deniz seviyesi değerleri karşılaştırılarak kalite kontrol işlemine tabi tutulmuş ve datum kayıklığı ile zaman hataları giderilmeye çalışılmıştır. Kalite kontrolden geçirilmiş saatlik deniz seviyesi ölçülerine 119 noktalı alçak frekans filtresi uygulanarak günlük ortalama deniz seviyesi değerleri ve günlük ortalama değerlerin basit aritmetik ortalaması alınarak aylık ortalama deniz seviyesi değerleri bulunmuştur. Söz konusu dört mareograf istasyonuna ait aylık Ortalama Deniz Seviyesi (ODS) değerleri Harmonik analiz yöntemiyle değerlendirilerek Ortalama Deniz Seviyesi ve ODS'nin bağıl doğrusal değişimleri hesaplanmıştır. Buna göre Antalya-II, Bodrum, Menteş ve Erdek mareograf istasyonlarında ODS'nin bağıl doğrusal değişimleri sırasıyla 8.7+0.8 mm/yıl, 3.3$pm$1. l mm/yıl, 6.8$pm$0.9 mm/yıl ve 9.6$pm$0.9 mm/yıl olarak bulunmuştur. Bodrum-II mareograf istasyonundaki ortalama deniz seviyesi değişimi global deniz seviyesi yükselişi tahminleri ileoldukça uyumlu bulunurken, Antalya-II, Menteş ve Erdek mareograf istasyonlarında ise global tahminlerden oldukça yüksek ortalama deniz seviyesi yükseliş hızları belirlenmiştir. Global deniz seviyesi yükseliş tahminlerinden daha büyük olan bu bağıl deniz seviyesi yükselişlerinin düşey yer kabuğu hareketlerinden kaynaklanıp kaynaklanmadığını araştırmak amacıyla, mareograf istasyonları lokal nivelman ağlarında bulunan Mareograf-GPS noktalarında 1992-2002 döneminde gerçekleştirilen tekrarlı GPS ve duyarlı geometrik nivelman ölçülerinin birlikte değerlendirilmesi ile Bodrum-U ve Menteş Mareograf-GPS noktalarında istatistiksel olarak anlamlı bir düşey hareket bulunmazken, Antalya-II ve Erdek mareograf asıl röperlerinin sırasıyla -5.3$pm$1.8 mm/yıl ve -8.4$pm$3.0 mm/yıl hızla çöktüğü tespit edilmiştir. Antalya-II ve Erdek mareograf istasyonlarındaki bağıl deniz seviyesi değişimlerinin belirgin olarak mareograf istasyonlarının bulunduğu karanın lokal yada bölgesel çökmesinden kaynaklandığı değerlendirilmektedir. Bodrum-II mareograf istasyonundaki ortalama deniz seviyesinin bağıl değişimi (3.3$pm$1.1 mm/yıl), global deniz seviyesi yükselişi tahminlerine oldukça yakın olup, aynı zamanda tekrarlı GPS ve duyarlı geometrik nivelman ölçülerinin birlikte değerlendirilmesi ile elde edilen asıl mareograf röperinde anlamlı bir mutlak düşey hareket olmadığı sonucu ile uyuşmaktadır. Menteş mareograf istasyonu ortalama deniz seviyesinin 6.8$pm$0.9 mm/yıl bir hızla yükseldiği belirlenmiş ancak tekrarlı GPS ölçüleri ile anlamlı bir düşey hareket belirlenmemiştir. Dört mareograf istasyonunda da Antalya-II ve Erdek mareograf istasyonlarında lokal yada bölgesel düşey yer kabuğu hareketlerinden kaynaklandığı değerlendirilse de, yerel (bağıl) 3-10 mm/yıl oranında bir ortalama deniz seviyesi yükselme trendi bulunmuştur. Yerel deniz seviyesi değişimlerinin yerleşim alanlarında verimli toprakların, yol vb. gibi mühendislik yapıların deniz suyu altında kalmasına sebep olabileceği değerlendirilmektedir. Bu sebeple tespit edilen bağıl seviyesi trendlerinin Türkiye kıyı alanları planlarında göz önünde bulundurulması önerilmektedir.

Analysis of sea level and geodetic measurements of Antalya-II, Bodrum-II, Erdek and Menteş tide gauges in the period of 1984-2002

Turkish National Sea Level Monitoring System (TUSELS) at present has Ankara data center and tide gauge stations namely Antalya-II and Erdemli at Mediterranean eoasts, Bodrum-II and Mentes at Agean Sea coasts, Erdek at Sea of Marmara coast, Amasra, Trabzon-II and İğneada at Black Sea coasts and the works for the enlargement of TUSELS still continue. Under the frame of TUSELS, sea level measurements and ancillary meteorological parameters are collected in digital form with high accuracy. At the data center the activities of transferring, quality control and analysis of tide gauge data are carried out. After the modernization of the analogous floating tide gauges at Antalya-II, Bodrum-II, Erdek and Mentes with state-of-the art digital and automatic tide gauges with acoustic type sea level sensors in 1998 and at the beginning of 1999, sea level measurements and ancillary meteorological parameters are begun to be collected in digital form with high accuracy. Datum connection between the analogous sea level measurement systems and the digital and automatic sea level measurement systems are performed by the first order precise leveling and the datum of the new system (acoustic sea level measurement device) are transformed to the old system's datum (analogous floating sea level measurement system with stilling well), thus data continuity of sea level measurements is made. The reliable sea level measurements of high quality collected by digital and automatic tide gauges are used for making tidal predictions required for quality control of the sea level data of analogous systems. For each tide gauge, tidal analyses are performed and amplitudes and phase angles of tidal constituents are determined using hourly sea level measurements of good quality collected by digital and automatic tide gauges. The tidal types are determined by using the tidal constituents obtained from tidal analysis. It is revealed that mixed type (mainly semi-diurnal) tides are dominant at Antalya-II, Bodrum-II and Mentes tide gauges while the mixed type (mainly diurnal) tides are dominant at Erdek tide gauge. Based on the tidal constituents obtained, the hourly sea level values for the other years are calculated by tidal prediction. Then, hourly sea level values of 18 years (1985-2002) for Antalya-II, Bodrum-II and Mentes tide gauges and of 19 years (1984-2002) for Erdek tide gauge are quality controlled by comparing them with the predicted values and datum shifts and time errors are removed as much as possible. Daily values are computed by applying a 119-point low-pass filter to the hourly sea level values and monthly values are obtained from the daily values with a simple average. Harmonic analysis is applied to the monthly sea level values of four tide gauges and mean sea levels (MSL) and relative changes of MSLs are calculated. From this, relative MSL changes at Antalya-II, Bodrum-II, Mentes and Erdek are found to be 8.7$pm$0.8 mm/yr, 3.3$pm$1.1 mm/yr, 6.8$pm$0.9 mm/yr and 9.6$pm$0.9 mm/yr respectively. While the relative mean sea level change at Bodrum-II is found to be in good agreement with the global sea level rise estimates, it is found to be much higher than the global sea level rise estimates at Antalya-II, Mentes and Erdek tide gauges. In order to investigate whether these relative sea level rises higher than the global sea level rise estimates are caused from the vertical erustal movements or not, episodic GPS measurements carried out at Tide gauge-GPS benchmarks of the local levelling networks of tide gauges in the period of 1992-2002 and the precise leveling measurements are evaluated.While no statistically significant vertical motion are detected at Bodrum-11 and Mentes Tide gauge-GPS benchmarks, the primary tide gauge benchmarks of Antalya-II and Erdek tide gauges are found to be moving vertically down with rates of-5.3$pm$1.8 mm/yr and -8.4$pm$3.0 mm/yr respectively. It is evident that the relative sea level changes at Antalya-II and Erdek tide gauges arc clearly caused from the local or regional subsidence of the crust where those tide gauges are located. Relative MSL change at Bodrum-II (3.3$pm$1.1 mm/yr) which is close to the global sea level rise estimates is also consistent with the results obtained from epiosodie GPS and precise leveling measurements giving no significant absolute vertical motion at primary tide gauge benchmark. The relative MSL at Mentes tide gauge is found to be rising with a rate of 6.8$pm$0.9 mm/yr, but no significant vertical motion is detected by episodic GPS measurements. At four tide gauges, 3-10 mm/yr local (relative) mean sea level rises are found, although, for Antalya-II and Erdek tide gauges it is considered to be caused from the local or regional downward vertical motion of the crust. It is thought that the relative mean sea level changes may cause the valuable agricultural lands and engineering constructions such as roads etc. to go under the sea. Therefore, it suggested that the relative mean sea level trends should be taken into account in the coastal area plans of Turkey.

Kaynakça

/1/ Ayhan,M.E.,Hekimoğlu, Ş.,Demir,C, Şanlı, D.U., Kahveci, M. Secular Variation of Mean Sea Level and Vertical Crustâl Motion Using Tide Gauge and GPS data, First Turkish International Syposium on Deformations, 5-9 September, Istanbul, 1994.

/2/ Baker, T.F.Absolute Sea Level Measurements, Climate Change and Vertical Crustal Movements, Global and Planetary Change, (8), pp: 149-159, 1993.

/3/ Bartex, Inc.User's guide 4100 Series Aquatrak, Annapolis, MD,USA, 1995.

/4/ Caldwell, P. Sea Level Data Processing Software on IBM PC Compatible Microcoputers. Version 3.0 (Year 2000 Compliant) National Oceanographic Data Center and University of Hawaii Sea Level Center, Honolulu, Hawaii, 1998.

/5/ Campbell Scientific, Inc.ID2000 Instruction Manual, Logan, Utah, USA, 1995.

/6/ Campbell Scientific, Inc.PC208W Datalogger Support Software Instruction Manual, Logan, Utah, USA, 1997.

/7/ Carrera,G.,Vanicek, P.The Use of Sea Level Tide Gauge Observations in Geodesy, Lighthouse Edition No: 31, pp: 13-16, 1985.

/8/ Carter,W.E,Aubrey, D.G.,Baker, T.,Boucher,C, Le Provost,C, Pugh, D., Peltier,W.,Zumberge, M.Rapp, R., Schutz,B.,Emery,K., Enfield,D. Geodetic Fixing of Tide Gauge Bench Marks, in Woods Hole Oceanographic Institution, Technical Report, WHOI-89-31- 1989.

/9/ Demir, C, Yıldız, H. Erdek Mareograf İstasyonu ve Çevresinde Deniz Seviyesi ve Jeodezik Ölçüler Kullanılarak Düşey Yer Kabuğu Hareketlerinin Araştırılması, Harita Dergisi, 127, Sayfa: 9-18, 2002.

/10/ Demirkol, Ö.Türkiye Ulusal Düşey Kontrol Ağı Datum Probleminin Çözümüne Yönelik Kara ve Deniz Gravite Ölçülerine Dayalı Jeoid Belirleme, Doktora Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, 1999.

/11/ Douglas, B.C.Global Sea Level Rise: A Redetermination, Surveys in Geophysics 18: 279-292, 1997.

/12/ Emery,K.O.,Aubrey,D.G.Sea Levels, Land Levels and Tide Gauges, Springer, Newyork, 273 pp, 1991.

/13/ ESEAS (European Sea Level Service)Description of scientific/technological objectives and work plan, Part B, First draft of proposal for support for Research Infrastructure from European Union, 2001.

/14/Foreman,M.G.G.,Neufeld, E.T.Harmonic Tidal Analyses of Long Time Series, International Hydrographic Review, Monaco LXVIII(l),pp: 85-109, 1991.

/15/ Godin, GThe Analysis of Tides, University of Toronto Press, Toronto and Buffalo, 264 pp, 1972.

/16/Gürdal, M.A.Deniz Seviyesi Ölçmeleri ve Harita Genel Komutanlığınca İşletilen Mareogaf İstasyonları, Harita Dergisi, No: 119, pp: 1-14, 1998.

/17/ Graff, J., Karunaratne, A.Accurate Reduction of Sea Level Records, Int.Hyd. Review, LVII (2), 1980.

/18/ Hannah, J.Analysis of Mean Sea Level Data From New Zealand for the Period 1899-1988, Journal of Geophysical Research, 95 (B8), 12,399-12,405, 1990.

/19/ Hekimoğlu, Ş.Deniz Yüzeyi Yükseliyor mu?, Harita Dergisi Sayı: 103, Sayfa: 53-58, Ankara, 1989.

/20/Hekimoğlu, Ş.Deniz Yüzeyinin Yüzyıllık Değişimlerinin Belirlenmesi, Harita Dergisi Sayı: 104, Sayfa: 17-38, Ankara, 1990.

/21/Hekimoğlu, Ş.,Şanlı, U.Düşey Datum Belirlemede Sorunlar ve Aşamalı Yaklaşım, TUJJB Genel Kurulu Bildiri Kitabı, Sayfa 21-46, Ankara, 1993.

/22/ Hekimoğlu,Ş.,Ayhan,M.E., Demir, C. Şanlı, D.U, Kahveci, M. Türkiye Ulusal Datum Belirleme Projesi Yıldız Üniversitesi Araştırma Fonu. İnşaat Fakültesi, Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Bölümü. Yayın No. 16, İstanbul, 1996.

/23/ Herring, T.A.GAMIT/GLOBK Kalman Filter VLBI and GPS Analysis Program, Version 4.1. Massachusetts Institute ofvTechnology, Cambridge, 1997.

/24/HGK.Türkiye'de 1935-1983 Yıllan Arasında Faaliyette Bulunan Mareograf İstasyonları Hakkında Özet Bilgiler ve Antalya, Karşıyaka/İzmir, Samsun, Mareograf İstasyonlarına Ait Saatlik Deniz Seviyesi Aylık Ortalamaları, Harita Genel Komutanlığı, Yayın No:6, 28 sayfa, Ankara, 1991.

/25/IERS Annual Report 2000. Edited by Wolfgang R. Dick and Bernd Richter. International Earth Rotation Service, Central Bureau. Frankfurt am Main: Verlag des Bundesamts fur Kartographie und Geodâsie, 2001. 152 p., ISBN 3-89888-862-2.

/26/ IOC Manual on Sea-Level Measurement and Interpretation Volume I-Basic Procedures, UNESCO, IOC, Paris, 14(2), 1985.

/27/IOC Manual on Sea-Level Measurement and Interpretation Volume II-Emerging Technologies,UNESCO, IOC, Paris, 14(2), 1994.

/28/IOC Global Sea Level Observing System (GLOSS) Implementation Plan-1997 No.50. UNESCO, 1997.

/29/IOC Manual On Sea Level Measurement And Interpretation: Reappraisals and Recommendations as of the Year 2000, Manual and Guides UNESCO, IOC, Paris 14(3), 57 pp, 2000.

/30/IPCC Scientific asessment of climate change, Cambridge University Press, 1990.

/31/IPCC Climate Change 1995: the science of climate change, Cambridge University Press, 1995.

/32/IPCC Climate Change 2001: the science of climate change, Cambridge University Press, 2001.

/33/ Kahveci,M., A.Türkezer : Processing Results of the Turkey Subnetwork of the EUVN97 GPS Campaign, EUVN Technical Report, 1999.

/34/ Kılıçoğlu, A.: Marmara Bölgesinde 1992-1994-1996 yıllarında yapılan GPS ölçülerinin Değerlendirilmesi ve Birleştirilmesi. Hrt.Gn.K.lığı İç Rapor. No:JEOF-98-2, 1998.

/35/ Koch, K.R.: Parameter Estimation and Hypothesis Testing in Linear Models, Springer-Verlag, New york,1987.

/36/ Martin, D.M., Chapin J.L., MaulG.A.: State-of-the Art Sea Level and Meteorological Monitoring Systems in the Intra-Americas Sea, Marine Geodesy, vol: 19, pp: 105-114, Taylor& Francis, 1996.

/37/ Nakiboğlu M., Demir C. :Dengeleme Hesabı Cilt I,Harita Genel Komutanlığı, Harita Yüksek Teknik Okulu Komutanlığı, Ankara, 2002.

/38/ Pope, Allen J.: The Statistics of Residuals and The Detection of Outliers, NO AA. Technical Report, NOS65, NGS1, 1976.

/39/ Pugh, D.T. : Tides, Surges and Mean Sea Level, John Wiley and Sons Ltd. Wiley, Chichestor, 472 pp, 1987.

/40/ Rothacher, M.,:Bernese GPS Software Version 4.0 AIUB, Mervart, Berne, 1996.

/41/TASK : POL/PSMSL Tidal Analysis Software Kit (TASK Package). Permanent Service for Mean Sea Level. Proudman Oceanographic Laboratory, Bidston Observatory, Birkenhead, Mersey side L43 7RA, United Kingdom, 1996.

/42/ Tolkatchev, A. : Global Sea Level Observing System (GLOSS), Marine Geodesy, Special issue : Sea level Measurements and Interpretation, 19(2), pp: 21-62, 1996.

/43/ Vanicek, P. Vertical datum and NAVD88, Surveying and Land Information Systems, 51(2), pp: 83-86, 1991

/44/ Xu, P.L: Monitoring Sea Level Rise Delft University of Technology Reports of the Faculty of the Geodetic Engineering, 90.1, 1990.

/45/ Wilmes, H., Kılıçoğlu, A.: Final Report of the Absolute Gravity Campaign 1996 in Turkey. Internal Report (not published), Department of Geodesy, General Command of Mapping, Ankara, Turkey, 1997.

/46/ Wilmes,H.,Folk,R.,Lothommer,A.,Lang,O.,Kressman,A.,Kılıçoğlu,A. : Absolute Gravity Campaign in Turkey 1996 First Results,Second Turkish-German Joint Geodetic Days, 27-29 May, Berlin, pp: 51-58,1997.

/47/ Woodworth, P.L.: Introduction to the Workshop on Methods for Monitoring Sea Level: GPS and Tide Gauge Benchmark Monitoring, GPS Altimeter Calibration, in Neilan, R, Von Scoy P.A., Woodworth, P.L., Proceedings IGS-PSMSL Workshop on Methods for Monitoring Sea Level, Pasedena, California, pp: 3-10, 1997.

/48/ Zerbini, S., Plag, H.P., Baker, T., Becker, M, Biiliris, H., Beat, B., Kahle, H.G., Marson, I.,Pezzoli, L., Richter, B., Romagnoli,C, Sztobryn, M., Tomasi, P.,Tsimplis, M.,Veis, G.,Verrone, G.: Sea level in the Mediterranean: a first step towards separating crustal movements and absolute sea level variations,Global and Planetary Change, vol: 14 , pp: 1-48, 1996.

Kaynak Göster