GPS:n käyttömahdollisuudet mareografitutkimuksessa



Samankaltaiset tiedostot
Tarkkavaaituksilla määritetty vuosittainen maannousu Suomen alueella

Uusi koordinaatti- ja korkeusjärjestelmä

JHS 163 Suomen korkeusjärjestelmä N2000 Liite 3. Geoidimallit

Koordinaatistoista. Markku Poutanen Geodeettinen laitos. Koordinaattijärjestelmä Koordinaatisto Karttaprojektio

EUREF-FIN JA KORKEUDET. Pasi Häkli Geodeettinen laitos


Koordinaattijärjestelmä Koordinaatisto Karttaprojektio

JUHTA - Julkisen hallinnon tietohallinnon neuvottelukunta

Kuva 1. Suprajohtava gravimetri GWR T020 Metsähovin painovoimalaboratoriossa (kuva H.Virtanen).

Maanmittauspäivät 2014 Seinäjoki

Earth System Geodesy (Part 1)

EUREF ja GPS. Matti Ollikainen Geodeettinen laitos. EUREF-päivä Teknillinen korkeakoulu Espoo

Helsingin kaupunkisuunnitteluviraston yleissuunnitteluosaston selvityksiä 2010:1. Helsingin kaupungin tulvastrategia

Auringonsäteilyn mittaukset ja aikasarjat

Capacity Utilization

Infrastruktuurin asemoituminen kansalliseen ja kansainväliseen kenttään Outi Ala-Honkola Tiedeasiantuntija

Signaalien taajuusalueet

Pohjajarven vuosilustoisten sedimenttien paleomagneettinen tutkimus: Paleosekulaarivaihtelu Suomessa viimeisten 3200 vuoden aikana

ROUDAN PAKSUUS LUMETTOMILLA ALUEILLA ILMASTON LÄMMETESSÄ

Kaukokartoitusmenetelmien hyödyntämis- mahdollisuuksista maaainesten oton valvonnassa ja seurannassa

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Suomen aurinkoenergiapotentiaali & ennustaminen ISY kevätseminaari, ABB

KIINTOPISTEMITTAUKSET MML:ssa

ETRS89- kiintopisteistön nykyisyys ja tulevaisuus. Jyrki Puupponen Kartastoinsinööri Etelä-Suomen maanmittaustoimisto

RANTALA SARI: Sairaanhoitajan eettisten ohjeiden tunnettavuus ja niiden käyttö hoitotyön tukena sisätautien vuodeosastolla

Sisällysluettelo LIIKENNEVIRASTO OHJE 2 (6) Dnro 4955/1021/ YLEISTÄ VÄYLÄN KULKUSYVYYDEN TULKINTA KÄYTÄNNÖSSÄ...

EUREF-Teemapäivä II , Tieteiden talo

JHS 163 Suomen korkeusjärjestelmä N2000 Liite 2. Aiemmat korkeusjärjestelmät ja niiden väliset muunnokset

anna minun kertoa let me tell you

Radiotekniikan sovelluksia

Pieksämäen kaupunki, Euref-koordinaatistoon ja N2000 korkeusjärjestelmään siirtyminen

JHS 163 Suomen korkeusjärjestelmä N2000

Käytettävyyslaatumallin rakentaminen web-sivustolle. Oulun yliopisto tietojenkäsittelytieteiden laitos pro gradu -suunnitelma Timo Laapotti 28.9.

The BaltCICA Project Climate Change: Impacts, Costs and Adaptation in the Baltic Sea Region

Copernicus, Sentinels, Finland. Erja Ämmälahti Tekes,

Vinkkejä sään ennakointiin ja sään muutosten havainnointiin

Ilmastonmuutos mitä siitä seuraa?

Future and Development of the European Combined Geodetic Network ECGN

Lataa Legislating the blind spot - Nikolas Sellheim. Lataa

Efficiency change over time

perustamishankkeeseen ja päämajan sijoittamiseen Suomeen

TTY Mittausten koekenttä. Käyttö. Sijainti

KANNATTAVUUDEN ARVIOINTI JA KEHITTÄMINEN ELEMENTTILIIKETOIMINNASSA

Precise Levelling Campaigns at Olkiluoto in 2010 and 2011

Gap-filling methods for CH 4 data

Choose Finland-Helsinki Valitse Finland-Helsinki

Sektoritutkimusohjelman ilmastoskenaariot SETUKLIM

Kojemeteorologia (53695) Laskuharjoitus 1

Gammaspektrometristen mittausten yhdistäminen testbed-dataan inversiotutkimuksessa

Aaltomittaukset ja aaltomallilaskelmat Helsingin rannikkovesillä

Ilmastonmuutos ja Itämeri Vaikutukset ekosysteemille?

I. Principles of Pointer Year Analysis

Ympäristötiedon keruu MAA-C2001

Geologian tutkimuskeskus Q 19/2041/2006/ Espoo JÄTEKASOJEN PAINUMAHAVAINTOJA ÄMMÄSSUON JÄTTEENKÄSITTELYKESKUKSESSA

Johtuuko tämä ilmastonmuutoksesta? - kasvihuoneilmiön voimistuminen vaikutus sääolojen vaihteluun

Information on Finnish Courses Autumn Semester 2017 Jenni Laine & Päivi Paukku Centre for Language and Communication Studies

Koordinaattimuunnospalvelut Reino Ruotsalainen

ILMASTONMUUTOS TÄNÄÄN

JHS-suositus(luonnos): Kiintopistemittaus EUREF-FIN koordinaattijärjestelmässä

Riistapäivät 2015 Markus Melin Itä Suomen Yliopisto Metsätieteiden osasto

Avoimet paikkatiedot ja tulevaisuuden tietolähteet liikkumisen tutkimuksessa. Tuuli Toivonen Helsingin yliopisto Accessibility Research Group

Uusi Ajatus Löytyy Luonnosta 4 (käsikirja) (Finnish Edition)

Läpimurto ms-taudin hoidossa?

Increase of opioid use in Finland when is there enough key indicator data to state a trend?

Information on Finnish Language Courses Spring Semester 2018 Päivi Paukku & Jenni Laine Centre for Language and Communication Studies

Julkistalous, Taloudellinen valta ja Tulonjakauma (Public Economics, Economic Power and Distribution)

Pro gradu -tutkielma Meteorologia SUOMESSA ESIINTYVIEN LÄMPÖTILAN ÄÄRIARVOJEN MALLINTAMINEN YKSIDIMENSIOISILLA ILMAKEHÄMALLEILLA. Karoliina Ljungberg

Valtakunnallinen N60 N2000-muunnos

Käyttöliittymät II. Käyttöliittymät I Kertaus peruskurssilta. Keskeisin kälikurssilla opittu asia?

APA-tyyli. Petri Nokelainen

Julkaisun laji Opinnäytetyö. Sivumäärä 43

Department of Mathematics, Hypermedia Laboratory Tampere University of Technology. Roolit Verkostoissa: HITS. Idea.

Tavaroiden ulkomaankauppatilastojen tulkinnan haasteet Timo Koskimäki

Merentutkimuksen kansalliskomitea Finnish National SCOR Committee

Innovative and responsible public procurement Urban Agenda kumppanuusryhmä. public-procurement

Puu luovuttaa (desorptio) ilmaan kosteutta ja sitoo (adsorptio) ilmasta kosteutta.

L9: Rayleigh testi. Laskuharjoitus

Rakennusalan tarjouskilpailujen toteutus tasapuoliseksi: kokonaistaloudellisuuden arviointi hinta-laatu -menetelmällä.

Ilmastonmuutos pähkinänkuoressa

Saaristolainen elämäntapa ilmastonmuutoksen uhat (ja mahdollisuudet) Porvoo Esko Kuusisto SYKE


Tuulioloista Suomen länsirannikolla

Ilmakehän aerosoliprosessien ja aerosoliilmastovaikutuksen. tutkimus. Antti-Ilari Partanen Ilmatieteen laitos, Kuopion yksikkö

MITEN AMMATTIKORKEAKOULUJEN JA YLIOPISTOJEN UUDET RAHOITUSMALLIT VAIKUTTAVAT KORKEAKOULUJEN KV-TOIMINTAAN NYT JA TULEVAISUUDESSA?

VUOSI 2015 / YEAR 2015

Maankuoren nykyliikkeet ja painovoiman muutokset Kuningatar Maudin maalla Etelämantereella

Risto Kauppi, CEO. Rugged Tooling Subject to change

Työkaluja PRH:n peruspatenttipalvelun myymiseen

LAPS: Testbedhavainnoista. analyysiksi. Janne Kotro Kaukokartoitus/Tutkimus

Other approaches to restrict multipliers

Liikkuvatko kalliokiintopisteet tapaus Metsähovi

MATEK822 Pro Gradu seminaari Johannes Tiusanen

Mitä ilmastokeskustelu tarkoittaa Suomen näkökulmasta?

1. Laitoksen tutkimusstrategia: mitä painotetaan (luettelo, ei yli viisi eri asiaa)

GPS-koulutus Eräkarkku Petri Kuusela. p

4 TOISEN ASTEEN YHTÄLÖ

Staattisen GPS-mittauksen geodeettisesta 3D-tarkkuudesta

SIMO tutkimuskäytössä. SIMO seminaari 23. maaliskuuta 2011 Antti Mäkinen Simosol Oy

Constructive Alignment in Specialisation Studies in Industrial Pharmacy in Finland

Transkriptio:

GPS:n käyttömahdollisuudet mareografitutkimuksessa Maaria Tervo, Markku Poutanen ja Hannu Koivula Geodeettinen laitos, maaria.tervo@fgi.fi Abstract Sea level monitoring is an important part of oceanography and climate investigation. It is done traditionally with tide gauges, which measure the sea level relative to a benchmark. Movements of these benchmarks and thus movements of the tide gauges and the ground around them have been conventionally observed by levelling. It can also be done with GPS (Global Positioning System). This study introduces some possible applications of GPS for tide gauge stability monitoring as well as possibilities for observing the absolute sea level rise with GPS and tide gauge time series. 1 JOHDANTO Merenpinnan tason seuranta on tärkeä osa merien ja ilmaston tutkimusta. Vedenkorkeutta on perinteisesti tarkkailtu mareografeilla, jotka mittaavat merenpintaa suhteessa rannalla sijaitsevaan kiintopisteeseen. Näiden kiintopisteiden ja mareografien liikkeitä on seurattu vaaitsemalla. Samaan tarkoitukseen voidaan käyttää myös GPS:ää (Global Positioning System). Tässä työssä esitellään merenpinnan absoluuttisen nousun määrittämismahdollisuuksia GPSja mareografiaikasarjoista sekä GPS:n käyttömahdollisuuksia mareografien stabiilisuuden seurannassa. Datana on käytetty Suomen kiinteän GPS asemaverkon FinnRefin dataa sekä Merentutkimuslaitoksen mareografiaikasarjoja (Tervo, 2004, Poutanen et al., 2004). 2 TEORIA Mareografit mittaavat merenpintaa suhteessa maanpintaan, jolloin saadaan havaittu merenpinnan korkeus. Maanpinnan korkeus saadaan joko vaaitsemalla tai GPS:n avulla. Vaaitseminen tuottaa ortometrisen korkeuden H ja GPS ellipsoidikorkeuden h (Kuva 1a). Geoidin ja ellipsoidin välinen ero on geoidinkorkeus N (N = h H). Todellinen merenkorkeus on ortometrisen korkeuden ja havaitun merenpinnan korkeuden välinen erotus S. 229

a) b) Kuva 1. Korkeuksia määritettäessä käytettävät a) pinnat ja suureet b) pintojen ja suureiden muutokset. Kun aika kuluu, tasot muuttuvat ja saadaan mitattua muutossuureita (Kuva 1b.). Kuoren deformaatio H voidaan laskea ortometrisistä tai ellipsoidikorkeuksista, erona on vain geoidinkorkeus. Ortometrisen korkeuden muutos on H H 1 H 0 tai käyttämällä ellipsoidi ja geoidinkorkeuksia H ( h1 h0 ) ( N1 N 0 ) h N. (2) Havaittu merenkorkeus on kiintopisteen ja merenpinnan välinen korkeus joten havaittu merenpinnan muutos on S H S, (3) obs1 obs2 ( 1 1 0 0 1 0 1 S0 S H S ) ( H S ) ( H H ) ( S ) (4) H S. (5) Absoluuttiseksi merennousuksi saadaan S H. (6) Yhdistämällä kaavat (2) ja (6) saadaan laskukaava ellipsoidikorkeuksia käytettäessä S h N. (7) Havaittu merennousu sisältää kuoren deformaatiota, merenpinnan topografian muutoksia sekä geoidin muutoksia. Kuoren deformaatio lasketaan GPS havainnoista ja geoidin muutokset geoidimalleista. 3 TULOKSET 3.1 Merenpinnan muutos Merenpinnan absoluuttinen muutosnopeus Itämerellä lasketaan kaavalla 7. Kuvassa 2 on esimerkit mareografi (tide gauge) ja GPS aikasarjoista Vaasan asemilta. GPS aikasarja on laskettu suhteessa Metsähovin GPS asemaan. Merenkorkeusaikasarjat ovat kahdelle (1) 230

erimittaiselle ajanjaksolle. Lyhyempi aikasarja on vuodesta 1996 vuoteen 2002 ja pidempi aikasarja on mareografin koko aikasarja, eli Vaasan tapauksessa vuodesta 1883 lähtien. Kuudelle mareografille aikasarjoista lasketut trendit ovat taulukossa 1. Kuva 2. Aikasarjat Vaasan kiinteälle GPS asemalle ja Vaasan mareografille. Huomaa, että GPS aikasarjan skaala on 10 cm ja mareografiaikasarjojen 3 metriä. Taulukko 1. Mareografiaikasarjoista lasketut absoluuttiset merennousunopeudet. Lyhyt aikasarja tarkoittaa vuosia 1996 2002 ja pitkä aikasarja on pisin mahdollinen mareografille löytyvä aikasarja. Maannousu sarakkeessa merennousuarvot on korjattu maannousulla ja Geoidin nousu sarakkeessa myös mallista saadulla geoidin nousunopeudella (Tervo, 2004). Nousunopeudet (mm/vuosi) Lyhyt aikasarja Pitkä aikasarja Maannousu Geoidin nousu Maannousu Geoidin nousu Helsinki 16,3 16,0 2,2 1,9 Hamina 15,5 15,3 1,4 1,2 Turku 16,5 16,1 2,6 2,3 Rauma 17,0 16,6 3,3 2,9 Vaasa 16,7 16,2 1,6 1,1 Oulu 14,5 14,1 0,5 0,1 Globaalisti merenpinnan nousunopeudeksi mareografiaikasarjoista on saatu 1 2 mm/vuosi (Douglas, 2001), pitkistä aikasarjoista saadut tulokset sopivat siis hyvin maailmanlaajuiseen trendiin. Lyhyen aikavälin nousevaa trendiä ei sen sijaan ole pystytty tyydyttävästi selittämään (Johannson et al., 2003). 3.2 Kuormitus Merenpinnan vaihteluista johtuvaa maanpinnan kuormitusta pyrittiin havaitsemaan GPShavainnoista laskemalla 6 tunnin aikasarjoja ja vertaamalla niitä mareografien tuntidataan (Kuva 3). Korrelaatiota ei tässä käytetyllä aineistolla löytynyt. Seuraava vaihe olisi ottaa mukaan meteorologiset havainnot. 231

Kuva 3. a) Joensuu Metsähovi vektorin korkeuskomponentti ja b) Helsingin mareografin korkeus samalle ajanjaksolle. (DOY= Day of Year) 3.3 Stabiilisuus GPS antennin erotuskykyä millimetriluokan liikkeissä tutkittiin pienellä mittauskampanjalla. Kaksi identtistä antennia olivat vierekkäin ja toista liikutettiin pystysuunnassa, niin että liikkeet tiedettiin. Millimetriluokan liikkeet eivät ole havaittavissa yhden antennin avulla päiväratkaisuissa (Kuva 4), koska kohinan osuus nousee päiväratkaisuissa liian suureksi (Poutanen et al, 2004). Sen sijaan pidemmillä aikasarjoilla millimetriluokankin vertikaaliliikkeet ovat havaittavissa, kuten maannousuaikasarjat osoittavat (Mäkinen et al, 2003). Kuva 4. a) Liikutellun antennin havaitut (Masala B) ja todelliset liikkeet (Ground truth) b) Paikallaan olleen ja liikutellun antennin korkeuksien havaittu (Difference) ja todellinen erotus (Ground truth). 4 YHTEENVETO GPS sopii hyvin mareografien seurantaan, erityisesti Itämeren alueella. Merennousunopeudeksi Itämeren Suomen rannikolla saatiin 0,5 3,3 mm/vuosi. Maailmanlaajuisissa mareografien aikasarjojen tulkinnoissa nousun on havaittu olevan luokkaa 1 2 mm/vuosi, eli 232

tämän työn tulokset sopivat globaaliin trendiin, joskin hajonta ja trendin epävarmuus ovat varsin suuria. Myös GPS:n tarkkuutta pienten pystysuuntaisten liikkeiden havaitsemisessa tutkittiin. Tulokseksi saatiin, että päivän mittaiset havaintojaksot eivät ole tarpeeksi pitkiä millimetrien luokkaa olevien liikkeiden havaitsemiseksi. Pitkissä aikasarjoissa äkilliset hypyt ja muutokset kuitenkin todennäköisesti huomattaisiin. Meren aiheuttamia kuormituksia maan kuoressa pyrittiin myös tutkimaan. GPS aikasarjoista laskettiin kuuden tunnin havaintojaksoilla puolen vuoden aikasarja, jota verrattiin mareografin tuntidataan samalta ajanjaksolta. Selvää korrelaatiota ei löytynyt, seuraava askel olisi säähavaintojen mukaan ottaminen. GPS:lle löytyy useita sovelluksia merentutkimuksen yhteydessä. Tärkein sovellus on mahdollisuus absoluuttisten merennousunopeuksien laskemiseen mareografiaikasarjoista GPS aikasarjojen avulla. Mareografien ja GPS asemien maailmanlaajuinen yhdistäminen tarjoaa mareografeille sekä sitä myötä myös merennousunopeuksille hyvin määritellyn koordinaattijärjestelmän. LÄHTEET Douglas, B.C., 2001, Sea level change in the era of the recording tide gauge, Julkaisussa: Sea level rise, B. C. Douglas, M. S. Kearney, S. P. Leatherman (toim.), International geophysics series, vol. 75, Academic press, San Diego, p. 37 64 Johansson, M., K. Kahma ja H. Boman, 2003, An improved estimate for the long term mean sea level on the Finnish coast, Geophysica, 39: 51 73 Mäkinen, J., H. Koivula, M. Poutanen ja V. Saaranen, 2003, Vertical velocities in Finland from permanent GPS networks and repeated precise levelling, Journal of Geodynamics, 38: 443 456 Poutanen, M., H. Koivula, M. Tervo, K. Kahma, M. Ollikainen ja H. Virtanen, 2004, GPS time series and sea level, Julkaisussa: Celebrating a decade of the international GPS service Proceedings, Meindl, M. (toim.) Astronomical Institute, University of Berne, CD Tervo, M., 2004, Benefits of combining tide gauges and GPS stations, Pro gradu tutkielma, Helsingin yliopisto, 45 s. 233

234