Investigation into the Effect of Atmospheric Particulate Matter (PM10) Concentrations on GNSS Estimated Zenith Wet Delay

Atmosferdeki Partikül Madde (PM10) Miktarındaki Değişimin GNSS ile Kestirilen Islak Zenit Gecikmesi Üzerindeki Etkisinin Araştırılması

Abstract

Air pollution not only threatens human health and the environment we live in, but it also reduces the visibility range. This is because the polluting gases and particulate matters emit and absorb the light. In the lower layer of the atmosphere, which is called the troposphere, gases, water vapor and other meteorological parameters in the air cause a delay in the Global Satellite Navigation System (GNSS) microwave signals, called the tropospheric zenith delay. Particulate Matter (PM10), which has a diameter smaller than 10 micrometers and bigger than 2.5 micrometers, is one of the key parameters for measuring air pollution level. Changes in the amount and density of PM10 also thought to cause a delay in GNSS signals. The main purpose of this study is to investigate the effect of PM10 values on tropospheric delay in GNSS signals. GNSS data from Zonguldak station from Turkey National Permanent GNSS Network (CORS-TR) is used to estimate tropospheric delay by GIPSY-OASIS II software. The variations of wet zenith delays are inspected along with PM10 variations for successive days, which have same PM10 values or different PM10 values under the same meteorological conditions. As a result of the study, the ZWD differences that appeared on the days when the PM10 value was relatively high were higher than the ZWD differences that appeared on the days when the PM10 value was relatively low and there was no linear correlation between the ZWD differences that appeared on the days when the PM10 value was relatively high.

Özet

Hava kirliliği, insan sağlığını ve yaşadığımız çevreyi tehdit etmesinin yanı sıra bulunduğu yerde görüşmesafesini de düşürmektedir. Bunun sebebi, atmosferin alt katmanı olarak bilinen troposferde kirliliğesebep olan gazların ve partikül maddelerin, ışığı saçması ve emmesidir. Troposferdeki gazlar, su buharımiktarı ve diğer meteorolojik parametreler, 1214-1610 megahertz aralığındaki mikrodalga sinyallerkullanarak konum belirleyen Global Uydu Navigasyon Sistemi’nde (GNSS), troposferik zenit gecikmesiolarak adlandırılan bir gecikmeye sebep olmaktadır. Hava kirliliği seviyesini ölçmeye yarayandeğişkenlerden biri olan ve 10 mikrometreden küçük, 2.5 mikrometreden büyük çapa sahip PartikülMadde (Particulate Matter – PM10) miktarlarındaki ve yoğunluğundaki değişimlerin de GNSSsinyallerinde gecikmeye sebep olduğu düşünülmektedir. Bu çalışmanın temel amacı, hava kirliliği ölçmeparametrelerinden PM10 değerlerinin GNSS sinyallerindeki troposferik gecikmeye olan etkisininaraştırılmasıdır. Bu amaçla, Türkiye’nin partikül yoğunluğu olarak en yoğun şehirlerinden biri olanZonguldak ili seçilmiştir. Zonguldak ili Merkez ilçesinde bulunan ve devamlı ölçüm yapan Türkiye UlusalSabit GNSS Ağı (TUSAGA-Aktif) istasyonlarından “ZONG” GNSS istasyonundan elde edilen veriler, GIPSYOASIS II yazılımı ile değerlendirilmiştir. Birbirini takip eden ve aynı meteorolojik koşullar altında benzerve farklı PM10 miktarına sahip günlere ait Islak Zenit Gecikmeleri (ZWD) incelenerek GNSS sinyallerineetkileri araştırılmıştır. Çalışma sonucunda, PM10 değerinin görece yüksek olduğu günlerde ortaya çıkanZWD farklarının, PM10 değerinin görece düşük olduğu günlerde ortaya çıkan ZWD farklarından, fazlaolduğu ortaya çıkarken, PM10 değerinin görece yüksek olduğu günlerde ortaya çıkan ZWD farklarına aitlineer bir korelasyon bulunamamıştır.