tubitak_2218

Tübitak 2218

2018

2218-2018

Türkiye’nin en büyük çaplı (4 m) görsel (VIS: Visible) ve ilk kırmızı ötesi (IR: Infrared) bölgede gözlem yapacak teleskobu, Doğu Anadolu Gözlemevi (DAG) yerleşkesinde (Erzurum – Konaklı – Karakaya Tepesi, 3170 m rakım) kurulmaktadır ve ilk ışığını 2022 yılında alması planlanmaktadır. Astronomide özellikle büyük çaplı (~4 m ve üstü çapta) teleskoplarla yapılan gözlemlerde; gözlemsel planlamalar (proje, aygıt, zaman seçimi ve hazırlanması gibi) ve değerli gözlem zamanının en verimli şekilde kullanılması için atmosferik şartların kapsamlı şekilde bilinmesi gerekli ve fazlasıyla önemlidir. Yerleşkeden alınan yer tabanlı temel meteorolojik verilerle atmosferik özelliklerin belirlenmesi ve ayrıntılı gözlemsel planlamalar ile hazırlıkların yapılması önemli fakat yeterli değildir. Bu nedenle, farklı veri kaynaklarının birlikte kullanılması kaçınılmazdır ve bu çalışma kapsamında başta uzaktan algılama yöntemiyle elde edilen veriler olmak üzere, çeşitli veri setleri astronomik amaçlar için kullanılmıştır.

Türkiye ve DAG yerleşkesi için yapılan çalışmalarda, farklı uydu verileri (yer – sabit yörünge ve kutupsal yörünge), sayısal model verileri, radiosonde (RS) verileri ve yer ölçümlerine kadar çok çeşitli yöntemlerle elde edilen veri setleri kullanılmıştır. Bu veriler ulusal ve uluslararası ilgili kurumlardan (NASA, EUMETSAT, ECMWF, MGM ve ATASAM) temin edilmiştir. Bu çalışmada, DAG yerleşkesi ve çevresinin atmosferik özelliklerini ortaya koymak için uzaktan algılamada önemli bir yer tutan ve geniş veri arşivine sahip olan MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) alıcısının atmosferik profil verileri kullanılmıştır. Yer sabit yörüngeli MSG (METEOSAT Second Generation) uydularında bulunan SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager) alıcısının kanal verileri yağışabilir/yoğuşabilir su buharı (PWV) ve ozon (O3) tahminleri ille astronomik gözlem kalitesini olumsuz etkileyen atmosferik gazların (O3, CO2 ve H2O) araştırılmasına yönelik çalışmalar için kullanılmıştır. CM SAF (Satellite Application Facility on Climate Monitoring) biriminin ürettiği bulutluluk ürünü olan CFC (Cloud Fractional Coverage) veri seti DAG yerleşkesi için yapılan analizde kullanılmıştır. NWC SAF (Satellite Application Facility on support to NoWCasting and very short range forecasting) biriminin bulut maskesi (CMa) ve bulut tipi (CT) ürünleri hem bulutluluk analizleri hem de astronomik gözlem türünü belirlemeye yönelik çalışmalarda kullanılmıştır. DAG yerleşkesinin hem PWV analizi hem de PWV tahminleri için RS PWV verileri ve diğer RS verileri (Sıcaklık, Bağıl Nem, İşba sıcaklığı) kullanılmıştır. ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) ERA5 (Fifth generation ECMWF reanalysis) arşivinden PWV ve O3 verileri hem tahminler hem de analizler için kullanılmıştır. Çalışmada DAG yerleşkesinde ölçülen veriler de yardımcı veri setleri olarak kullanılmıştır. Bu veriler içerisinde astronomik görüş (seeing), rüzgâr, bağıl nem, basınç ve sıcaklık bulunmaktadır. Ayrıca DAG yerleşkesinde bulunan ASC (All Sky Camera) görüntülerinden de faydalanılmıştır. Tüm bu veri setleri hem DAG yerleşkesi hem de Türkiye için yapılan çalışmalarda kullanılmasının yanı sıra bu veriler birbirleriyle kıyaslanarak avantaj ve dezavantajları da ortaya koyulmuştur.

Yeryüzü tabanlı astronomik gözlemler için en belirleyici etken yeryüzü atmosferidir. Atmosferin anlık ve ileriye dönük bilinmesi, gözlem projelerinin ve aygıtlarının hem planlanması ve hazırlanması için hem de daha kaliteli gözlemsel veriler elde edilmesi ve değerli gözlem zamanının daha etkin şekilde kullanılması için çok önemlidir. Atmosfer, meteorolojik olarak bulutluluk, sıcaklık, yağış, basınç, atmosferik çalkantı (türbülans), nem ve rüzgâr gibi parametrelerle değerlendirilmektedir. Ayrıca, ozon (O3), karbondioksit (CO2) ve su buharı (H2O) gibi moleküller ile atmosferik aerosoller (atmosferik geçirgenliği özellikle de kırmızı ötesi bölgede azaltarak), astronomik gözlem kalitesini (AGK) etkilemektedir. Bu çalışmada, DAG yerleşkesi atmosferinin karakteristik özelliklerine, gözlemsel planlamasına ve değerli gözlem zamanının en verimli şekilde kullanılmasına yönelik ayrıntılı incelemeler ve analizler yapılarak yeni yöntem ve ürünler geliştirilmiştir.

Geçmişe dönük çeşitli veri kaynaklarından (uydu, model, balon, yer ölçüm) elde edilen veri setleri ile DAG yerleşkesi için zamansal analizler yapılmıştır. Aynı zamanda uydu verilerinin alansal analizlere imkân sunması nedeniyle, bu veriler DAG yerleşkesinin etrafı ile kıyaslanması fırsatı da sunmuştur. Bu analizler ve karşılaştırmalar, DAG yerleşkesinin hem mevcut durumunu hem de atmosferik parametreler (bulut, sıcaklı, nem vb.) bakımından değişim eğilimini ortaya koymuştur. Bu doğrultuda;

– MODIS, CM SAF ve NWC SAF verileriyle DAG yerleşkesinin bulutluluk değerleri zamansal olarak ayrıntılı analiz edilerek, Türkiye’nin uzun dönem ortalama bulutluluk haritaları hesaplanmıştır,

– MODIS, RS ve ERA5 verilerinden DAG yerleşkesinin PWV değerleri zamansal olarak ayrıntılı analiz edilerek, Türkiye’nin uzun dönem ortalama PWV haritaları hesaplanmıştır,

– MODIS ve ERA5 verilerinden O3 değerlerinin zamansal analizi yapılarak, Türkiye için uzun yıllık ortalama O3 haritaları hesaplanmıştır,

– MODIS atmosferik profil veri setinden atmosferik kararsızlığın bir ölçüsü olan KI (K İndeks), LI (Lifted İndeks) ve TTI (Total – Totals İndeks) değerleri DAG yerleşkesi için incelenerek, DAG yerleşkesinin atmosferik kararlılığı hakkında bilgi sunulmuştur,

– MODIS atmosferik profil veri setinden sıcaklık ve çiğ noktası sıcaklık değerlerinin DAG yerleşkesi için zamansal analiz yapılarak, Türkiye için sıcaklık haritaları hesaplanmıştır,

– RS ölçümlerinden sıcaklık, çiğ noktası sıcaklığı ve bağıl nem değerlerinin zamansal değişimi verilmiştir.

– MSG SEVIRI termal kanallarından hem gece hem de gündüz (00:00 ve 12:00 UTC) için çoklu regresyon (MLR) ve yapay sinir ağları (ANN) ile hem RS hem de ECMWF ERA5 referans PWV verileri kullanılarak, DAG yerleşkesi için PWV tahminlerinin yapılmasına yönelik modeller geliştirilmiştir.

– PWV tahmin çalışmasına benzer şekilde SEVIRI kanallarından O3 değerleri için de tahminler yapılmıştır.

– Astronomik amaçlar için MSG SEVIRI kanallarından bilgi çıkarım amacıyla araştırmalar yapılmıştır. Bu amaç için atmosferik gazların (O3, CO2 ve H2O) ölçümüne yönelik hem MSG SEVIRI kanalları hem de bu kanallardan hesaplanan RGB görüntüleri kullanılmıştır.

– Yer ölçümü ve/veya uzaktan algılama yöntemi ile elde edilen bulut verileri astronomik amaçlar için doğrudan kullanımı yetersiz kalmaktadır. Bu verilere bakarak astronomik gözlem için havanın açık/kapalı olduğuna karar vermek çok doğru olmamaktadır. Bu nedenle NWC SAF bulut maskesi ve bulut tipi verilerinden astronomik gözlemin yapılıp/yapılamayacağı ve gözlem türü bilgisini veren ACI (Atmosferik Açıklık İndeksi) ürünü geliştirilmiştir.

– ACI değerleri kullanılarak Türkiye’nin uzun dönem mevsimlik ve ortalama astronomik gözlem türü haritaları hesaplanarak DAG yerleşkesi için ACI değerleri analiz edilmiştir.

– DAG yerleşkesinde gerçekleştirilecek gözlemlerin uygun zamanlarda yapılarak daha kaliteli gözlem ürünleri elde edilmesi amaçlanmaktadır. Bu amaç doğrultusunda, DAG yerleşkesinde ölçülen astronomik görüş ve meteorolojik parametreler (rüzgâr, sıcaklık ve bağıl nem) analiz edilmiştir. Yerleşkede yapılan astronomik görüş ölçümleri (CSM ve DIMM) hem birbiriyle karşılaştırılarak doğruluk testi yapılmış hem de astronomik gözlem kalitesini ifade edecek şekilde sınıflandırılmıştır. Bu kategorik astronomik görüş değerlerine karşılık meteorolojik değerler inceleyerek, DAG yerleşkesi için bu üç parametreden AGK analiz edilmiştir.

2020

2218-2020

Atatürk Üniversitesi Astrofizik Araştırma ve Uygulama Merkezi (ATASAM) bünyesinde, T.C. Strateji ve Bütçe Başkanlığı ile Atatürk Üniversitesi desteğiyle yürütülen “Doğu Anadolu Gözlemevi” (DAG) Projesi (Türkiye’nin 2023 Vizyon Projesi) kapsamında; Türkiye’nin en büyük ve ilk kırmızı öte teleskobuna sahip uluslararası gözlemevi, Erzurum – Konaklı’da (Karakaya Tepesi, 3170 metre rakım) kurulmaktadır. DAG’ın kaliteli ve etkin gözlemler yapması önemlidir. Astronomik gözlemlere en büyük engellerden biri yeryüzü atmosferidir (bulut, nem, rüzgar, aerosol, vb). Bu atmosferik etkilerin çoğuyla ilgili ATASAM bünyesinde çeşitli çalışmalar zaten bir süredir başarıyla yürütülmektedir. Bu çalışmada, özellikle DAG’daki kırmızı öte gözlemler açısından önemli ve etkili parametrelerden (toz, yoğuşabilir su buharı, aerosol gibi) biri olan atmosferik aerosol (AA) konusu ve astronomik gözlemlere etkileri araştırılacaktır. Aerosol, genelde 10 mikrondan daha küçük çaplı katı parçacıkların veya sıvı damlacıklarının gaz ortamında dağılmasıyla oluşan (duman, sis, sprey gibi) atmosferik bir niceliktir. MODIS alıcısı global ölçekte uzun yıllardır veri sağlamakta olup, bu veriler arasından “Aerosol Optik Derinliği” (AOD) atmosferin geçirgenliği hakkında bilgi sağlarken; Aerosol Tipi (AT) verisi bölge, büyüklük ve soğurma şiddetine göre beş farklı aerosol türü hakkında kategorik bilgi sunmaktadır. Bu kapsamda; DAG yerleşkesi için astronomik amaçlar doğrultusunda hem MODIS AOD ürünü zamansal olarak analiz edilecek hem de AOD ve AT haritaları büyük temel bilim ArGe altyapısı DAG’a yönelik ve astronomik amaçlı ilk kez üretilecektir.

Bu çalışmada, MODIS AOD ve bölgenin PM10 (Çapı 10 mikrondan küçük kaba parçacıklar) ölçümleri kullanılarak, AOD ve PM10 arasındaki ilişkinin matematiksel ifadesi tespit edilecektir. Bununla birlikte, astronomik amaç doğrultusunda PM10, AOD ve AT bilgileri DAG için ilk defa araştırılacaktır. Bu analizler sayesinde DAG yerleşkesinin atmosferik kalitesi aerosol yönünden de ortaya çıkarılacağı gibi ileriye dönük özellikle de kırmızı öte bölgedeki astronomik gözlemler açısından da önemli kriterleri ilk kez ortaya çıkaracaktır. Ayrıca, bu çalışmanın sonuçları sadece astronomik gözlemler açısından değil, aynı zamanda enerji, iklim, ziraat, halk sağlığı gibi birçok konuya da hizmet verebilecek bilgileri ortaya çıkaracak disiplinler arası bir çalışmadır.

Aday, bu çalışma ile hem uydu meteorolojisi ile atmosferik bir çalışma hem de astronomik gözlemler açısından atmosferik aerosolün ilk kez yorumlanması konusunda disiplinler arası bir çalışma ile zaten sahip olduğu deneyime ve bilgi birikimine yeni bilgiler ve deneyim katacaktır. Bu çalışma ile kazanılan deneyim, adayın gelecekteki akademik ve bilimsel kariyerinde yeni bir pencere daha açarak, atmosferik etkilerin çok önemli ve etkin olduğu astronomi alanında fazlasıyla ihtiyaç duyulan ileriye dönük atmosferik tahminler için önemli bir adım atılmış olacaktır. Ayrıca, aday uydu meteorolojisi, uzaktan algılama, atmosfer kimyası ve astronomik açıdan atmosferik değerlendirme gibi farklı disiplinlere yönelik konularda çalışma yapabilecek potansiyele de sahip olacaktır.

Atmosferik olayların ve bunların etkilerinin takibi birçok alanda olduğu kadar astronomi içinde fazlasıyla önemlidir. Özellikle bu çalışma kapsamında, DAG için yapılması planlanan çalışmalar gerek anlık gerekse uzun dönemli analizleri kapsamaktadır. Son yıllarda atmosferik veri kaynaklarının (yersel ölçümler, uydu, radar, gibi) artması ve çeşitlendirilmesi sayesinde, bu tür konularda ileriye dönük yapılacak çalışmaların kısa ve uzun dönemli tahminlerin doğruluk payını artıracak bilgilerin artırılması açısından da önemlidir. Bu çalışma ile elde edilecek yöntemsel ve bilgisel sonuçlarla, farklı yeni projeler veya çalışmalara da başlanabilecektir. DAG için yapılacak bu çalışma, ulusal ve uluslararası farklı gözlemevleri için de örnek teşkil edecek önemli bir disiplinler arası çalışma olacaktır. Elde edilecek sonuçlar, ulusal ve uluslararası toplantılar, kongreler ve dergilerde poster, bildiri ve/veya yayın yapılabilecek potansiyele de fazlasıyla sahiptir.