Ανάλυση βαθμιδομετρικών δεδομένων της αποστολής GOCE για βελτιστοποίηση του πεδίου βαρύτητας σε περιφερειακή κλίμακα και γεωφυσικές εφαρμογές

Abstract

Gravity data have been used numerous times in the past in studies with geophysical purposes, taking into account the fact that they can provide considerably remarkable results with homogeneity at a global scale. The present study focuses on the evaluation of GOCE satellite data use in geophysical studies concerning the wider Hellenic and Eastern Mediterranean Sea regions. To this goal GOCE SGG data of the latest available EGG_NOM_2 and SST_PSO_2 processing lines were initially obtained. These data were processed through a series of well known methodologies, including among others filtering to retain the useful signal inside the gradiometer’s MBW, resulting to the computation of disturbing gravity gradients in the LNOF later projected to a mean orbit sphere. In order to validate the accuracy of the results, disturbing gravity gradients were computed based on the EGG_TRF_2 products as well as based on a combined global geopotential model (TIM R6 & EGM2008). The disturbing gravity gradients were then cut in a region encompassing the area of study and put on a grid of a 1 arcmin step. Specifically, for the Tzz and the (-Txx -Tyy) gradients 2D Wavelet Multi-Resolution Analysis (WL-MRA) was applied in order to remove undesired noise appearing as tracks in the final signal. Complete Bouguer anomalies were computed from them, following their downward continuation to the Earth’s surface as well as the application of the appropriate topography based corrections according to the GEBCO_2023 model. The next part of the study included the estimation of Moho depth values through two classic inverse problems: the Parker-Oldenburg one and the inverse problem of isostasy of Vening Meinesz-Moritz (VMM). A significant amount of scenarios were undertaken by making different assumptions concerning the initial Moho depth and density contrast values. The estimated Moho depth models were then compared with Moho depth models in the area of study available from the literature, as well as with seismic station values. The majority of the checks and comparisons provided satisfactory results concerning the accuracy of the estimated models, as discussed in detail in the following sections of the study.

Δεδομένα βαρύτητας έχουν χρησιμοποιηθεί εκτενέστατα στο παρελθόν σε εφαρμογές γεωφυσικού ενδιαφέροντος δεδομένης της δυνατότητάς τους να προσφέρουν ιδιαίτερα χρήσιμα αποτελέσματα με ομοιογένεια σε παγκόσμια κλίμακα. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελούσε η αξιοποίηση δεδομένων της δορυφορικής αποστολής GOCE σε γεωφυσικές εφαρμογές στον ευρύτερο Ελληνικό χώρο και την περιοχή της Ανατολικής Μεσογείου. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα δορυφορικής βαθμιδομετρίας GOCE των προϊόντων EGG_NOM_2 και SST_PSO_2 της πιο πρόσφατα διαθέσιμης γραμμής επεξεργασίας της αποστολής. Τα αρχικά αυτά δεδομένα υπέστησαν επεξεργασία μέσω μιας σειράς γνωστών μεθοδολογιών, που περιελάμβαναν ανάμεσα σε άλλα και φιλτράρισμα για διατήρηση του χρήσιμου σήματος εντός του MBW του βαθμιδομέτρου, με τελικό αποτέλεσμα τον υπολογισμό διαταρακτικών βαθμίδων δυναμικού στο πλαίσιο αναφοράς LNOF και έπειτα προβεβλημένων σε μία μέση τροχιακή σφαίρα. Ο έλεγχος της εγκυρότητας των υπολογισμών έγινε μέσω της σύγκρισης τους με διαταρακτικές βαθμίδες βαρύτητας βασισμένες στο προϊόν EGG_TRF_2, αλλά και με βαθμίδες διαταρακτικού δυναμικού ενός συνδυαστικού παγκόσμιου γεωδυναμικού μοντέλου (TIM R6 & EGM2008). Στη συνέχεια τα δεδομένα απομονώθηκαν για την περιοχή μελέτης και τοποθετήθηκαν σε κάναβο με βήμα 1 arcmin. Ειδικά για τις συνιστώσες Tzz και (-Txx -Tyy) εφαρμόστηκε δισδιάστατος μετασχηματισμός με wavelet για την απομάκρυνση του ανεπιθύμητου θορύβου που εμφανιζόταν με τη μορφή τροχιών στο τελικό σήμα τους. Πλήρεις ανωμαλίες Bouguer υπολογίστηκαν από αυτές, μετά την προς τα κάτω επέκταση των βαθμίδων μέσω της μεθόδου MC SA που ακολούθησε και την εφαρμογή της κατάλληλης τοπογραφικής αναγωγής σύμφωνα με το μοντέλο GEBCO_2023. Επόμενο βήμα στην εργασία αποτέλεσε ο υπολογισμός μοντέλων βαθών Moho μέσω δύο κλασικών προβλημάτων αντιστροφής: της μεθόδου Parker-Oldenburg και του αντιστρόφου προβλήματος ισοστασίας των Vening Meinesz-Moritz (VMM). Σειρά πειραμάτων πραγματοποιήθηκαν που έκαναν χρήση διαφορετικών αρχικών μέσων τιμών βάθους και τιμών αντίθεσης πυκνότητας. Τα υπολογισθέντα μοντέλα Moho συγκρίθηκαν τόσο με διαθέσιμα μοντέλα Moho από τη βιβλιογραφία όσο και με τιμές από σεισμικούς σταθμούς στην περιοχή μελέτης. Το σύνολο των ελέγχων και συγκρίσεων έδωσε ικανοποιητικά αποτελέσματα αναφορικά με την ακρίβεια των υπολογισθέντων μοντέλων, όπως σχολιάζεται αναλυτικά στις επόμενες ενότητες της διατριβής.