Geoid and postglacial rebound related gravity change in Finland

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorVermeer, Martin, Prof., Aalto University, Department of the Built Environment, Finland
dc.contributor.authorBilker-Koivula, Mirjam
dc.contributor.departmentRakennetun ympäristön laitosfi
dc.contributor.departmentDepartment of Built Environmenten
dc.contributor.labFinnish Geospatial Research Institute, Department of Geodesy and Geodynamicsen
dc.contributor.schoolInsinööritieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Engineeringen
dc.contributor.supervisorVermeer, Martin, Prof., Aalto University, Department of the Built Environment, Finland
dc.date.accessioned2021-04-06T09:00:06Z
dc.date.available2021-04-06T09:00:06Z
dc.date.defence2021-04-23
dc.date.issued2021
dc.descriptionDefence is held on 23.4.2021 16:00 – 19:00 Remote: https://aalto.zoom.us/j/61678768590
dc.description.abstractPositioning using Global Navigation Satellite Systems (GNSS) is widely used nowadays and it is getting more and more accurate. This requires also better geoid models for the transformation between heights measured with GNSS and heights in the national height system. In Finland heights are continuously changing due to the Fennoscandian postglacial rebound. Land uplift models are developed for the Fennoscandian land uplift area, not only for the vertical velocities, but also for the gravity change related to postglacial rebound. In this dissertation geoid studies were carried out in search of the geoid model that is most suitable for the conversion of GNSS heights in the EUREF-FIN coordinate system to heights in the Finnish height system N2000 on land as well as on sea. In order to determine the relationship between gravity change rates and vertical velocities, time series of absolute gravity measurements were analysed. Methods were tested for fitting a geoid model to GNSS-levelling data. The best method for Finland was found to be least-squares collocation in combination with cross-validation. The result was the height conversion surface FIN2005N00, the official model for Finland. Then, high-resolution global gravity field models were tested in geoid modelling for Finland. The resulting geoid models were better than the earlier geoid models for Finland. After correcting for an offset and tilt, the differences with other models disappeared. Also, a method was developed to validate geoid models at sea using GNSS measurements collected on a vessel. The method was successful and key elements were identified for the process of reducing the GNSS observations from the height of observation down to the geoid surface. Possible offsets between different types of absolute gravimeters were investigated by looking at the results of international comparisons, bi-lateral comparisons and of trend calculations. The trend calculations revealed significant offsets of 31.4 ± 10.9 μGal, 32.6 ± 7.4 μGal and 6.8 ± 0.8 μGal for the IMGC, GABL and JILAg-5 instruments. The time series of absolute gravity measurements at 12 stations in Finland were analysed. At seven stations reliable trends could be determined. Ratios between -0.206 ± 0.017 and -0.227 ± 0.024 μGal/mm and axis intercept values between 0.248 ± 0.089 and 0.335 ± 0.136 μGal/yr were found for the relationship between gravity change rates and vertical velocities. These values are larger than expected based on results of others. The knowledge obtained in the geoid studies will be of benefit in the determination of the next generation geoid models and height conversion surfaces for Finland. Before clear conclusions can be drawn from the absolute gravity results, more studies related to glacial isostatic adjustment, and longer high-quality time series from more stations in Finland, as well as the whole of the uplift area and its boundaries, are needed.en
dc.description.abstractSatelliittipaikannus (GNSS) on nykyään laajasti käytössä ja sen tarkkuus paranee koko ajan. Tämä vaatii myös parempia geoidimalleja, joita tarvitaan kun satelliittipaikannuksella mitattuja korkeuksia muunnetaan kansallisessa korkeusjärjestelmässä oleviksi korkeuksiksi. Suomessa korkeudet muuttuvat jatkuvasti jääkauden jälkeisen maannousun johdosta. Maannousumalleja kehitetään Fennoskandian maannousualueelle, ei pelkästään koordinaattien pystykomponentin nopeuksille, vaan myös jääkauden jälkeisen maannousuun liittyville painovoimamuutoksille. Tässä väitöskirjassa tehtiin geoiditutkimuksia etsittäessä geoidimallia, joka parhaiten sopii muuntamaan EUREF-FIN koordinaattijärjestelmässä olevat GNSS-korkeudet Suomen N2000- korkeusjärjestelmässä oleviksi korkeuksiksi sekä maalla että merellä. Absoluuttipainovoima-mittauksien aikasarjoja analysoitiin painovoiman muutosnopeuksien ja pystysuuntaisten nopeuksien väliseen suhteen määrittämiseksi. Geoiditutkimuksessa testattiin menetelmiä, joilla geoidimalli sovitaan GNSS-vaaitus aineistoon. Parhaaksi menetelmäksi Suomessa osoittautui pienimmän neliösumman kollokaatio yhdessä ristivalidoinnin kanssa. Tulos oli FIN2005N00-korkeuden muunnospinta, josta tuli Suomen virallinen geoidimalli. Seuraavaksi testattiin korkean resoluution globaaleja painovoimakenttämalleja Suomen geoidilaskennassa. Tuloksena olevat geoidimallit olivat parempia kuin aiemmat geoidimallit Suomen alueelle. Vakioeron ja kallistuksen poistamisen jälkeen erot muihin malleihin hävisivät. Lisäksi kehitettiin menetelmä, jolla geoidimalleja voidaan tarkistaa merellä laivan GNSS-mittauksien avulla. Menetelmä onnistui ja tunnistettiin keskeiset elementit prosessille, jolla muunnetaan GNSS havainnot mittauskorkeudelta geoidipintaan. Absoluuttigravimetrityyppien välisiä vakioeroja etsittiin tutkimalla kansainvälisten vertailujen, kahdenvälisten vertailujen ja trendilaskennan tuloksia. Trendilaskennan tulokset paljastivat merkittäviä vakioeroja IMGC, GABL ja JILAg-5 laitteille: 31.4 ± 10.9 μGal, 32.6 ± 7.4 μGal ja 6.8 ± 0.8 μGal. 12 aseman absoluuttipainovoimamittauksien aikasarjat analysoitiin ja seitsemälle asemalle saatiin luotettavat trendit. Painovoiman muutosnopeuksien ja pystysuuntaisten nopeuksien väliselle suhteelle estimoidut suhdeluvut vaihtelivat 0.206 ± 0.017 ja -0.227 ± 0.024 μGal/mm välillä ja akselin leikkausarvot 0.248 ± 0.089 ja 0.335 ± 0.136 μGal/v välillä. Nämä arvot ovat suurempia kuin odotettiin aikaisempien tulosten perusteella. Geoiditutkimuksista saatu tieto hyödynnetään Suomen seuraavien geoidimallien ja korkeuden muunnospintojen määrittämisessä. Ennen kuin absoluuttipainovoiman tuloksista voidaan tehdä selkeitä johtopäätöksiä, tarvitaan lisää maannousututkimusta ja pidemmät korkealaatuiset aikasarjat useammalta asemalta Suomesta, sekä koko maannousun alueelta ja sen reunalta.fi
dc.format.extent84 + app. 102
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.isbn978-952-64-0299-4 (electronic)
dc.identifier.isbn978-952-64-0298-7 (printed)
dc.identifier.isbn978-951-48-0271-3 (electronic)
dc.identifier.isbn978-951-48-0270-6 (printed)
dc.identifier.issn1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.issn2342-7353 (electronic)
dc.identifier.issn2342-7345 (printed)
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/103514
dc.identifier.urnURN:ISBN:978-952-64-0299-4
dc.language.isoenen
dc.opnvan Dam, Tonie, Prof., Université du Luxembourg, Luxembourg
dc.publisherAalto Universityen
dc.publisherAalto-yliopistofi
dc.relation.haspart[Publication 1]: Bilker-Koivula M (2010) Development of the Finnish height conversion surface FIN2005N00, Nordic Journal of Surveying and Real Estate Research, vol. 7, no. 1, pp. 76–88, 2010. http://www.njsr.fi/issues/2010/7_1_bilker_koivula.pdf
dc.relation.haspart[Publication 2]: Bilker-Koivula M (2014) Assessment of high resolution global gravity field models for geoid modelling in Finland. In Marti U. (Eds.): Gravity, Geoid and Height Systems - Proceedings of the IAG Symposium GGHS2012, October 9-12, 2012, Venice, Italy, International Association of Geodesy Symposia, vol. 141, pp. 51-58. Springer, Cham, DOI: 10.1007/978-3-319-10837-7_7
dc.relation.haspart[Publication 3]: Nordman M, Kuokkanen J, Bilker-Koivula M, Koivula H, Häkli P, Lahtinen S (2018) Geoid validation on the Baltic Sea using ship-borne GNSS data, Marine Geodesy, vol. 41, no. 5, pp. 457-476, 2018. DOI: 10.1080/01490419.2018.1481160
dc.relation.haspart[Publication 4]: Pettersen BR, Bilker-Koivula M, Breili K, Engfeldt A, Falk R, Gitlein O, Gjevestad JGO, Hoppe W, Lysaker DI, Mäkinen J, Omang OCD, Reinhold A, Timmen L (2010) An accuracy assessment of absolute gravimetric observations in Fennoscandia, Nordic Journal of Surveying and Real Estate Research, vol. 7, no. 1, pp. 7–14, 2010. http://www.njsr.fi/issues/2010/7_1_pettersen_et_al.pdf
dc.relation.haspart[Publication 5]: Bilker-Koivula M, Mäkinen J, Ruotsalainen H, Näränen J, Saari T (2021) Forty-three years of absolute gravity observations of the Fennoscandian postglacial rebound in Finland, Journal of Geodesy, vol. 95, nr. 24, 18 pp., 2021. DOI: 10.1007/s00190-020-01470-9
dc.relation.ispartofseriesAalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONSen
dc.relation.ispartofseries33/2021
dc.relation.ispartofseriesFGI publications No 163
dc.revvan Dam, Tonie, Prof., Université du Luxembourg, Luxembourg
dc.revSneeuw, Nico, Prof., University of Stuttgart, Germany
dc.subject.keywordgeoid modellingen
dc.subject.keywordvalidationen
dc.subject.keywordFIN2005N00en
dc.subject.keywordabsolute gravimetryen
dc.subject.keywordgravity trenden
dc.subject.keywordpostglacial rebounden
dc.subject.keywordglacial isostatic adjustmenten
dc.subject.keywordFinlanden
dc.subject.keywordgeoidimallinnusfi
dc.subject.keywordabsoluuttipainovoimafi
dc.subject.keywordpainovoimatrendifi
dc.subject.keywordjääkauden jälkeinen maannousufi
dc.subject.keywordSuomifi
dc.subject.otherGeoinformaticsen
dc.titleGeoid and postglacial rebound related gravity change in Finlanden
dc.titleGeoidi ja maannousuun liittyvät painovoiman muutokset Suomessafi
dc.typeG5 Artikkeliväitöskirjafi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotDoctoral dissertation (article-based)en
dc.type.ontasotVäitöskirja (artikkeli)fi
local.aalto.acrisexportstatuschecked 2021-04-26_0818
local.aalto.archiveyes
local.aalto.formfolder2021_04_06_klo_09_57
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
isbn9789526402994.pdf
Size:
3.01 MB
Format:
Adobe Portable Document Format