The effects of postglacial land uplift on the quasi-geoid in Finland

Thumbnail Image

Files

master_Rancken_Elisabeth_2025.pdf (47.21 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Engineering | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-09-29

Department

Major/Subject

Geoinformatics

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Geoinformatics

Language

en

Pages

86

Series

Abstract

During the last few centuries, the postglacial land uplift has been intensely studied in Fennoscandia. Recent studies show a maximum vertical uplift rate of about 1 cm/year around Kvarken in the Gulf of Bothnia. Thus far, the national height systems in Finland have been established based on decades-long precise levellings. However, due to the land uplift, the height system requires regular updates. GNSS/(quasi-)geoid-based height systems offer an alternative to height systems based on traditional precise levellings. This thesis determines the effects of postglacial land uplift on the quasi-geoid in Finland, which is important for the possible employment of GNSS/(quasi-)geoid-based height systems in the future. The quasi-geoid change is calculated over a period of 100 years by subtracting an initial quasi-geoid model in epoch 2000.0 from a future quasi-geoid model extrapolated to the epoch 2100.0. The quasi-geoid models are calculated using a remove-compute-restore (RCR) approach. Furthermore, the future model is calculated by extrapolating gravity change rates of the official Fennoscandian land uplift model NKG2016LU as well as using the time-dependent Global Gravity field Model (GGM) GOCO06s. The results show that the quasi-geoid is rising in the whole country over the 100-year-long time interval. A maximum total rise of 4.7 cm of the calculated quasi-geoid is found, which fits within the range of previous estimates of the geoid uplift in Fennoscandia. Most of the quasi-geoid rise is found to stem from the temporal changes of the GGM. However, the effects of the extrapolated gravity measurements cannot be determined based on the results of this study. Further research is required to determine this contribution and the effects of the modelling process on the future quasi-geoid.

Jääkauden jälkeistä maannousua on viimeisten vuosisatojen aikana tutkittu Fennoskandiassa laajasti. Viimeisimmät tulokset osoittavat vertikaalisen maannousun olevan suurimmillaan noin 1 cm/vuosi Pohjanlahden Merenkurkun alueella. Suomen kansalliset korkeusjärjestelmät ovat toistaiseksi perustettu vuosikymmeniä kestävien tarkkavaaituksien avulla. Maannousun takia korkeusjärjestelmää on kuitenkin päivitettävä säännöllisesti. GNSS/(kvasi)geoidi-pohjaiset korkeusjärjestelmät muodostavat vaihtoehdon perinteisille tarkkavaaituksiin perustuville korkeusjärjestelmille. Tässä työssä tutkitaan maannousun vaikutusta kvasigeoidiin Suomessa, mikä on tärkeää mahdollisia tulevaisuuden GNSS/(kvasi)geoidi-pohjaisia korkeusjärjestelmiä ajatellen. Kvasigeoidin muutosta mallinnetaan 100 vuoden ajanjaksolta vähentämällä kaksi kvasigeoidimallia toisistaan. Alkuperäinen malli lasketaan epookkiin 2000.0 ja tulevaisuuden malli ekstrapoloidaan epookkiin 2100.0. Mallinnus tehdään ”remove-compute-restore” (RCR) menetelmällä. Lisäksi tulevaisuuden malli lasketaan ekstrapoloimalla painovoiman muutosnopeuksia Fennoskandian alueen virallisesta maannousumallista NKG2016LU, sekä käyttämällä aikariippuvaista globaalia geopotentiaalimallia GOCO06s. Tulokset osoittavat kvasigeoidimallin nousevan koko Suomen alueella sadan vuoden ajanjakson aikana. Kokonaisnousu on enimmillään 4,7 cm, mikä sopii aikaisempien arvioiden joukkoon Fennoskandian geoidinmuutoksesta. Suurin vaikutus kvasigeoidin nousuun tulee globaalin geopotentiaalimallin ajallisesta muutoksesta. Ekstrapoloiduista painovoimahavainnoista johtuvaa kvasigeoidinmuutosta ei voida päätellä tämän tutkimuksen tulosten perusteella. Tämän muutoksen, sekä tulevaisuuden kvasigeoidin mallinnusprosessin vaikutuksien selvittäminen vaatisi lisätutkimuksia.

Den postglaciala landhöjningen har under de senaste århundradena studerats intensivt i Fennoskandien. De senaste studierna visar en maximal vertikal landhöjningshastighet på ungefär 1 cm/år omkring Kvarken i Bottniska viken. Än så länge har de nationella höjdsystemen i Finland fastställts baserat på decennier långa precisionsavvägningar. På grund av landhöjningen krävs dock regelbundna uppdateringar av höjdsystemet. GNSS/(kvasi-)geoidbaserade höjdsystem är ett alternativ till systemen baserade på traditionell precisionavvägning. I den här avhandlingen studeras kvasi-geoidens förändring i respons till landhöjningen i Finland, vilket är viktigt med tanke på möjliga framtida GNSS/(kvasi-)geoidbaserade höjdsystem. Förändringen av kvasi-geoiden beräknas för en tidsperiod på 100 år genom att subtrahera en initial kvasi-geoidmodell i epoken 2000.0 från en framtida kvasi-geoidmodell extrapolerad till epoken 2100.0. De här kvasi-geoidmodellerna beräknas med en metod kallad ”remove-compute-restore” (RCR). Den framtida modellen beräknas därtill genom att extrapolera tyngdkraftens förändringshastigheter i den officiella landhöjningsmodellen NKG2016LU i Fennoskandien samt genom att använda den tidsberoende globala geopotentialmodellen GOCO06s. Resultaten visar en stigning av kvasi-geoiden över hela Finland över en period på 100 år. Den maximala stigningen av kvasi-geoiden är 4,7 cm, vilket passar in i intervallet av tidigare uppskattningar av geoidhöjningen i Fennoskandien. Merparten av kvasi-geoidens stigning förorsakas av den temporala globala geopotentialmodellen. Inverkan av de extrapolerade tyngdkraftsobservationerna kan inte fastställas baserat på resultaten i den här studien. Vidare forskning krävs för att avgöra denna inverkan samt modelleringsprocessens inverkan på den framtida kvasi-geoiden.

Description

Supervisor

Bilker-Koivula, Mirjam

Thesis advisor

Saari, Timo

Keywords

gravity, geoid, quasi-geoid, land uplift, postglacial rebound, GIA, Fennoscandia

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202510218445

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG