Baltık Denizi'nde yeni ortak yükseklik referansı yürürlükte

Baltık Denizi'ne kıyısı olan ülkeler, denizaltı derinliklerinin ve su seviyesinin haritalanmasında ortak bir referans yüzeyi kullanmaya başladı. Yeni jeoit tabanlı düşey referans sistemi BSCD2000 (Baltic Sea Chart Datum 2000), 2023 sonundan itibaren bölgede resmi referans yüzeyi olarak yürürlükte. Sistem, deniz navigasyonu ve su seviyesi ölçümlerinde ülkeden ülkeye değişen sıfır noktalarından kaynaklanan farklılıkları ortadan kaldırıyor.

Ortak sıfır noktası neden gerekliydi?

Daha önce Baltık ülkeleri, hatta bazen aynı ülkenin farklı limanları bile deniz derinlikleri için farklı başlangıç noktaları kullanıyordu. Bu nedenle farklı ülkelerin navigasyon haritaları farklı sıfır seviyeleri gösteriyor, gemi bir ülkeden diğerine geçerken derinlikler âdeta değişiyordu. Özellikle Baltık Denizi'nin sığ kıyı bölgelerinde, büyük gemilerin omurgası altında zaten az su bulunduğundan bu durum ciddi sorunlara yol açabiliyordu.

Eski yöntemde ülkeler, deniz haritalarındaki derinlikleri genellikle gelgit ölçüm istasyonlarındaki ortalama deniz seviyesine göre belirliyordu. Ancak Baltık Denizi'nin ortalama su seviyesi her yerde aynı değil. Rüzgâr, hava basıncı, akıntılar, su sıcaklığı ve tuzluluk bu seviyeyi etkiliyor. Örneğin Baltık Denizi'nin doğu ve kuzey kesimlerindeki su seviyesi, güney kesimine ve Kuzey Denizi'ne göre ortalama 15 santimetre daha yüksek. Ayrıca son buzul çağı sonrası yer kabuğunun yükselmesi, Botnia Körfezi bölgesinde deniz tabanını yılda yaklaşık bir santimetre yükseltiyor.

Yerel ortalama deniz seviyesi bir ölçüm istasyonunda iyi bilinse de bu değeri açık denize veya başka bir ülkenin limanına aktarmak mümkün değil. Dijital deniz haritaları ve uydu konumlandırma çağında bu durum, geminin ölçüm cihazları, harita ve su seviyesi tahminlerinin aynı durumu biraz farklı göstermesine yol açıyor. Farklardan kaynaklanan derinlik hatası desimetre mertebesine çıkabiliyor.

GNSS (Küresel Uydu Seyrüsefer Sistemi, en bilineni GPS) konum belirleme doğruluğu belirli koşullarda santimetreye yaklaşırken, benzer doğrulukta bir yükseklik referans yüzeyine ihtiyaç duyuluyor. GNSS, konumu ve yüksekliği matematiksel bir referans elipsoidine göre ölçüyor; ancak bu yapay yüzeye göre belirlenen yüksekliklerin pratik değeri yok. Deniz navigasyonu, doğa olayları araştırmaları ve birçok mühendislik görevinde yükseklik veya derinliklerin ortalama deniz seviyesine göre bilinmesi çok daha önemli.

Yerçekimi alanına bağlı jeoit, yani dalga, akıntı ve diğer bozucu etkilerin olmadığı varsayılan sakin deniz yüzeyi, yükseklik ve derinlik ölçümleri için uygun bir referans oluşturuyor. Avrupa'nın ortak yükseklik sistemi Amsterdam sıfır noktası (Normaal Amsterdams Peil, NAP) ile uyumlu hale getirildi. Estonya, Avrupa yükseklik sistemini 2018'de kullanmaya başladı; ulusal çözüm EH2000 olarak adlandırılıyor. Önceki BK77 (Baltık normal yükseklik sistemi 1977) ise Sankt Petersburg yakınlarındaki Kronstadt sıfır noktasına dayanıyordu. İki sistem arasındaki farkların Estonya sınırları içinde 20 santimetreye ulaştığı ortaya çıktı. Bu fark, Baltık ve Kuzey Denizi ortalama su seviyeleri arasındaki fark ile bölgedeki yer kabuğu yükselmesinin birleşik etkisinden kaynaklanıyordu.

Yeni Amsterdam sıfır noktası eskisine göre daha aşağıda olduğundan karadaki nesnelerin yükseklikleri artmış, deniz derinlikleri ise azalmış gibi göründü. Dönüşümün deniz tabanının fiziksel konumunu değiştirmediği ve yaklaşık 20 santimetrelik bir su tabakasının “çalınmadığı” vurgulanmalı; yalnızca ölçümlerin referans yüzeyi değişti.

BSCD2000 nasıl oluşturuldu?

Baltık Denizi Hidrografi Komisyonu, ortak bir yükseklik sistemine duyulan ihtiyacı 2005'te fark etti. Bilim insanları, Baltık Denizi su yollarında seyir güvenliğini artırmayı amaçlıyordu. Yıllar süren tartışmalar ve fizibilite çalışmalarının ardından 2013'te ortak jeoit tabanlı yükseklik sistemi BSCD2000'nin hazırlıklarına başlandı. Sistemin sıfır seviyesi için de Avrupa yükseklik sistemi ve Amsterdam sıfır noktası seçildi; artık limanların tarihsel ortalama su seviyesi kullanılmıyor.

Sistem zaman faktörünü de dikkate alıyor. BSCD2000, yer kabuğu yükselmesinden etkilenen yükseklikleri 2000 yılı başı itibarıyla sabitliyor. Böylece sürekli yükselen arazi, sıfır seviyesinin fark edilmeden yeni bir konuma kaymasına neden olamıyor. Bu, su seviyesinin anlık durumunun tüm Baltık ülkelerinde aynı şekilde ölçülmesini ve tahmin edilmesini sağlıyor.

Jeoit modelini oluşturmak için yerden, denizden ve havadan yerçekimi ivmesi verilerine ihtiyaç duyuldu; uydu gravimetrisinden de yararlanıldı. Baltık Denizi ve çevresinde büyük veri boşlukları vardı; bunların doldurulması için ek gravimetrik ölçümler gerekti. Bu ölçümlere Avrupa Birliği ulaştırma programı tarafından desteklenen ve Baltık ülkelerinin devlet kurumları, araştırma kuruluşları ile üniversitelerini bir araya getiren FAMOS (Finalising Surveys for the Baltic Motorways of the Sea) projesi mali destek sağladı.

2013-2022 yılları arasında FAMOS projesi kapsamında denizde geniş çaplı gravimetrik ölçümler yapıldı; bunlar Estonya'nın karasuları ve ekonomik bölgesi sularını da kapsıyordu. Bilim insanları, hidrografik ölçüm gemileriyle Tallinn Teknik Üniversitesi, Danimarka Teknik Üniversitesi ve deniz yolları dairesi (şimdiki adıyla ulaştırma dairesi) işbirliğinde 2016 ve 2017 yazlarında Batı Estonya kıyı sularında ve Finlandiya Körfezi'nde deniz gravimetrisi ölçümleri yaptı.

Tallinn Teknik Üniversitesi, BSCD2000 model yüzeyinin geliştirildiği dört hesaplama merkezinden biriydi. Bilim insanları aynı veri kümesine dayanarak dört bağımsız gravimetrik deniz jeoidi hesapladı; bunları ağırlıklı ortalamada birleştirdi, karadaki kontrol noktaları yardımıyla ulusal yükseklik sistemlerine uyarladı ve ardından ulusal kara yükseklik referans yüzeyleriyle kaynaştırdı. Kıyı ve devlet sınırları yakınında, jeoidin deniz ve kara modeli arasında ani bir sıçrama oluşmaması için yaklaşık on kilometre genişliğinde bir geçiş bölgesi bırakıldı.

Projenin ana sonuçları Journal of Geodesy dergisinde yayımlanan bir makalede yer alıyor. 2023 sonundan itibaren yaklaşık kilometre çözünürlüğündeki BSCD2000 jeoit modeli, Baltık ülkelerinde deniz navigasyonu ve su seviyesi belirlemede resmi yükseklik referans yüzeyi olarak kullanılıyor. Estonya'nın yeni navigasyon haritaları, deniz derinlikleri için artık EH2000/BSCD2000'i referans alıyor.

BSCD2000 deniz jeoidinin uydu altimetrisi verileri ve hidrodinamik modellerle karşılaştırılması, modelin üç santimetreye kadar doğruluk sağladığını doğruladı. Ortak sıfır seviyesi, daha yeni ve daha doğru elektronik navigasyon haritalarının oluşturulmasına yardımcı olacak. Deniz tabanı derinlikleri, su seviyesi verileri, kara yükseklikleri ve GNSS konumlandırma, gemi kaptanına omurga altındaki derinlik payını gerçek zamanlı izleme, daha güvenli ve yakıt tasarruflu rota planlama olanağı tanıyacak. Bilim insanları da otonom gemiler için navigasyon çözümleri geliştirebilecek.

Santimetre doğruluğunda yükseklik ve derinlik verileri özellikle sığ limanlarda ve dar su yollarında büyük önem taşıyor. Daha doğru model, gemilerin optimum seyir hızının daha iyi ayarlanmasına da yardımcı olacak. Hızlanınca gemi daha derine gömülür ve omurga altındaki serbest su daha da azalır. Kaptan kesin derinlik payını bilirse, yükü daha verimli planlayabilir; bu da önemli ölçüde para tasarrufu sağlar. Daha güvenilir derinlik ve su seviyesi bilgisi, gemiye daha fazla yük yüklenmesine olanak tanır.

Ortak yükseklik temeli, limanlar, deniz üstü rüzgâr santralleri, deniz altı kabloları ve diğer deniz yapılarının projelendirilmesini de kolaylaştırıyor. Deniz ve kara yükseklikleri artık tek bir bütün oluşturuyor; derinlikler ve su seviyesi yükseklikleri kıyı şeridinde veya devlet sınırında kesintiye uğramıyor.

Bilimsel çalışmanın değeri, yalnızca doğru bir hesaplama modeli oluşturmaktan öteye geçiyor. BSCD2000, farklı ülkelerin ölçüm verilerinin, bilimsel yöntemlerinin ve anlaşmalarının tüm Baltık Denizi'ni kapsayan pratik bir sistemde nasıl birleştirilebileceğini gösteriyor. Bu, Baltık Denizi'nde faaliyetleri daha anlaşılır ve güvenli hale getiriyor. Bilim insanlarına göre, tüm deniz bölgesini kapsayan böyle bir ülkeler arası uyum, denizcilik ve hidrografi alanında istisnai bir adım. Çalışma, daha güvenli denizcilik, sınır ötesi veri kullanımı ve yeni nesil dijital deniz hizmetlerine doğru önemli bir adımı temsil ediyor.

Makale Journal of Geodesy dergisinde yayımlandı. Çalışma grubunda Tallinn Teknik Üniversitesi'nden Estonyalı bilim insanları Artu Ellmann ve Sander Varbla da yer aldı.