Geri Dön

Catchment scaled drought analysis: Integrated climate and hydrological perspectives

Havza ölçeğinde kuraklık analizi: Entegre iklim ve hidrolojik perspektifleri

PDF İndir

  1. Tez No: 519749
  2. Yazar: SAEED VAZIFEHKHAH
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ERCAN KAHYA
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 178

Özet

Birleşmiş Milletler Çevre Programı (BMÇP) ve Dünya Meteoroloji Teşkilatı (DMT) tarafından 1988 yılında gerçekleşen Hükumetlerarası İklim Değişikliği Paneli (HİDP), iklim değişikliğine sistematik değerlendirmeler, etkiler, muhtemel riskler, sınırlamalar için seçenekler ve ona uyum sağlamak hakkında karar ve politika uygulayanlara içgörü sağlamak için düzenlenmiştir. Bilim insanlarının artan Sera Gazları (SG) hakkındaki endişesi hala devam etmektedir, örneğin, SG'nın salınımının yarısını oluşturan karbon monoksit yoğunluğu, Nisan 2018 de 410 ppm i aşmıştır ve bu da sanayi öncesi döneme göre yüzde 30'luk bir artışa sebep olmuştur. Temsili Konsantrasyon Yolları (TKY), 2000 yılında yayımlanan Emisyon Senaryoları Özel Raporu (ESÖR) tahminlerinin üzerine HIDP'in 2014'teki beşinci Değerlendirme Raporu (DR5) tarafından kabul edilen, kapsanan dört SG konsantrasyonu (emisyonu değil) takip etme yöntemidir. TKY, gelecekte nekadar SG'nın salındığına bağlı olarak hepsinin gerçekleşmesi muhtemel olan dört potansiyel iklim perspektifini açıklayan iklimsel modellemeler ve araştırmalar için geliştirilmiştir. Küresel İklim Modelleri (KİM) ve Bölgesel İklim Modellerinin (BİM) sonuçları, birçok alanda gelecekteki analizler için farklı parametrelerin miktarını ve değişkenliğini tahmin etmek için kullanılmaktadır. Son zamanlarda, muhtemelen değişmekte olan iklime göre, dünyanın farklı bölgelerinde aşırı iklimsel olayların sıklığı önemli ölçüde artmıştır. HİDP DR5 sentez raporuna göre, TKY'lerin çoğu Türkiye'deki yüzey sıcaklığında ciddi artışa ve toplam yağışın miktarında yer yer azalmayı göstermektedir. Yağış paternlerindeki değişim, kar yağışında azalmaya, nüfus artışı gibi doğrusal insanoğlu kökenli etkilerle paralel bir şekilde sıcak hava dalgalarındaki artış, yer altı sularını aşırı suiistimalleri ve çölleşme doğrultusunda gerçekleşen ortalama sıcaklıklardaki yükselme, Türkiye'nin 21. yüzyılda su krizleriyle karşı karşıya kalmasına neden olmaktadır. Bu nedenle, son yıllarda pek çok bölgede farklı kuraklık olaylarıyla karşılaşıldığı ve iklim değişikliğiyle ilgili endişe verici bir duruma girildiği için, bilim insanları ve politikacıların üzerine düştüğü bir konu haline gelmiştir. Bu doğrultuda, Türkiye'nin iç Anadolu'da yer alan, Konya Kapalı Havzası (KKH) için son yıllarda aşırı yeraltı suyu çekimi, nüfus artışı, sıcaklık artışı ve kar yağışının azalması dikkat çekmektedir. Kuraklık indeksleri, kuraklık ile ilgili etkileri ve sonuçları izlemek ve öngörmek için olması gerekenlerdendir. İndeksler ayrıca, planlamacılar ve karar vericiler için bütünsel referans sağlayabilecekleri için başka bir kritik rol oynayabilmektelerdir. Son zamanlarda, araştırmacılar, yeni teknikleri içeren birden fazla değişkenli kuraklık indeksi olarak bilinen iki veya daha fazla göstergenin (yağış, sıcaklık, yüzey akış vb.) sağladığı bilgileri kullanmaya odaklı eski indeksler dışında yeni indeksler geliştirmeye çalışmışlardır. Bu araştırmanın temel amacı, KKH üzerinde çeşitli yaklaşım ve metotlar ile kuraklık analizini bir havza ölçeğinde incelemektir. İlk aşamada, meteorolojik, hidrolojik ve tarımsal kuraklık türleri için çeşitli, tanınan kuraklık indekslerinin geliştirilmesi parametrik ve parametrik olmayan yöntemlerle yapılmaktadır. Eskiden önerilen meteorolojik parametrik kuraklık indeksleri (SYİ ve SYBİ), ilk olarak, hesaplanması kolay ve ikinci olarak, KKH'daki önceki çalışmaların tekrar gözden geçirilmesi ve son olarak, çalışma alanı üzerinde yoğunlaştırılmış kuruluk koşullarında sıcaklığın rolünün gösterilmesi için seçilmiştir. Sonuçlar, özellikle 2000 yılından sonra kuraklık şiddetinde artışa neden olan bölgedeki sıcaklık artışının rolünü açıklamaktadır. Şaşırtıcı bir şekilde, 2000 ve 2010 yılları arasında, çoğu istasyonun kuraklığı farklı şiddetlerde yaşandığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, parametrik olmayan meteorolojik, hidrolojik ve tarımsal kuraklık indeksleri, KKH'daki bütünsel tarihsel kuraklıklarını değerlendirmek için kullanılmıştır. Üstelik trend analizleri, hidrolojik ve tarımsal indeksler üzerinde, iki parametrik olmayan kuraklık indeksini kullanılarak değerlendirilmiştir. Sonuçlar 3 ve 6 aylık zaman ölçeğinde farklı alanlarda çeşitli kuruma trendleri göstermektedir. Diğer yandan, çapraz dalgacık analizleri, hidrolojik ve tarımsal kuraklık indekslerinin, çalışma alanındaki çeşitli anlamlı bağlılıkları ortaya çıkaran Büyük-Ölçekli Atmosferik Salınımlarla (BÖAS) muhtemel uzaktan-bağlantılarını araştırmak için incelenmiştir. Çeşitli zaman aralıklar ve farklı buyukluklerle her bir BÖAS'ın 6-aylık hidrolijik ve tarımsal kuraklık indekslerine bağıntıları açıklanmıştır. İkinci aşamada, tarihsel parametrik olmayan Çok Değişkenli Standartlaştırılmış Kuraklık İndeksi (ÇDSKİ), bağlar aracılığıyla yağış ve toprak nemi bilgileri kullanılarak değerlendirilmiştir. ÇDSKİ 'nin iki değişkenli kuraklık özellikleri, uygulanan geri dönüş Süresi senaryolarında tarihsel kuraklık geri dönüş sürelerine ulaşmak için birkaç bağ tipi ile birlikte ele alınmıştır. Tarihsel parametrik olmayan kuraklık indeksi üzerine yapılan bağ analizi, BB6 bağ tipinin, KKH'ye göre kuraklık özelliklerinin ortak bağımlılığını modellemede üstünlüğünü ortaya koymaktadır. Genel olarak, KKH'deki tüm kuraklık sınıflarında, 3 aylık zaman ölçeğindeki bölgenin güneydoğu ve güneybatı kısımların, 6 aylık zaman ölçeğinde kuzey ve kuzeybatı kısımlarının tam tersine en tehlike altında olan kısımlarının olduğu görülmektedir. ÇDSKİ özelliklerinin gelecek süreç için (2019-2100) bağ yoluyla ortak bağımlılığını modellemek için, ilk olarak, farklı CMIP5 KİM'ler tarafından üretilen yirmi iki EURO-CORDEX birlik simülasyonuna dayanan göstergelerin (yağış ve toprak nemi serileri) performansı değerlendirilmiştir. Bu amaçla, çeşitli veri istatistiklerini kullanan eski tek değişkenli ölçüler kullanılmıştır. Ek olarak, EURO-CORDEX birlik simülasyonlarının son teknoloji, entropi-tabanlı performans analizi, KKH üzerine değerlendirilmiştir. Sonuçlar IPSL-IPSL-CM5A-MR-RCA4, MPI-M-MPI-ESM-LR-REMO2009 ve MPI-M-MPI-ESM-LR-RCA4 veri setlerinin gelecek dönemdeki yağış ve toprak nemi serilerinin modellenmesindeki üstünlüğünü göstermektedir. İstatistiksel karşılaştırma ayrıca önerilen entropi-tabanlı yaklaşımın KKH'deki mevcut seriler arasındaki en iyi modelleri çok iyi yakalayabildiğini göstermektedir. Daha sonra, seçilen modellerde olası yanılmalarını ortadan kaldırmak için, seçilen serilere parametrik, parametrik olmayan ve güçlü parametrik olmayan yüzdelik dağılım haritalama ve doğrusal ölçeklendirme yöntemi ile dört Önyargı Düzeltme (ÖD) yöntemi uygulanmıştır. Her bir girdinin performansı, Hataların Ortalama Kare Kökü (HOKK), HOKK yüzdesi (HOKKY), Ortalama Mutlak Hata (OMH), Önyargı Yüzdesi (ÖY) ve Nash-Sutcliffe Verimliliği (N-SE) Yöntemleri ile değerlendirilmiştir. ÖD yaklaşımlarının sonuçları, parametrik olmayan ve güçlü parametrik olmayan ÖD yöntemlerinin, seçilen modellerindeki KKH'na göre analizinde üstün olduğunu belirtmiştir. Seçilen sonuçlar, daha sonra iki zaman aralığında, 2019-2059 ve 2060-2100, ve bunların arasındaki dönem için, ÇDSKİ serisini belirgin bir şekilde oluşturmak için girdi olarak kullanılmıştır. Ayrıca, tarihsel döneme benzer şekilde, 3 ve 6 aylık zaman ölçekleri üzerinden bağ analizleri uygulanmış ve çeşitli kuraklık risk sınıflarına dayalı kuraklık geri dönüş periyodları geliştirilmiştir. Kuraklık dönüş periyod analizi ile farklı sınıflarından elde edilen sonuçların aralığı, bazı istasyonlar üzerinde önemli bir kuraklık riski olduğunu belirterek, incelenen dönemlerde en kötü sınıfların minimumu için önemli bir düşüşü göstermektedir. 242 ve 192 numaralı istasyonlar ise, tüm kuraklık sınıfları yüksek riskli bölgelere işaret ederken, IPSL-RCA4/TKY4.5 ile elde edilen 3 aylık ÇDSKİ serisine göre güney bölgelerde yer alan istasyonlar için daha az risk öngörülmüştür. Çeşitli kuraklık tetikleyicileri ve kuraklık olayları arasındaki sebep-sonuç ilişkisini araştırmak için, bu analiz farklı kuraklık indeksleri ve istatistiksel analizler kullanarak bütünsel bir görünüm vermektedir. Genel olarak, bu çalışmadan elde edilen sonuçların, KKH için etkili bir kuraklık hafifletme stratejisi elde etmesine yardımcı olması beklenmektedir. Kuraklık olaylarının evrimi, kuraklığın bütünsel nitelendirmesi, sahip olduğu muhtemel riskin büyüklüğü ve ortaya çıkma sıklığı hakkında bilgi sahibi olmak, insanoğlunun kuraklığa neden olabilecek pek çok yıkıcı sonucu engellemesine veya en azından daha iyi hazırlanmasına yardımcı olacaktır.

Özet (Çeviri)

The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) set up by United Nations Environment Program (UNEP) and World Meteorological Organization (WMO) in 1988 to provide insights for decision and policy-makers with systematic evaluations, impacts, probable risks and options for mitigation and adaptation of climate change. The concerns in increasing of Greenhouse Gases (GHGs) are still alive among scientists e.g. by the April 2018 the concentration of CO2, which itself forms half of the GHGs emissions, passed 410 ppm which explains an increase of 30 percentage comparing to the pre-industrial era. Representative Concentration Pathways (RCPs) are four GHG concentration (not emissions) trajectories adopted by fifth Assessment Report (AR5) of the IPCC in 2014, which overtakes Special Report on Emissions Scenarios (SRES) projections published in 2000. The pathways are developed for climatic modeling and investigations describing four potential climate perspectives, all of them are considered possible depending on how much GHGs are released in the future. The outcomes of Global Climate Models (GCMs) and Regional Climate Models (RCMs) are used for predicting the quantity and variability of different parameters for the future analysis in many fields. Recently, the frequency of extreme climatological events increased dramatically in different parts of the world due to a probable changing climate. According to the IPCC AR5 synthesis report, all RCPs shows an increase in the surface temperature and decrease in precipitation totals for Turkey with the high confidence. The increase in average temperature in accordance with changes in precipitation patterns, decrease in snowy days, increases in heat waves parallel to direct anthropogenic effects like population increase, groundwater over-exploitations and desertification altogether causes the Turkey to face water crises during the 21th century. Therefore, it is one of the hotspots for scientists and policymakers, as it faced with different drought events in many regions during the last decades and enters to the alarming situation in association with climate change. Drought indices are essential for tracking and anticipating drought-related impacts and outcomes. Indices may also play another critical role where they can provide holistic reference for planners or decision-makers. Recently, researchers put efforts into developing new indices applying novel techniques particularly focusing on utilizing the information of two or more indicators (precipitation, temperature, runoff etc.) known as multivariate drought index. The primary objective of this research is to study the drought analysis on a catchment scale by a various approaches over the Konya Closed Basin (KCB). In the first phase of this thesis, development of various well-known drought indices for meteorological, hydrological and agricultural drought types are done in parametric and non-parametric methods. The former proposed meteorological parametric drought indices (SPI and SPEI) are chosen because, firstly they are easy to calculate and secondly, for revisiting the previous studies in the KCB and finally, to show the role of temperature in intensifying drying condition over the study area. Results clarify the role of temperature increase in the region causing to surge the drought severity particularly after 2000. Surprisingly, it is shown that between 2000 and 2010, most of the stations experienced drought in different severities. Further, the nonparametric meteorological, hydrological and agricultural drought indices was utilized to assess the holistic historical drought conditions in the KCB. Moreover, the trends are investigated using Mann-Kendall and Sen's Graphical nonparametric methods on hydrological and agricultural indices. The results indicate various drying trends in different areas on 3- and 6-month timescales. On the other hand, the cross wavelet analysis is assessed to investigate the probable teleconnections of hydrological and agricultural drought indices with large-scale atmospheric circulations, which reveals various significant correlations over the study area. In the next chapter, the historical nonparametric multivariate standardized drought index (NMSDI) is assessed using the information of precipitation and soil moisture via copulas. The bivariate drought characteristics of NMSDI is handled with several copula families to achieve the historical drought return periods on various return period scenarios and drought categories. The copula analysis on historical nonparametric drought index reveals the superiority of BB6 copula family in modelling the joint dependence of drought characteristics over the KCB. Overall, the southeastern and southwestern regions reflect the high-risk area on 3-month time scales as oppose to the north and northwestern parts seems on 6-month time scale on all drought categories in the KCB. To model the joint dependence of NMSDI characteristics via copula for the future period (2019-2100), first the performance of multivariate drought indicators (precipitation and soil moisture series) based on twenty-two EURO-CORDEX ensembles simulations forced by different CMIP5 GCMs are evaluated. To this end, the former univariate metrics using various data statistics are used. In addition the state-of-the-art, entropy-based performance analysis of EURO-CORDEX ensembles simulations are assessed by means of different entropy-based formulations over the KCB. Results indicates the superiority of IPSL-IPSL-CM5A-MR-RCA4, MPI-M-MPI-ESM-LR-REMO2009 and MPI-M-MPI-ESM-LR-RCA4 series in modelling the precipitation and soil moisture series for the future period. The statistical comparison also show that the proposed entropy-based approach could capture the best models among the available series in the KCB very well. Then, to eliminate the probable biases in the selected models, four Bias Correction (BC) methods as parametric, nonparametric and robust nonparametric quantile mapping and, linear scaling method are applied to the chosen series. The performance of each input is evaluated with Root Mean Square Error (RMSE), percentage of RMSE (PRMSE), Mean Absolute Error (MAE), Percentage Bias (PBIAS) and Nash–Sutcliffe Efficiency (NSE) Methods. Results of BC approaches stated the superiority of nonparametric and robust nonparametric BC methods in analysis of selected models over the KCB. The chosen outputs are then used as inputs in two time span, first the period of 2019-2059 and latter one, the period of 2060 to 2100 to generate the NMSDI series distinctively. Moreover, similar to the historical period, the copula analysis is investigated on 3- and 6-month time scales and drought return period based on various drought risk categories are developed. The minimum of the outputs received by drought return period analysis depicts a substantial decrease for the worst categories during the studied periods expressing a considerable drought risks increase over them. Furthermore, stations #242 and #192 illustrates high-risk regions on all drought categories while less risk was predicted for stations located in southern areas based on 3-month NMSDI series derived by IPSL-RCA4/RCP4.5. In order to explore the cause and effect relationship between various drought triggers and drought events, these analyses give a holistic view using different drought indices and statistical analysis. Overall, the results obtained from this study are expected to help achieve an effective drought mitigation strategy for the KCB. A better understanding of the evolution of drought events, integrated characterization of drought, the magnitude of risk it poses, and knowledge of its frequency of occurrence could help humankind to prevent, or at least better prepared for the many devastating consequences droughts can potentially cause.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    840901

    Development of drought intensity-duration-frequency curves based on standardized climatic indices using physical variables, deficit in precipitation and deficit in streamflow

    Yağiş açiği ve akim açiği fiziksel değişkenlerini kullanan standartlaştirilmiş iklim i̇ndeksleri tabanli kuraklik şiddet-süre-frekans eğrilerinin geliştirilmesi

    YONCA ÇAVUŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAFZÜLLAH AKSOY

    PROF. DR. KERSTIN STAHL

  2. Tez No

    55948

    Van Gölü'nde su seviye değişimleri ile yağışlar arasındaki ilişkinin tespiti

    Başlık çevirisi yok

    S.GÜLAY SEZEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1996

    Meteorolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    DOÇ.DR. MİKTAD KADIOĞLU

  3. Tez No

    706278

    Kentsel alanlarda yağmur suyu yönetiminin mekânsal bileşenlerinin Üsküdar meydanı havzası üzerinden değerlendirilmesi

    Üsküdar square basin evaluation of spatial components of rainwater management in urban areas

    GÖKNUR GÜLCÜ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Peyzaj Mimarlığıİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kentsel Tasarım Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAYRİYE EŞBAH TUNÇAY

  4. Tez No

    234089

    İstanbul Avrupa Kültür Başkentliği bağlamında Haliç kültür havzasının kamusal mekan olarak geri kazanımı

    Recuperation of Haliç cultural catchment area as a public space in accordance with Istanbul European Capital of Culture Program

    HANDE ENGİNÖZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Şehircilik ve Bölge PlanlamaMimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi

    Şehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYKUT KARAMAN

  5. Tez No

    128661

    Sazlıdere barajı havzası zamansal değişim analizinin uydu görüntü verileri ile yapılması

    Multitemporal analysis of Sazlıdere catchment area using satellite data

    HÜSEYİN BAYRAKTAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    Jeodezi ve FotogrametriYıldız Teknik Üniversitesi

    Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. BÜLENT BAYRAM

Geri Dön