Calibration and evaluation of WRF-hydro modeling system for extreme runoff simulations: Use of high-resolution sea surface temperature (SST) data
Aşırı akım simülasyonları için WRF-hydro model sisteminin kalibrasyonu ve değerlendirilmesi: Yüksek çözünürlüklü deniz yüzey sıcaklığı (DYS) verilerinin kullanımı
- Tez No: 721156
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL YÜCEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 146
Özet
Bu çalışma, dört farklı deniz yüzeyi sıcaklığı (DYS) veri setinin uzaysal-zamansal doğruluğunun, Türkiye'nin Doğu Karadeniz (EBS) ve Akdeniz (MED) bölgelerinde gerçekleşen sel olayları sırasında Weather Research and Forecast (WRF)-Hydro sisteminin ürettiği hidrolojik tepki üzerindeki etkisi araştırılmaktadır. Günlük zamansal çözünürlüğe sahip ve aynı zamanda yüksek mekansal çözünürlüklü üç farklı DYS ürünü (GHRSST, Medspiration ve NCEP-DYS) ve bir düşük çözünürlüklü ve zamansal olarak sabit DYS ürünü (sırasıyla EBS ve MED bölgeleri için ERA5- ve GFS- DYS) test edilmiştir. WRF modelinin başlangıç ve sınır koşulu girdileri, WRF aracılığıyla yüzeye yakın atmosferik değişkenlerin türetilmesinde kullanılır. Her iki bölgede de saatlik veya günlük akış verileri kullanılarak WRF-Hydro sistemi için olay bazlı kalibrasyon gerçekleştirilmiştir. Aşamalı kalibrasyon yaklaşımına ek olarak, otomatik kalibrasyon algoritması olarak değerlendirilen Dinamik Olarak Boyutlandırılmış Arama (DDS) Algoritması, hidrograf simülasyonlarındaki olabilecek iyileştirmeyi araştırmak amacıyla kullanılmıştır. Takiben farklı DYS verileri ile simüle edilmiş yağış verilerinin akım üzerindeki etkisini değerlendirilmiştir. DYS temsiline bağlı olarak gözlemlere göre taşkın olaylarının meydana gelmesinde bazı mekansal ve zamansal farklılıklar göze çarpmaktadır. Daha yüksek çapraz korelasyona sahip (GHRSST ve Medspiration) DYS ürünleri, her iki bölge için taşkın hidrograflarında önemli bir gelişme sağlamıştır. GHRSST veri seti EBS bölgesi üzerinde simüle edilmiş akımlarda düşük çözünürlüklü DYS 'ye (ERA5) göre, NSE'de (~%70) ve KGE'de (0.06'dan 0.3'a) önemli gelişmeler gözlemlenmiştir. RMSE'de %20'ye varan azalma ve korelasyonda 0,3'ten 0,8'e bir artış sağlamıştır. Yüksek mekansal-zamansal korelasyona sahip GHRSST ve Medspiration DYS verilerinin kullanımı, MED bölgesinde düşük çözünürlüklü DYS simülasyonunda (GFS) görülen aşırı tahmini azaltarak, 300 m3/s olarak gözlemlenen tepe akım noktasıyla tam olarak eşleşen akım değeri üretmiştir. WRF modeli içerisinde tanımlanmış yüksek çözünürlüklü DYS temsili yağış simülasyonlarını geliştirmiş GHRSST ve Medspiration simülasyonlarının hidrograflarının, gözlem yağışı ile simüle edilmiş hidrograflara kıyasla daha iyi performans gösterdiğini kanıtlamıştır. Ek olarak yüksek çözünürlüklü DYS simülasyonları sonucunda elde edilen hidrograflar için KGE değerlerinde 0.1'den 0.3'a bir artış gözlemlenmiştir.Manuel kalibrasyonun daha az yineleme sayısı ile daha iyi performans göstermesine rağmen, parametrelerin hidrolojik davranış üzerindeki etkisini dikkate alan süreç bazlı otomatik kalibrasyon yaklaşımı ile kalibre edilmiş model çıktıları özellikle EBS bölgesinde umut verici bir performans sergilediği gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
This study investigates the impact of the spatio-temporal accuracy of four different sea surface temperature (SST) datasets on the accuracy of the Weather Research and Forecasting (WRF)-Hydro system to simulate hydrological response during two catastrophic flood events over the Eastern Black Sea (EBS) and the Mediterranean (MED) regions of Turkey. Three daily-updated and high spatial resolution external SST products (GHRSST, Medspiration, and NCEP-SST) and one coarse-resolution and time-invariant SST product (ERA5- and GFS-SST for EBS and MED regions, respectively) already embedded in the initial and the boundary conditions datasets of WRF model are used in deriving near-surface atmospheric variables through WRF. Event-based calibration is performed to the WRF-Hydro system using hourly and daily streamflow data in both regions. Two different calibration methods, namely step-wise and automated calibration, are applied for the calibration process. Dynamically Dimensioned Search (DDS) Algorithm is utilized as the automated calibration algorithm to investigate the improvements in hydrograph simulations alternative to the step-wise approach. The uncoupled model simulations for independent SST events are conducted to assess the impact of SST-triggered precipitation on simulated extreme runoff. Despite the fact that manual calibration shows better performance with fewer iteration numbers, results show that the process-based automated calibration approach considering the impact of parameters on the hydrological behavior exhibits a promising performance, particularly in the EBS region. Some localized and temporal differences in the occurrence of the flood events with respect to observations depending on the SST representation are noticeable. SST products represented with higher cross-correlations (GHRSST and Medspiration) revealed significant improvement in flood hydrographs for both regions. The GHRSST dataset shows a substantial improvement in NSE (~70%) and KGE (from 0.06 to 0.3) with respect to the invariable SST (ERA5) in simulated runoffs over the EBS region. Reduction in RMSE up to 20% and an increase in correlation from 0.3 to 0.8 is observed for the same region. The use of both GHRSST and Medspiration SST data characterized with high spatio-temporal correlation resulted in runoff simulations exactly matching the observed runoff peak of 300 m3/s by reducing the overestimation seen in invariable SST (GFS) in the MED region. In addition, the KGE values are increased from 0.1 to 0.3 for the hydrographs generated with high-resolution SST simulations. Improved precipitation simulation skills of the WRF model with the detailed SST representation show that the hydrographs of GHRSST and Medspiration simulations show better performance compared to the simulated hydrographs by observed precipitation.
Benzer Tezler
- Assessment of different rainfall products in flood simulations
Farklı yağış ürünlerinin taşkın simülasyonlarında değerlendirilmesi
ARZU ÖZKAYA
Doktora
İngilizce
2017
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiSu Kaynakları Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVDA ZUHAL AKYÜREK
- Calibration and evaluation of Wavewatch III under extreme conditions in eastern mediterranean and aegean sea basin
Doğu Akdeniz ve Ege Denizi baseninde fırtına koşulları altında Wavewatch III dalga modelinin performansının değerlendirilmesi ve kalibrasyonun yapılması
CEM BİNGÖL
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLİZAR ÖZYURT TARAKCIOĞLU
- Calibration and evaluation of the 3rd generation wave models under extreme conditions in Black Sea basin
Karadeniz baseninde fırtına koşulları için 3. nesil dalga modellerinin kalibrasyonu ve değerlendirmesi
ÇAĞIL KİREZCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. GÜLİZAR ÖZYURT
- Isıl kalibrasyon ve kısa ısılçift tellerinde frekans tepkisinin ölçümü
Thermal calibration and measurement of frequancy response in short thermocouple wires
TEOMAN ALPAY
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TANER BULAT
- Mudurnu çayı havzasında SWAT modeli uygulaması ve iklim değişikliği etkilerinin değerlendirilmesi
SWAT model implementation and evaluation of climate change effects in the Mudurnu river basin
ABDULKADİR BAYCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Çevre MühendisliğiSakarya Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN SÖNMEZ