Geri Dön

Convection-permitting climate simulations for the 21st century based on SSP3-7.0 scenario over the Black Sea basin

Karadeniz havzası üzerinde 21. yüzyıl için SSP3-7.0 senaryosuna dayalı konveksiyona izin veren iklim simülasyonları

PDF İndir

  1. Tez No: 772129
  2. Yazar: MEHMET BARIŞ KELEBEK
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. BARIŞ ÖNOL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Meteoroloji, Meteorology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 120

Özet

Küresel iklim değişimi üzerindeki insan etkisi sanayi öncesi dönemden bu yana çok yüksek oranda artış göstermiştir. Bu insan etkisine bağlı olarak gelecekte küresel ortalama sıcaklık artışının 2030'lu yıllarda 1.5°C'yi geçeceği tahmin edilmektedir. Ayrıca, sıcaklık artışına bağlı olarak gelecekte aşırı yüksek sıcaklık ve aşırı yağış olaylarında da artış olacağı öngörülmektedir. Bundan dolayı, iklim değişimini azaltma ve uyum çalışmaları için gelecek dönem iklim projeksiyonları büyük önem arz etmektedir. Bu kapsamda, küresel birleşik iklim modelleri (GCM'ler) iklim değişimi çalışmaları için birincil araçlardır. Fakat GCM'lerin yatay çözünürlükleri bölgesel olarak detaylı bilgi elde etmek için yeteri kadar yüksek değildir. Bölgesel iklim modelleri (RCM'ler) GCM'lere kıyasla daha yüksek çözünürlüklerde daha ayrıntılı ve fiziksel olarak daha güvenilir bölgesel iklim bilgisi sağlamaktadırlar. Son zamanlarda RCM'ler, konveksiyona izin veren modeller (CPM'ler) olarak adlandırılan, 4 km'ye eşit veya daha yüksek bir yatay çözünürlükte çalıştırılmaktadır. Biz bu çalışmada, Weather Research and Forecasting (Hava Araştırması ve Tahmini) (WRF) modeli ve CMIP6 tabanlı son nesil yüksek çözünürlüklü Max Planck Meteoroloji Enstitüsü Yer Sistemi Modeli'nin (MPI-ESM-HR) çıktılarını kullanarak, SSP3-7.0 sera gazı emisyon senaryosu altında, sırasıyla 2005-2014 ve 2061-2070 yılları arasında geçmiş ve gelecek dönem 3 km yatay çözünürlükte Karadeniz bölgesi ve Anadolu Yarımadası'nın geniş bir bölümü üzerinde konveksiyona izin veren bölgesel iklim simülasyonları gerçekleştirdik. Çalışmada ilk olarak geçmiş dönem simülasyon çıktılarını yüksek çözünürlüklü ızgaralı gözlemsel ve reanaliz referans veri setleri ve istasyon gözlemleri ile karşılaştırarak model başarımını değerlendirdik. Daha sonra, gelecek dönem simülasyon çıktılarını kullanarak bu bölgedeki gelecek dönem iklim değişimlerini araştırdık. Mevsimsel maksimum sıcaklık ortalamaları incelendiğinde, ızgaralı gözlemsel ve reanaliz veri setlerine kıyasla, WRF modelinin kış ve ilkbaharda özellikle dağlık bölgelerde negatif yanlılığa, yaz ve sonbaharda ise çalışma alanında yaklaşık 3°C pozitif yanlılığa sahip olduğu tespit edilmiştir. Aylık istasyon gözlemleriyle karşılaştırıldığında ise WRF modelinin istasyon bazında kış ve ilkbahar aylarında negatif yanlılığa sahip olsa da MPI-ESM-HR çıktılarını önemli ölçüde iyileştirdiği ve yanlılığı azalttığı görülmüştür. Benzer şekilde, minimum sıcaklık ortalamaları için WRF modeli tüm mevsimlerde ızgaralı gözlemsel ve reanaliz veri setlerine kıyasla yaklaşık 4°C pozitif yanlılığa sahip olsa da istasyon gözlemleriyle yapılan karşılaştırmalar WRF modelinin MPI-ESM-HR çıktılarını önemli ölçüde iyileştirdiği ve yanlılığı azalttığı tespit edilmiştir. Yağış çıktıları incelendiğinde MPI-ESM-HR'dan gelen sınır koşullarının pozitif yanlılığı nedeniyle WRF modelinin özellikle kış aylarında ve dağlık bölgelerde yaklaşık olarak 6 mm/gün pozitif yanlılığı vardır. İstasyon gözlemleri ile yapılan aylık toplam yağış karşılaştırmaları da WRF modelinin bu yanlılığının açık şekilde sınır koşullarından kaynaklandığını göstermektedir. Ancak istasyon gözlemleri ile yapılan günlük toplam yağış karşılaştırmaları sonucunda WRF modelinin MPI-ESM-HR'ın günlük yağış çıktılarını önemli ölçüde iyileştirdiği tespit edilmiştir. Özellikle WRF modelinin yüksek rakımlı istasyon noktalarında 50 mm/gün'ü aşan yüksek miktarlardaki yağış miktarlarını temsil etmede MPI-ESM-HR'dan çok daha iyi olduğu görülmüştür. Ortalama değerler karşılaştırıldıktan sonra günlük aşırı yağışların bir göstergesi olarak MPI-ESM-HR ve WRF modelinin 90., 99. ve 99.9. eşik değerleri hesaplanarak ızgaralı referans verilerinin eşik değerleri ile karşılaştırılmıştır. Bu analiz sonucunda WRF modelinin çok yüksek miktardaki günlük yağışları özellikle dağlık bölgelerde referans veri setleri ile uyumlu olarak MPI-ESM-HR'dan daha iyi temsil ettiği tespit edilmiştir. Mevsimsel ve günlük yağış karşılaştırmalarına ek olarak çalışma alanının alt bölgelerinde gözlem ve reanalize dayalı ızgaralı 3 saatlik toplam yağış verisi ile model çıktıları karşılaştırılarak analizler yapılmıştır. Bu analizler sonucunda WRF modelinin özellikle Türkiye'nin kuzeydoğusunda ve Doğu Karadeniz bölgesinde 3 saatlik yağış olasılıkları için MPI-ESM-HR'dan yüksek miktarlardaki yağışlar için daha iyi sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Gelecek dönem iklim simülasyonu günlük 2 metre ortalama hava sıcaklığının çalışma alanında kış hariç tüm mevsimlerde istatistiksel olarak anlamlı bir şekilde artacağını, ısınmanın özellikle yaz aylarında 3°C'yi geçeceğini göstermektedir. Kış aylarında ise artan alçak ve orta seviyeli bulutlar nedeniyle ısınmada bir yavaşlama olacağı ve ortalama sıcaklıklarda genel olarak bir değişim olmayacağı öngörülmektedir. Ancak kar örtüsündeki küçülme ile ilişkilendirebileceğimiz yüzey albedosundaki azalma nedeniyle Karpat Dağlarında ve Doğu Anadolu'nun yüksek kesimlerinde bölgesel olarak ısınma olacağı tespit edilmiştir. Bunlarla beraber, maksimum sıcaklıklardaki hızlı artışın gelecekte özellikle Türkiye'nin kuzeybatısında günlük sıcaklık açıklıklarını ve aşırı sıcak günlerin sayısını arttıracağı tespit edilmiştir. Hava sıcaklığına ek olarak Karadeniz'in deniz yüzey sıcaklıklarında tüm mevsimlerde 1.5°C civarında artış olacağı öngörülmektedir. Gelecek simülasyonunun yağış çıktıları analiz edildiğinde kış mevsiminde çalışma alanında toplam yağış miktarının ve bununla ilişkili olarak yıllık ıslak gün sayısının artacağı tespit edilmiştir. Özellikle Doğu Karadeniz bölgesinin dağlık kesimlerinde bu artışın 3 mm/gün'ü aşacağı öngörülmektedir. Bu yağış artışı kışın deniz yüzeyinin Karadeniz'in güney ve güneydoğusunda belirgin şekilde ısınmasına bağlı olarak yaklaşık %15 oranında artan buharlaşmadan kaynaklanmaktadır. Alt troposferdeki bu ek nem içeriği 850 hPa seviyesinde gelecekte hızlanan ortalama batılı akışla Karadeniz'in doğu kıyısına taşınarak yağışı arttırır. Ayrıca 850 hPa seviyesindeki zayıflayan güneyli rüzgar bileşeni Türkiye kıyılarındaki nem içeriğini artırmakta ve orografik zorlama ile birlikte yağış artışına sebep olmaktadır. Toplam yağış miktarları ilkbahar ve yaz ayları için incelendiğinde gelecekte azalma olacağı bulunmuştur. Analizler sonbahar aylarında Türkiye'nin Karadeniz kıyılarında 1 mm/gün yağış artışı olacağını gösterse de bu artışın istatistiksel olarak anlamlı olmadığı tespit edilmiştir. Çalışmada yağışlardaki mevsimsel ortalama değişimlere ek olarak günlük aşırı yağışlardaki değişimler de araştırılmıştır. Sonuçlar özellikle Türkiye'nin Karadeniz kıyılarında ve Gürcistan'da çok yağışlı günlerin yaklaşık %3, aşırı yağışlı günlerin ise yaklaşık %1 oranında artacağını göstermiştir. Buna ek olarak, günlük toplam yağışların 90., 99. ve 99.9. persantil değerlerinin yine aynı bölgelerde 18 mm'ye varan artış göstereceği tespit edilmiştir. Gelecek dönem maksimum günlük toplam yağış değerlerinin de bu bölgelerde 350 mm'nin üzerine çıkacağı öngörülmektedir. Benzer günlük yağış analizleri çalışma alanının alt bölgeleri için de yapılmıştır. Analizler günlük aşırı yağışların özellikle Batı, Orta ve Doğu Karadeniz Bölgesi ve Gürcistan gibi kıyı bölgelerde gelecekte artış göstereceğine işaret etmektedir. Kıyı bölgelerdeki günlük aşırı yağışların artışını daha detaylı incelemek için bu bölgelerde gün içi saatlik yağışların değişimi de incelenmiştir. Sonuçlar Türkiye'nin Karadeniz kıyı bölgelerinde ve Karadeniz'in doğu kıyı bölgelerinde saatlik yağışların gelecekte artacağını ve 100 mm'nin üzerine çıkabileceğini göstermektedir. Saatlik yağışların ortalama günlük çevrimi incelendiğinde öğleden sonra yağışlarında kıyı bölgelerinde özellikle yaz aylarında gelecekte azalma olacağı tespit edilmiştir. Sonbahar aylarında ise öğleden sonra yağışlarında Türkiye'nin Batı, Orta ve Doğu Karadeniz Bölgelerinde ve İstanbul'da artış olacağı öngörülmektedir.

Özet (Çeviri)

The human influence on global climate change has been at an unprecedented rate since the pre-industrial era. The general circulation models (GCMs) are the primary tools for climate change studies. Moreover, the regional climate models (RCMs) provide more detailed and physically more reliable climate information at higher resolutions. Recently RCMs are run at a horizontal resolution of higher or equal to 4 km, so-called convection-permitting models (CPMs). In this study, we performed CMIP6-based historical and future convection-permitting climate simulations at 3 km horizontal resolution for 2005-2014 and 2061-2070 periods based on the SSP3-7.0 greenhouse gas emission scenario by using the Weather Research and Forecasting (WRF) model. We downscaled the last generation high-resolution Max Planck Institute for Meteorology Earth System Model (MPI-ESM-HR) outputs over the Black Sea Basin. We evaluated the historical simulation outputs using high-resolution gridded observational and reanalysis datasets and station observations. Following that, we examined the future changes in the climate of the Black Sea Basin. In terms of maximum temperature, the WRF model has a negative bias in winter and spring, especially in mountainous regions, and a positive bias of about 3°C compared to gridded datasets in summer and autumn over the study area. Compared with the monthly station observations, the WRF model significantly improves MPI-ESM-HR outputs and reduces the bias. Similarly, for the minimum temperatures, although the WRF model has a positive bias of about 4°C compared to the gridded datasets in all seasons, comparisons with station observations show that it significantly improves MPI-ESM-HR outputs by reducing the bias. In terms of precipitation, compared to gridded datasets, the WRF model has a positive bias of about 6 mm/day in winter over mountainous areas due to the positive bias of MPI-ESM-HR. However, compared with the station observations, the WRF model better estimates the daily precipitation probabilities than one of the MPI-ESM-HR outputs. In particular, it outperforms MPI-ESM-HR for high amounts of daily precipitation exceeding 50 mm at high-elevation stations. Also, the WRF model provides better estimations of 3-hourly precipitation probabilities than MPI-ESM-HR, especially over the northeast of Turkey and the Eastern Black Sea region. The future climate simulation results show that the daily 2m mean, minimum, and maximum air temperatures increase in the spring, summer, and autumn by about 3°C in the 2061-2070 period over the study area. In the winter, there is a suppression in the warming due to the increased low- and mid-level cloud covers. However, there is regional warming around 1°C over the Carpathians and Eastern Anatolia due to a reduction in the surface albedo. Furthermore, increase in the daily maximum temperatures leads to an increase in the warm extreme conditions in the future. In terms of precipitation, there is a significant increase in the future by about 3 mm/day in winter over the Eastern Black Sea region. This precipitation increase is due to the increased evaporation enhanced by the warmer sea surface temperature. On the other hand, the total precipitation amount decreases in spring and summer across the study area. Moreover, there is an intensification in the daily and sub-daily precipitation amounts leading to extreme conditions in the subregions of the Black Sea Basin. The maximum daily precipitation amount reaches 350 mm over the northeast of Turkey and Georgia. Also, the daily extreme precipitation thresholds of the 90th, 99th, and 99.9th percentiles shift toward higher values, and the percentage of very wet days increases by about 3% over these regions. Furthermore, the hourly precipitation amounts exceed 100 mm in most coastal subregions. In particular, there is an increase in afternoon precipitation in autumn over the coastal regions of Turkey.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    363498

    Silika esaslı üstün yalıtım performansına sahip malzemelerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    Development and characterization of silica based super insulation materials

    CEREN ÖNEY KIROĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR

  2. Tez No

    527142

    Erbil'in fiziki coğrafyası

    Erbil's physical geography

    AHMED QASIM SALIM SALIM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    CoğrafyaYüzüncü Yıl Üniversitesi

    Coğrafya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ FUAT DOĞU

  3. Tez No

    737497

    Düşük karbonlu hareketliliğin yönetişimi: Mersin örneği

    Governance of low carbon mobility: The case of Mersin

    ÖMER KÜRŞAT BOZKURT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Şehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EDA BEYAZIT

  4. Tez No

    886631

    La question de l'état dans le capitalisme vert

    Yeşil kapitalizmde devlet sorusu

    ALPHAN AKÇİN

    Yüksek Lisans

    Fransızca

    Fransızca

    2024

    Siyasal BilimlerGalatasaray Üniversitesi

    Siyaset Bilimi Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ CEMİL YILDIZCAN

  5. Tez No

    66696

    Büyük açıklıklı yapılarda çatı örtü malzemeleri

    Roof covering materials for wide span buildings

    NİLÜFER ÇATAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BİLGE IŞIK

Geri Dön