Geri Dön

Development of an early indicator index for tornadic storms in the Euro-Mediterranean region

Avrupa-Akdeniz bölgesi'ndeki tornadik fırtınalar için erken gösterge endeksinin geliştirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 788327
  2. Yazar: ÖMER KUTAY MIHLIARDIÇ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. SEVİNÇ ASİLHAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Meteoroloji, Mühendislik Bilimleri, Meteorology, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  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: 163

Özet

Hortumlar, lokal konvektif fırtınaların ürettiği şiddetli hava olaylarının en şiddetlisi ve yıkıcısıdır. Özellikle süper hücreler ve prensip olarak şiddetli konvektif fırtınalar, hortumların neden olduğu küresel can ve mal kayıplarının birincil sorumluları arasındadır. Bir hortum, ya bir kümülüs bulutundan sarkan ya da bir kümülüs bulutunun altında yerle temas halinde olan ve genellikle (ancak her zaman değil) duvar bulutunun etrafında bir huni bulutu olarak görülebilen, dar ve şiddetle dönen bir hava sütunudur. Bir girdabın hortum olarak sınıflandırılabilmesi için hem yer (veya deniz yüzeyi) hem de bulut tabanı ile temas halinde olması gerekir. Cephelerin hareketi, türü, gücü ve bulutlar ve yağış üzerindeki etkisi hava tahminlerinde hesaba katılmalıdır. Cepheler, bir cephe sisteminin mevcudiyetinde havanın statik kararlılığına bağlı olarak şiddetli, yapılandırılmış konvektif fırtınalar üretebilir. Ön kısımdaki sıcaklık ve nem gradyanları daha güçlü hale geldiğinde, daha belirgin ve iyi tanımlanmış bir cephe oluşumunun gelişmesine yol açar. Meteorolojide şiddetli hava koşullarındaki ana olaylardan biri olan gök gürültülü fırtınaların, büyük dolu, kuvvetli rüzgarlar ve hortumlar dahil olmak üzere yerel ölçekte en yaygın tehlikeli hava kaynağı olduğu ortaya çıkarılmıştır. Orta ölçekli konvektif sistemler (MCS) olarak bilinen bu fırtına kümeleri, soğuk ve sıcak cephelere sahip düşük basınçlı sistemlerden daha küçüktür, ancak herhangi bir tek fırtınadan daha büyüktür. Süper hücreler veya yay ekoları, MCS'lerin içine gömülebilir ve ayrıca çok hücrelilerle bir arada bulunabilir. Güçlü hortumlar çoğunlukla, radar yankısındaki fırtına tipi açısından mezosiklon süper hücreli fırtınalar veya yay yankılı fırtınalar olarak bilinen bu sürekli şiddetli gök gürültülü fırtınalar tarafından üretilir. Bir hortumun nasıl oluştuğunu anlamak için orta enlem cephe sistemleri ve orta ölçekli konvektif fırtına mekanizmalarının (gökgürültülü fırtına) dinamiklerini çok iyi incelemek gerekir. Yaklaşık 30° ile 50° Kuzey veya Güney arasındaki orta enlemler, klimatolojik olarak hortum oluşumu için ve bazen karaları vurabilen tropikal siklonlar için en uygun ortamı sağlar, ve bunlar ABD ve Kanada'da yaygındır. Aynı şekilde Avrupa da şiddetli konvektif fırtına ve hortumların meydana gelmesi açısından ilgi çekici bir kıtadır. Hortum raporlarının en yüksek yoğunluğu batı ve orta Avrupa'dadır. Aslında, Türkiye'nin güney ve güneybatı kıyı şeridi muhtemelen Avrupa'nın hortumlara en yatkın bölgeleri arasındadır ve mezosiklonik olmayan su hortumları üretme potansiyeline sahiptir. Türkiye'deki hortum günlerinin %47'sinden ve çok büyük dolu günlerinin %55'inden yukarı seviye siklonları (ULL) ve oluklar sorumludur, buna ek olarak, tüm sinoptik patern örüntülerinin yaklaşık dörtte biri, hem orta hem de doğu kökenli Akdeniz siklonları tarafından kapsanmaktadır ve bunlar iyi bilinen ve yaygın kış sezonu meteorolojik olaylarıdır. Mezosiklonik olmayan hortumlar (çoğunlukla su hortumları) en çok kışın (güney) Akdeniz kıyılarında ve (kuzey) Karadeniz kıyılarında sonbaharda yaygındır. Prensip olarak, bir konvektif fırtınanın mezosiklonlarla oluşması için dört ana bileşen gerekir; aşağı seviyedeki nem, kararsızlık, kaldırma tetikleme mekanizması, rüzgâr makaslaması. Önceki çalışmalarda, Önemli Hortum Parametresi (STP), Süper Hücre Bileşik Parametresi (SCP), Önemli Dolu Parametresi (SHIP) ve benzeri gibi hortum üretebilen fırtına ölçümlerini içeren çok sayıda bileşik parametre geliştirilmiştir. Ancak bunlar, şu anda ulusal hava servisleri ve özel şirketler tarafından kullanılan olasılık tahminlerine dayalı olarak belirli bir konum için hortum üretebilen fırtına ortamlarını belirlemek için kullanışlıdır. Akdeniz çevresindeki yüksek deniz suyu sıcaklık anomalilerinin mezosiklonik olmayan yapıda hortum/su hortumu sayısını artırması, STP ve SCP gibi formüllerin her zaman öncü rehber olamayacağını göstermektedir. Hortum oluşumu ve dinamik kavramların tahmin edilebilmesi için mezo ölçekli model çalışmalarının anlaşılması ve ilerletilmesi bu noktada önem kazanmaktadır. Bu nedenle, özellikle F2+ hortumları üretebilen mezosiklonik süperhücreli fırtınalar için birkaç gün önceden yüksek çözünürlüklü modelleme şarttır. Ancak ne yazık ki, hortumların nerede ve ne zaman meydana gelebileceğini tahmin etmek için, sürekli çalışan yüksek çözünürlüklü sayısal hava tahmin modellerinin hesaplama maliyetlerini bu enstitüler için bile finansal olarak karşılamak zordur. Ayrıca, modellemenin mekansal ve zamansal çözünürlüğü yetersizse, bu bileşik parametreler hortum nerede oluşacağını bilmenizi imkansız hale getirir. Çalışmanın amacı, iklim değişikliğine uyum stratejileri kapsamında şiddetli konvektif fırtına ve hortumların belirsizliğini azaltmaya olanak sağlayan bir endeks üretmektir. Asıl amaç, bu modelleme yaklaşımlarını veya yukarıda belirtilen bileşik endeksleri değiştirmek veya ikame etmek değil, özellikle birkaç gün önceden Doğu Akdeniz ve Türkiye'ye dikkat çekmek için operasyonel olarak uyarıda bulunmaktır. Atmosferik değişkenler kullanılarak bazı göstergelerin geliştirilmesi, bu tür sayısal modellerin yalnızca belirli zaman aralıklarında çalıştırılmasını ve böylece daha düşük maliyetlere dayanmasını sağlayarak kritik bir rol oynayabilir. Bu çalışmada, ULL'lerin varlığını tespit edebilmek için Doğu Akdeniz Salınım İndeksi (EMEDOi) geliştirilmiş ve Türkiye'deki seçilmiş hortum fırtına olayları için cephe oluşumu yaklaşımı kullanılmıştır. EMEDOi'nin 7 farklı varyasyonu (üyesi) vardır. Bu üyeler, ülkenin batısından Türkiye'yi etkileyen siklon ve fırtınaların giriş yönlerine bağlı olarak farklılıkları tespit etmek için geliştirilmiştir. GDAS veri analizi doğrultusunda, sınırlı bir alanda EMEDOi gereksinimi için jeopotansiyel yükseklik değerleri türetilmiştir. Bu yıkıcı hortumlar için Doğu Akdeniz'de bir cephe oluşması çok önemlidir ve bu cephenin üst seviyede Türkiye'ye doğru süpürme mekanizması bu fırtınaların çevre koşullarını desteklemelidir. Bunun nedeni, hortumlu bir fırtına faaliyetinin meydana gelmesinde, atmosferdeki hava kütle yasasının (Süreklilik Denklemi) korunumu gereği yukarı yönlü havanın yukarı doğru hareket etmesini sağlamak için jet çizgisi seviyesinde süpürme mekanizmasının katkısının olmasıdır. İzobarik sıcaklıklar ve izobarik jeopotansiyel yükseklik seviyeleri sayesinde yüksek seviyeli jet rüzgarı alanları belirlenebilir. Yaklaşan hortum olaylarından hemen önce İtalya, Yunanistan ve Arnavutluk'u kapsayan P1-3 ve C noktalarında jeopotansiyel kalınlık farkı değerlerinin düştüğü ortaya çıkmıştır. Aynı zamanda endeks kutupları arasında 300 hPa'lık yüksek sıcaklık gradyanı nedeniyle izohips değerleri arasındaki fark artmaktadır. Sonuç olarak, mezosiklonik olmayan su hortumlarını ve mezosiklonik süper hücreli hortum yapılarını değiştirmenin veya belirlemenin sonuçlarını açıklamayı zorlaştırsa da, EMEDO üyelerinin genliğinin şiddetli bir hava uyarısı için küçük veya çok büyük olabileceği ve EMEDO uzamsal değişkenliğinin (gürültülü modeller) sinyali azaltmış olabileceği de iddia edilebilir. Bu nedenle, bu fazın değişmesinden kaynaklanan eğilim ne kadar güçlüyse, fırtınaların verdiği zararın o kadar büyük olduğu açıkça görülmemektedir. Bununla birlikte, negatif EMEDO fazı ne kadar güçlü olursa, oluk ve sırt arasındaki jeopotansiyel gradyan o kadar yüksek olur ve bu nedenle Doğu Akdeniz'de cephe oluşumu için koşullar daha elverişlidir. Bununla birlikte, cephelerin gücü genel olarak 110km'de 8K'den fazla olarak tanımlanan güçlü cephe sınıflandırması olarak gözlemlendi. Su hortumu olarak bildirilen birkaç olay özelinde ise, cephelerin gücü ve varlığı orta dereceli sınıflandırma olarak kabul edilebilir (4K/110km). Çalışmadan elde edilen sonuçlardan birkaçı aşağıdaki gibidir: Test edilmiş hortum olaylarının %86'sı, olayların bir süper hücre mezo ölçekli konvektif özelliğine veya cephesel hareket özelliğine sahip olup olmadığına bakılmaksızın, bir hortum rapor edildiğinde EMEDO-Oper indeksinin negatif fazda olduğunu ortaya çıkardı. Yerel minimuma ulaşmak için gereken süre, hortum oluşumuna bağlı olarak değişir. 2022'deki test veri kümesindeki hortum fırtınası senaryosuna ve eğitilmiş veri kümesine dayanarak, bu zaman diliminin ortalama olarak yaklaşık 33,2 saat olabileceği tahmin edilmektedir. Türkiye'nin batısında, EMEDO-Oper endeksi yerel minimum değerine ulaştıktan sonraki 6 ile 42 saat arasında %79 oranında bir hortum meydana gelme olasılığı vardır. Özellikle, yerel minimuma ulaşıldıktan sonraki 12 ila 30 saat arasında bu süre için öngörülen şans %63'tür. Ayrıca, EMEDO-Oper değerleri -0,75'in altında olan hortum olaylarının çoğu değerlendirildi. Bir EMEDO-Oper indeks değeri bu eşiğin altına düştükten sonra, Türkiye'de bir hortumun risk dönemini %79 olasılıkla tahmin etmesi muhtemeldir ve yerel minimum noktanın belirlenmesi gerekir. Özetlemek gerekirse, negatif EMEDOi fazından nötr EMEDOi fazına ani yükselişlerin ilk birkaç gününde Türkiye'de hortumlu SCS faaliyetleri artmaktadır. Bulgular, Avrupa-Akdeniz'e aşağı seviyedeki nem, kararsızlık, kaldırma tetikleme mekanizması, rüzgâr makaslaması taşıma hassasiyeti ve bunun Doğu Akdeniz bölgesindeki hortumlu fırtına aktiviteleri ile ilişkisi açısından sayısal hava tahmin modellemesi araştırmalarına katkıda bulunabilir.

Özet (Çeviri)

Tornadoes are the most violent and destructive of all the severe weather phenomena that localized convective storms produce. Supercells in particular and severe convective storms in principle are among the primarily responsible section for the global losses in both lives and properties caused by tornadoes. A tornado is a narrow and violently rotating column of air, in contact with the ground, either pendant from a cumuliform cloud or underneath a cumuliform cloud, and often (but not always) visible as a funnel cloud around wall cloud. For a vortex to be classified as a tornado, it must be in contact with both the ground (or sea surface) and the cloud base. The movement, type, strength, and influence of fronts on clouds and precipitation must be accounted for in weather forecasts. Fronts can produce severe, structured convective storms, depending on the air's static stability in the presence of a frontal system. When the temperature and humidity gradients across the front become stronger, leading to the development of a more distinct and well-defined frontogenesis. It is revealed that as one of the main phenomena in severe weather in meteorology, thunderstorms are the most common source of hazardous weather at local scales including large hail, strong winds, and tornadoes. Known as mesoscale convective systems (MCS), these thunderstorm clusters are smaller than low-pressure systems with cold and warm fronts, but larger in scale than any single thunderstorm. Supercells or bow echoes may be embedded within MCSs and also coexist with multicells. Strong tornadoes are mostly produced by these persistent severe thunderstorms which known as mesocyclone supercell storms or bow-echo storms in terms of storm type in radar echo. In order to understand how a tornado occurs, it is necessary to examine the dynamics of mid-latitude front systems and mesoscale convective storm mechanisms (thunderstorms) very well. The middle latitudes between about 30° and 50° North or South, climatologically provide the most favorable environment for tornado-genesis and sometimes in land-falling tropical cyclones, nevertheless, common in US and Canada. Likewise, Europe is also intriguing continent for occurrence of severe convective storms and tornadoes. The highest density of tornado reports is in western and central Europe. In fact, the southern and southwestern coastline of Turkiye is likely among the most tornado-prone regions of Europe and it has a potential to produce non-mesocyclonic waterspouts. The upper-level lows (ULLs) and troughs are responsible for 47% of tornado days and 55% of very large hail days in Turkiye, in addition to that, nearly a quarter of all synoptic patterns are covered by Mediterranean cyclones with both central and eastern origins, which are well-known and common wintertime events. Nonmesocyclonic tornadoes (mostly waterspouts) are most common in the winter along the (southern) Mediterranean coast and in the fall along the (northern) Black Sea coast. Principally, a convective storm requires four main ingredients to form with mesocyclones; low-level moisture, instability, lifting trigger mechanism, wind shear. In previous studies, numerous composite parameters that incorporate measures of tornadoes have been developed such as Significant Tornado Parameters (STP), Supercell Composite Parameters (SCP), Significant Hail Parameter (SHIP), and so forth. However, these are useful to identify tornadic storm environments for a specific location based on probabilistic forecasts which currently utilized by national weather services and private companies. The fact that high sea water temperature anomalies around Mediterreanean increase the number of tornado/waterspouts in non-mesocyclonic structure indicates that formulas such as STP and SCP cannot perpetually be pioneer guides. Understanding and progressing mesoscale model studies becomes important at this point in order to predict tornado formation and dynamical concepts. Due to this reason, high-resolution modeling is a must a few days in advance for mesocyclonic supercell thunderstorms capable of producing F2+ tornadoes in particular. Unfortunately, to predict where and when tornadoes may occur, computational costs of constantly operating high-resolution numerical weather prediction models are hard to afford financially even for these institutes. Moreover, if the spatial and temporal resolution of the modeling is insufficient, these composite parameters make it unlikely where the tornado will occur. The purpose of the study is to produce an index which allows to reduce the uncertainity of severe convective storms and tornadoes in the scope of climate change adaptation strategies. The main intention is not to replace or substitude these modeling approaches, or composite indexes mentioned above, but to warn operationally to draw attention to the Eastern Mediterranean and Turkiye in particular a few days in advance. The development of some indicators using atmospheric variables can undertake a crucial role by enabling such numerical models to be run only at certain time intervals, thus enduring lower costs. In this study, Eastern Mediterrenanean Oscillation Index (EMEDOi) has been developed in order to be able to detect the presence of ULLs and frontogenesis approach is employed for selected tornadic storm events in Turkiye. EMEDOi has 7 different its variations (members). These members have been developed to detect differences depending on the entry directions of cyclones and storms affecting Turkiye from the west of the country. In line with the GDAS data analysis, values of geopotential height are derived for the requirement of EMEDOi in a limited area. The formation of a front on the Eastern Mediterranean is crucial for these devastating tornadic storms and the sweep mechanism in upper-level towards Turkiye by this front should support the environmental conditions of these storms. This is because for occurring a tornadic storm activity, there is a contribution of sweeping mechanism at jet-streak level in order to allow updraft air to move upward as a necessity of conservation of air mass law in the atmosphere (Equation of Continuity). High level jet streaks and their fields can be identified thanks to isobaric temperatures and isobaric geopotential height levels. Just before the imminent of the tornado events, it is revealed that geopotential thickness difference values decrease at P1-3 and C points covering Italy, Greece, and Albania. At the same time, across the index poles, the difference between isohypse values increases due to the high temperature gradient of 300 hPa. As the spread of all members of EMEDOi expanded with forecast time, it took on different values than EMEDO-Ens or EMEDO-Oper, making it more difficult to explain the consequences of modifying or determining nonmesocyclonic waterspouts and mesocyclonic supercell tornado structures. Consequently, it may also be claimed that the amplitude of the EMEDO perturbations may have been either small or too large for a severe weather warning, and that the EMEDO spatial variability (noisy patterns) may have diminished the signal. Therefore, it is not obviously seems that the stronger the trend due to the change of this phase, the greater the damage of the storms. However, the stronger the negative EMEDO phase, the higher the geopotential gradient between the trough and the ridge, so the conditions are more favorable for frontogenesis in the eastern Mediterranean. In this way, the strength of fronts were generally observed as strong classification which is defined as more than 8K per 110km. In a few cases of events which are reported as waterspout, the strength and the presence of the fronts can be considered moderate classification (4K/110km). A few of the results from the study are as in the following: 86% of the trained tornado events revealed that the EMEDO-Oper index was in negative phase at the time a tornado was reported, regardless of whether the events featured a supercell mesoscale convective storm or a frontal movement. The time required to reach the local minimum varies based on the tornado occurrence. Based on the tornadic storm scenario in the test cluster in 2022 and the train cluster, this timeframe is predicted to be roughly 33,2 hours on average. In western Turkiye, there is a 79% chance of a tornado occurring between six and forty-two hours after the EMEDO-Oper index reaches its local minimum. In particular, the projected chance for this period is 63% between 12 and 30 hours after the local minimum is obtained. Besides, the majority of the tornado incidents with EMEDO-Oper values below -0.75 were evaluated. After an EMEDO-Oper index value falls below that threshold, it is likely to forecast the risk period of a tornado in Turkiye with a probability of 79% and the local minimum point must be identified. To sum up, tornadic SCS activities increase in Turkiye during the first few days of sudden ascents from negative EMEDOi phase to neutral EMEDOi phase. The findings may contribute to researches for numerical weather prediction modeling in terms of low-level moisture, instability, lifting trigger mechanism and wind shear transport sensitivity into the Euro-Mediterrenan, and its relation with the tornadic storm activities over the Eastern Mediterranean region.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    903168

    Çok kriterli karar verme teknikleri ve Altman Z Skor modeli ile finansal performans karşılaştırılması: BIST turizm işletmeleri üzerine bir uygulama

    Comparison of financial performance using multi-criteria decision-making techniques and Altman Z-Score model: An application on BIST tourism enterprises

    GAZİ ÜNAL BEKEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    EkonometriYıldız Teknik Üniversitesi

    İşletme Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BEYZA AHLATCIOĞLU ÖZKÖK

  2. Tez No

    746802

    Türkiye bankacılık sektörü sorunlu kredilerinin yapısı ve belirleyicilerinin ARDL sınır testi yöntemi ile analizi

    Analysis of the structure and determinants of bad loans in the Turkish banking sector with ARDL bounds test method

    ÖZGÜR ÖZEL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    İşletmeAnkara Üniversitesi

    İşletme Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜVEN SAYILGAN

  3. Tez No

    911032

    Minimal invaziv pektus ekskavatum onarımında oksijen rezerv indeksi ile oksijen titrasyonu

    Oxygen titration with oxygen reserve index in minimal invasive pectus excavatum repair

    AGSHIN MIRZAYEV

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Anestezi ve ReanimasyonMarmara Üniversitesi

    Anesteziyoloji ve Reanimasyon Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYTEN SARAÇOĞLU

  4. Tez No

    75257

    Tehlikeli maddelerin çevresel risk değerlendirmesi

    Başlık çevirisi yok

    TUNCEL SUNAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İLHAN TALINLI

  5. Tez No

    439824

    Ayak bileği-kol basınç indeksi ölçümünün postoperatif akut böbrek hasarı gelişimini öngörmedeki rolü

    The role of ankle brackhial index for predicting acute kidney injury in postoperative patients

    ZEKİ İSLAMOĞLU

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    NefrolojiSağlık Bakanlığı

    İç Hastalıkları Ana Bilim Dalı

    UZMAN SAMİ UZUN

    DOÇ. DR. SAVAŞ ÖZTÜRK

Geri Dön