Assesment of drought in a future climate over Turkey with COSMO-CLM
Gelecek ikliminde Türkiye üzerinde COSMO-CLM ile kuraklık analizi
- Tez No: 934790
- Danışmanlar: PROF. DR. YURDANUR ÜNAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Meteoroloji, Meteorology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 83
Özet
Bir bölgede iklim koşulları, pek çok fiziksel sürecin bir araya gelmesi ile oluşur. Çevresel veya doğal faktörler etkisi ile iklim parametrelerinde zaman içinde değişimler meydana gelebilir. İklim değişikliğinin etkisi ile ortaya çıkan sera gazları ve coğrafi değişiklikler ile, iklim parametrelerinde de değişiklikler meydana gelmiştir. Bununla beraber, insan kaynaklı iklim değişikliği kaynakları artarak devam etmektedir. Gelecekte de iklim zorlamaları etkisiyle meydana gelecek etkiler iklim modelleri yardımıyla tahmin edilmektedir. İklim parametrelerinde meydana gelmesi tahmin edilen değişikliklerin kuraklık üzerinde etkisi de bulunmaktadır. Dönemsel olarak meydana gelen kuru ve nemli dönemler, kuraklık indeksleri yardımıyla incelenebilmektedir. Farklı periyotlar ve değişkenler ile hesaplanabilen bu indeksler, kuraklığın frekansı, şiddeti ve süresi hakkında bilgi sahibi olunmasını sağlar. İklim modellerinde elde edilen gelecek simülasyonları ile kuraklık indeksi hesabı yapılarak, gelecekte beklenen kurak ve nemli dönemler hakkında bilgi sahibi olunabilir. Bu çalışmada, COSMO-CLM (Consortium for Small – Scale Modelling – Climate Limited – area Modelling) sınırlı alan iklim modeli yaklaşık 10-12 km çözünürlükle Türkiye üzeri için koşturulan ve RCP8.5 senaryosuna göre projelendirilen veriler yardımıyla kuraklık analizi yapılmıştır. Bu çalışma, referans dönemdeki mevcut sıcaklık ve yağışın gelecekte nasıl olacağını ve iklim değişikliğinin sıcaklık ve yağış üzerindeki etkisi ile kurak dönem ve değerlerde beklenen değişiklikleri incelemeyi amaçlamaktadır. İklim modelleri, iklim sistemlerinde meydana gelen fiziksel olayları simüle ederler. İklim modelleri yardımıyla, gelecek iklim simülasyonları oluşturulabilmekte ve iklim değişikliği hakkında çalışmalar yapılabilmektedir. Fakat modellerde yapılan hesaplamalar veya ölçek küçültme işlemleri sonrasında model çıktılarında yanlılık meydana gelmektedir. Bu sebeple model ve gözlem verileri arasında, aynı dönem ve bölgeye ait verilerde farklar ortaya çıkmaktadır. Gelecek simülasyonlarının sonuçlarını daha doğru irdelemek için, model çıktılarının referans dönemleri gözlem verileri ile karşılaştırılarak yanlılık düzeltmesi yapılır. Yanlılık düzeltmesi için kullanılan pek çok yöntem bulunmaktadır. En çok kullanılan yöntemlerden birinde, modelin referans dönemi ve aynı döneme ait gözlem verileri arasındaki fark alınarak gelecek model çıktılarına uygulanır. Burada referans dönem gözlem ve model arasındaki ilişkinin gelecekte de aynı olduğu varsayılmaktadır. Diğer oldukça sık kullanılan yöntem ise Kuantil Haritalamadır. Bu yöntem de daha önce pek çok çalışmada kullanılmış ve verimli sonuçlar elde edilmiştir (Themeßl vd., 2011, Lafon vd., 2013, Rajczak vd., 2016). Aynı zamanda kuantil eşleme veya kümülatif dağılım fonksiyonu eşleme gibi isimleri de olan bu yöntemde model çıktılarına ait dağılım bir fonksiyon haline getirilir. Bu çalışmada parametrik olmayan ampirik kuantiller dönüşümü kullanılmıştır. Parametrik olmayan ve ampirik değişkenlerin kullanıldığı, özellikle yağış gibi doğrusal olmayan değişkenler için kullanışlı bir yöntemdir. Çalışmada öncelikle, referans dönem ve gelecekte kurak ve nemli dönemlerin belirlenmesi amacıyla kuraklık indeksleri ile hesaplamalar yapılmıştır. Elde edilen indeks değerleri, alansal ve zamansal ortalamaları alınarak incelenmiştir. ERA5-Land, NEWA-WRF ve gözlem verileri kullanılarak SPI ve SPEI hesaplamaları yapılmıştır. SPI, yani Standartlaştırılmış Yağış İndisi, uzun dönem yağış verileri kullanarak, farklı periyotlarda hesaplanabilmektedir. Burada, yağış verileri gamma dağılımına uydurulduktan sonra standartlaştırılır. Elde edilen sonuçlar pozitif ile nemli değerleri; negatif ise kurak değerleri gösterir. Öte yandan SPEI hesaplarken, yağış verisinden potansiyel evapotranspirasyon çıkarılarak su açığı elde edilir ve bu değerler kullanılır. Ayrıca, gamma yerine log-lojistik dağılım kullanılmaktadır. SPEI yani Standartlaştırılmış Yağış ve Evapotranspirasyon İndisi, sıcaklığın etkisinin de incelenmesini sağlar. İlk olarak 1989-2018 yılları arasında ERA5-Land, WRF ve istasyon gözlem verileri ile hesaplamalar yapılmıştır. Her veri setinde benzer sonuçlar elde edilmiştir. Daha sonra, her bir veri seti alansal ve zamansal olarak incelenmiştir. SPI ve SPEI için benzer dağılımlar ve değerler elde edilmiştir. Ancak, SPEI'de kuru dönemlerin SPI'ye göre daha uzun olduğu tespit edilmiştir. Hesaplanan SPI ve SPEI değerleri ile gözlem verileri arasında korelasyon incelendiğinde, ERA5-Land verilerinin daha doğru sonuçlar verdiği görülmüştür. Bu sebeple de yanlılık düzeltmesi yapmak için ERA5-Land verisi kullanılmıştır. İki farklı türde yapılan düzeltmeler sonucunda, yağış ve sıcaklık değerleri, ERA5-Land verisine daha yakın hale gelmiştir. Yağışlarda pozitif yanlılığın yanında sıcaklıklarda negatif yanlılık mevcuttur. Düzeltme sonucunda elde edilen yağış ve sıcaklık verileri ile 1989-2005 arası referans dönem için indis hesaplamaları yapılarak yanlılık düzeltmesinin etkisi incelenmiştir. Alansal olarak incelenen sonuçlarda, düzeltme yapıldıktan sonra ERA5-Land ile benzer dağılımlar elde edilmiştir. 1989-2005 arası sıcaklık ve yağış dağılımlarına bakıldığında, kuantil haritalama ile yapılan düzeltme sonucunda yağışlar diğer tür yanlılık düzeltmesine göre daha çok düşmüştür. Sıcaklıklarda da kuantil haritalama sonucunda daha yüksektir. Düzeltmeler sonrasında 2030-2100 arası gelecek verisine uygulanmıştır. Düzeltme uygulanmış referans dönem ve gelecek farkı alındığında, 2075 sonrasında yağışlarda güneyde %50'ye varan azalma beklenmektedir. Genel olarak her bölgede yağışların azalması beklenirken, Doğu Karadeniz'de artış beklentisi mevcuttur. Sıcaklıklarda ise 2030 sonrası her dönemde artış beklenmektedir. Özellikle 2075 sonrasında, 5 dereceye kadar artış beklenen bölgeler mevcuttur. Bazı periyotlarda farklılıklar olsa da yağışlarda ülke genelinde azalan; sıcaklıklarda ise artan bir trend mevcuttur. Zamansal olarak yağışlar incelendiğinde, 2030'lu yılların başında modelde nemli bir dönem beklenmektedir. Sonrasında, 2030-2100 arası kuraklık indisleri ile incelenmiştir. 2030-2050 arasında yağışların artmasının beklendiği güney kısımlarda nemli değerler elde edilmiştir. Onun haricinde her periyotta daha kurak değerler baskın olmuştur. Özellikle sıcaklığın hesaba katıldığı SPEI sonuçlarında, 2075 sonrasında şiddetli kurak değerler elde edilmiştir. Kuantil haritalama ile elde edilen sonuçlarda değerler daha düşüktür. Zamansal olarak incelenen indis sonuçları ile 2100'e yaklaştıkça kurak dönemlerin frekansında, şiddetinde ve süresinde artışlar beklendiği sonucuna varılmıştır. Elde edilen sonuçlar ışığında, iklim değişikliği ve gelecek kuraklık beklentileri hakkında bunun yanında, daha doğru sonuçlar elde edilmesi amacıyla yanlılık düzeltmeleri ile ilgili çalışmalara devam edilmelidir.
Özet (Çeviri)
Many physical processes interact to create a region's climatic conditions. Climate parameters may change over time as a result of human-caused or natural factors. Changes in climate parameters have occurred as a result of the greenhouse gases and geographical changes caused by climate change. However, the sources of human-caused climate change are becoming more numerous. Climate models are used to forecast the future effects of climate change. Drought is also affected by expected changes in climate parameters. Drought indices can be used to examine dry and humid periods that occur on a regular basis. These indices, which can be calculated using a variety of periods and variables, provide information on the frequency, severity, and duration of drought. Information about future dry and humid periods can be obtained by calculating the drought index using future simulations obtained from climate models. In this study, drought analysis was carried out with the help of COSMO-CLM climate simulations and data projected according to the RCP8.5 scenario and drought indices. This study aims to examine how the current temperature and precipitation in the reference period will be in the future and the expected changes in the dry period and values with the effect of climate change on temperature and precipitation. In the study, NEWA-WRF and ERA5-Land were used for bias correction. Since the SPI and SPEI values calculated with ERA5-Land are more accurate after the bias and correlation calculations, the COSMO reference period and future corrections were made with ERA5-Land. The method used in bias correction is Quantile Mapping (QM), which is used in many studies. The transformation method, which is a variant of this method, and which uses non-parametric and empirical variables, which gives more accurate results, especially for variables that are nonlinear such as precipitation, was used. Afterward, SPI and SPEI indices were selected as drought indices. These indices have been chosen because they are two methods that are used quite frequently and they are easy to calculate. SPI and SPEI have the same index values, with positive values meaning“moist”and negative values meaning“dry”. First, calculations were made between 1989 and 2018 with ERA5-Land, WRF, and station observation data. Similar results were obtained in each data set. Subsequently, each data set was studied temporally. Similar distributions and values were obtained for SPI and SPEI. However, longer dry periods were investigated in the SPEI. Furthermore, the ERA5-Land and COSMO data between 1989 and 2005 were adjusted to apply bias correction to the future simulations, and the future simulations were made more accurate with this correction. Different methods were tried, but the most efficient result was obtained by performing non-parametric transformations. Additionally, corrected with precipitation and temperature future drought index values were calculated. Since SPI only uses precipitation data, the effect of temperature with SPEI is also considered. The indices were examined and evaluated spatially and temporally. In the results obtained, a decrease in precipitation and an increase in temperatures are expected in the general framework. While the expected increases may cause meteorological, agricultural, and hydrological problems in the short term, they may cause significant damage to the socio-economics as a result of all of them in the long term.
Benzer Tezler
- İklim değişikliğinin İstanbul'un yüzeysel su kaynaklarına etkisi ve kuraklık dirençli bütünleşik su yönetimi
Climate change impacts on the surface water resources of Istanbul and drought resilient water management
GÖKHAN CÜCELOĞLU
Doktora
Türkçe
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İZZET ÖZTÜRK
- A comprehensive assessment on various impacts of climate change in Western Black Sea and Euphrates-Tigris basins, Turkey
Türkiye'nin Batı Karadeniz ve Dicle-Fırat havzalarında iklim değişikliğinin muhtelif tesirlerinin geniş kapsamlı değerlendirilmesi
MUSTAFA NURI BALOV
Doktora
İngilizce
2019
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜSSELAM ALTUNKAYNAK
- Catchment scaled drought analysis: Integrated climate and hydrological perspectives
Havza ölçeğinde kuraklık analizi: Entegre iklim ve hidrolojik perspektifleri
SAEED VAZIFEHKHAH
Doktora
İngilizce
2018
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN KAHYA
- Türkiye'de iklim değişikliğinin yağış-sıcaklığa etkisi ve kuraklık analizi: Akarcay örneği
Climate change impact on precipitation-temperature in Turkey and drought analysis: Akarcay case study
İSMAİL DABANLI
Doktora
Türkçe
2017
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKAİ ŞEN
- Türkiye'de iklim değişikliğinin tarımsal ürün verimliliğine etkilerinin bölgesel olarak değerlendirilmesi
Regional assessment of climate change effects on agricultural crop productivity in Turkey
FATMA SELÇUK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİYE AHU AKGÜN