Comprehensive analysis of meteorological and hydrological drought: temporal and spatial ınsights
Meteoroloji̇k ve hi̇droloji̇k kurakliğin kapsamli i̇ncelenmesi̇: zamansal ve uzamsal i̇nceleme
- Tez No: 956294
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EYÜP ŞİŞMAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Hidrolik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 329
Özet
Kuraklık, özellikle son yıllarda hızlanan iklim değişikliği ve su kaynakları üzerindeki artan baskı ışığında, doğal kaynakları, ekonomik ve sosyal faaliyetleri olumsuz etkileyen en tehlikeli doğal afetlerden birisidir. Kuraklık tehlikesi, doğrudan herhangi bir etki göstermeksizin yavaş yavaş gelişen, bu nedenle de erken müdahaleyi zorlaştırarak etkilerini şiddetlendiren“sessiz”bir afet olmasından kaynaklanır. Sınırlı su kaynaklarına sahip, iklim olarak değişken, bunların yanı sıra iklim ve hidrolojik veri kısıtları da bulunan Filistin gibi bölgelerde, su güvenliğini artırmak ve iklim değişikliğine uyum için proaktif politikalar geliştirebilmek amacıyla, kuraklığın izlenmesi ve değerlendirilmesinde doğru ve esnek metodolojiler geliştirilmesi kritik önem arzeder. Bu tez, güncel istatistiksel ve karşılaştırmalı yöntemlere bağlı olarak yeni analitik araçlar geliştirip uygulayarak kuraklık analizlerine yönelik bütüncül bir bilimsel ve metodolojik çerçeve sunmayı amaçlamaktadır. Çalışmada kuraklık değerlendirmelerinin doğruluğunu geliştirmeye, kuraklık eğilimlerinin yorumlama becerilerinin arttırılmasına ve kısa veya uzun vadeli, meteorolojik ya da hidrolojik olmak üzere farklı türlerin sınıflandırılmasına odaklanılmaktadır. Frekans-Yenilikçi Trend Analizi (F-ITA), Periyodik Yenilikçi Trend Analizi (P-IPTA), Yenilikçi Kuraklık Sınıflandırma Matrisi (IDCM) ve Şiddet-Süre-Frekans (IDF) kuraklık eğrilerinin oluşturulması başta olmak üzere, bir dizi yenilikçi analitik yöntem geliştirilmiş ve en önemlisi bir çok uygulamada kullanılmıştır. Bu yöntemler, araştırmacıların ve karar vericilerin kuraklığın çoklu zaman ölçeklerindeki dinamik özelliklerini, geleneksel yöntemlerle ulaşılamayan bir ayrıntı seviyesinde analiz edebilme ve kavrayabilme yeteneğini geliştirmektedir. F-ITA yönteminin uygulanması ile elde edilen bulgular, yöntemin doğrusal olmayan eğilimleri ve farklı kuraklık kategorilerinin zamansal frekanslarındaki değişimleri saptama yeteneğine sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Diğer taraftan P-IPTA yöntemi, iklim verilerindeki dalgalanmaları başarılı şekilde ele alarak, kuraklıkla ilişkili zamansal desenlere dair daha doğru bir bakış açısı sunar. SPI ve SPEI indislerinin karşılaştırılması, sınıflandırma uyumunun %60'ın üzerinde olmasıyla birlikte, bu indislerin etkinliğini ortaya koymuştur. Ancak farklı veri kaynaklarının (örneğin, meteoroloji istasyonu verileri ile uydu tabanlı verilerin) kullanılması, doğrulama ve kalibrasyon gerektiren farklılıkları ortaya çıkarmaktadır. Tez analizler için seçilen zaman aralığının kuraklık özellikleri üzerindeki önemli etkisini göstermekte ve özellikle Filistin gibi veri kısıtı yaşanan ülkelerdeki, kısa zaman ölçeklerine sahip (meteorolojik kuraklık) analizler(i) için en az 10 yıl, uzun zaman ölçekli (hidrolojik kuraklık) analizler(i) için ise en az 20 yıllık bir veri süresinin kullanılması önerilmiştir. Çalışmada kuraklık indislerinin hesaplanmasında teorik dağılımların kullanımına ilişkin mevcut bilgi boşluğu da değerlendirilmiştir. Bir çok çalışmada, verilerin dağılım fonksiyonlarına uygun olup olmadıklarına bakılmaksızın, doğrudan gama dağılım varsayımında bulunarak, analizlerin gerçekleştirildiği ve bu kabulün önemli hatalara yol açtığı tespit edilmiştir. Buna karşılık, ampirik dağılımlar özellikle hidrolojik kuraklık değerlendirmelerinde daha yüksek doğruluk göstermiş ve daha güvenilir sonuçlar elde edilebilmesi için bazı durumlarda parametrik olmayan ampirik yaklaşımlara yönelmenin gerekliliği vurgulanmıştır. Planlama ve altyapı tasarım süreçlerinde, kuraklık olaylarının değerlendirilmesine yönelik, pratik bir araç olarak IDF kuraklık eğrileri de geliştirilmiştir. Bu eğriler, farklı kuraklık dönemlerinin, kuraklık olay tanımlarının ve bu olayların şiddet ve süre özelliklerinin karşılaştırılmasında, kolay yorumlanabilir ve güvenilir bir yöntem sunmaktadır. Filistin için gerçekleştirilen pratik uygulamalar kapsamında, ERA 5 yeniden analiz verileri üzerinde yanlılık düzeltmesinin etkisi değerlendirilmiş; elde edilen sonuçlar, bu düzeltmenin özellikle aşırı koşullara ilişkin değerlendirmelerin doğruluğunu belirgin şekilde iyileştirdiğini ortaya koymaktadır. Son olarak tez kapsamında, kuraklık analizlerinde uygunluklarını değerlendirmek amacıyla, NASA'nın IMERG uydu verileri ile ERA5-Land yeniden analiz veri setleri karşılaştırmıştır. Analiz sonuçları, bu iki veri setinin performansının kullanılan indise, coğrafi konuma ve mevsimine bağlı olarak farklılık gösterdiğini ortaya koymaktadır. Bu sonuçlar, kuraklık izleme ve kurak-yarı kurak bölgelerde karar alma süreçlerinde, küresel verilerin kullanılmadan önce, ön doğrulama ve yanlılık düzeltmesinden geçirilmesinin gerekliliğini açıkça ortaya koymuştur. Bu tez çalışması, kuraklık araştırmalarına yönelik esnek ve kapsamlı analiz araçları sunarak bilimsel alana önemli katkıda bulunma potansiyeline sahiptir. Ayrıca, su politikalarının geliştirilmesi, sürdürülebilir planlama, iklim değişikliğine uyum stratejileri ve iklim risk yönetimi için temel bir zemin oluşturur.
Özet (Çeviri)
Drought is one of the most dangerous natural disasters, negatively impacting natural resources and economic and social activities, especially in light of accelerating climate change and increasing pressure on water resources. The danger of drought lies in its being a“silent”disaster that develops gradually without direct effects, hindering early response and exacerbating its impacts. In regions such as Palestine, which suffer from scarce water resources, climate variability, and limited climatic and hydrological data, the need to develop accurate and flexible methodologies for monitoring and assessing drought becomes critical to enhancing water security and building proactive policies to adapt to climate change. This thesis aims to provide an integrated scientific and methodological framework for drought analysis by developing and applying new analytical tools based on the latest statistical and comparative methods. It focuses on improving the accuracy of drought assessments, expanding the ability to interpret drought trends, and classifying its various types, whether short-term or long-term, meteorological or hydrological. Several innovative analytical tools have been developed and used, most notably: the Frequency-Innovative Trend Analysis method (F-ITA), the Periodic Innovative Trend Analysis method (P-IPTA), the Innovative Drought Classification Matrix (IDCM), and the construction of intensity-duration-frequency (IDF) drought curves. These methodologies have improved the ability of researchers and decision-makers to analyze and understand the dynamic characteristics of drought across multiple timescales, at a level of detail unavailable with traditional methods. Results from applying the F-ITA method have shown that the methodology is capable of detecting nonlinear trends and changes in the temporal frequencies of different drought categories. The P-IPTA method, on the other hand, successfully addressed fluctuations in climate data, providing a more accurate view of the temporal patterns associated with drought. The comparison between the SPI and SPEI indices demonstrated their effectiveness, with classification agreement exceeding 60%. However, the use of different data (e.g., weather stations versus satellite data) revealed discrepancies that require validation and calibration. The thesis also demonstrated the significant impact of the selected time period on drought characteristics, recommending a minimum of 10 years for analysis on short timescales (meteorological drought) and 20 years for long timescales (hydrological drought), especially in countries with limited data, such as Palestine. The thesis also addressed the knowledge gap related to the use of theoretical distributions in calculating drought indices. It was found that many studies rely on the gamma distribution without verifying its suitability to the data, leading to significant errors. Conversely, empirical distributions demonstrated higher accuracy, particularly in assessing hydrological drought, highlighting the need to shift toward a non-parametric empirical approach to ensure more reliable results. IDF drought curves were also developed, which are a practical tool for drought assessment for planning and infrastructure design purposes. They provide an easy-to-interpret and accurate method, especially when comparing different drought periods, drought event definitions, and their intensity and duration characteristics. In the context of practical application in Palestine, the impact of bias correction on reanalysis data (such as ERA5) was evaluated, and the results showed that the correction significantly improves the accuracy of assessments, especially in extreme conditions. Finally, the thesis compared two gridded global datasets: NASA's IMERG satellite data and the reanalysis ERA5-Land data, to assess their suitability for drought analysis. The results showed that the performance of the two datasets differed depending on the indicator used, geographic location, and climatic season. The results emphasized the importance of pre-validation and correction of global data before using them for drought monitoring and decision-making in arid and semi-arid regions. This thesis contributes scientifically by providing flexible and comprehensive analysis tools for drought studies. It serves as a foundation for developing water policies, sustainable planning, climate change adaptation strategies, and climate risk management.
Benzer Tezler
- Antalya bölümünde meteorolojik ekstremler ile bitkisel fenoloji-verim arasındaki ilişkiler ve iklim değişikliği algısı
Relationships between meteorological extremes and crop phenology-yield and perception of climate change in the Antalya region
BARIŞ DURMUŞ
- 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
- Çoruh, Seyhan ve Ceyhan havzalarında kuraklık analizi
Drought analysis in Çoruh, Seyhan and Ceyhan river basins
TOLGA BARIŞ TERZİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİHRAT ÖNÖZ
- Python programlama dili kullanılarak günlük maksimum yağış verilerinin trend ve risk analizleri
Trend and risk analysis of daily maximum rainfall data with python programming language
CİHAT SARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAVUZ SELİM GÜÇLÜ
- Data-based analysis of drought propagation
Kuraklık ilerlemesinin veri tabanlı analizi
IŞILSU YILDIRIM
Doktora
İngilizce
2023
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAFZÜLLAH AKSOY