Hydrodynamic and thermal variability of the turkish strait system
Türk boğazlar sistemi'nin hidrodinamik ve termal değişkenliği
- Tez No: 967809
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TARKAN ERDİK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Deniz Bilimleri, Çevre Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Marine Science, Environmental Engineering, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 208
Özet
Türk Boğazlar Sistemi (TSS), Karadeniz'i Akdeniz'e bağlayan ve bölgesel ölçekte stratejik öneme sahip bir su yoludur. İstanbul Boğazı, Marmara Denizi ve Çanakkale Boğazı'ndan oluşan bu sistem, yalnızca yoğun gemi trafiği açısından değil, aynı zamanda denizler arası kütle transferinin sağlanması bakımından da kritik bir rol üstlenmektedir. TSS'de gözlenen akım yapısı, sistemin bağladığı denizlerin birbirinden oldukça farklı oşinografik özelliklere sahip olması nedeniyle iki tabakalı bir sirkülasyon şeklinde gerçekleşmektedir. Karadeniz'de meydana gelen siklonik akım (rim current) nedeniyle kıyı bölgelerde su seviyesi yüksekken iç kesimlere doğru düşmektedir. Bu durum TSS'nin iki ucu arasında yaklaşık 30 cm'ye varan bir su seviyesi farkının oluşmasına neden olmaktadır. Bu seviye farkı, Karadeniz'den İstanbul Boğazı aracılığıyla Ege Denizi'ne doğru yönelen bir üst tabaka akımı oluşturur. Ayrıca, Karadeniz, Tuna, Dinyeper ve Dinyester gibi büyük nehirlerden beslenmesi nedeniyle düşük tuzluluk değerlerine sahipken; Akdeniz, bölgedeki yüksek buharlaşma oranı nedeniyle oldukça tuzlu ve yoğun bir denizdir. Bu yoğunluk farkı, Akdeniz kökenli suların alt tabak akımı ile Karadeniz'e taşınmasına neden olur. TSS'de gerçekleşen bu çift yönlü kütle değişimi hem lokal ölçekteki hem de komşu havzalardaki deniz ekosistemlerinin fiziksel, kimyasal ve biyolojik dinamikleri açısından oldukça büyük önem taşımaktadır. Üst tabakadaki besince zengin Karadeniz suyu, Marmara ve Ege Denizi'nde biyolojik üretkenliği artırırken; alt tabakada ilerleyen Akdeniz kökenli oksijen bakımından zengin sular, Marmara ve Karadeniz'in derin katmanlarının havalanmasına katkıda bulunur. Bu nedenle, TSS oşinografisinin ve bu sistemi şekillendiren fiziksel süreçlerin kapsamlı bir şekilde anlaşılması, deniz taşımacılığı, balıkçılık, kıyı turizmi ve sürdürülebilir deniz kaynakları yönetimi gibi mavi ekonomi bileşenlerinin sağlıklı işleyişi açısından kritik öneme sahiptir. TSS'nin oşinografik yapısı hem atmosferik kuvvetlere hem de sistemin bağlı olduğu Karadeniz ve Ege Denizi gibi havzaların hidrografik özelliklerine son derece duyarlıdır. Akdeniz ve Karadeniz üzerinde etkili olan sinoptik ölçekteki atmosferik sistemler, boğazlar boyunca gerçekleşen kütle transferini kısa zaman ölçeklerinde kuvvetlendirebilmekte, zayıflatabilmekte ya da yönünü tersine çevirebilmektedir. Özellikle kış aylarında güney yönlü kuvvetli rüzgârlar, Ege Denizi'nden Karadeniz'e doğru tek tabakalı bir yüzey akışı meydana getirebilirken; kuzeyden esen şiddetli rüzgârlar ise bu akışı tersine çevirebilmekte ve Karadeniz kaynaklı suların Ege yönünde tek tabakalı bir şekilde taşınmasına neden olabilmektedir. Bununla birlikte, kısa süreli atmosferik etkilerin ötesinde, komşu deniz havzalarında daha uzun zaman ölçeklerinde meydana gelen değişimler de TSS'nin hidrodinamik yapısını önemli ölçüde etkileyebilmektedir. Örneğin, Karadeniz ve Ege Denizi'nin küresel deniz seviyesi artışına verdikleri farklı tepkiler, TSS içerisindeki barotropik kuvvet dağılımını değiştirebilir. Bu durum, iki tabakalı akım yapısının yönü, şiddeti ve sürekliliği üzerinde belirleyici bir rol oynayabilir. Öte yandan, iklim değişikliğine bağlı olarak artış gösteren buharlaşma oranları, özellikle Ege ve Akdeniz gibi düşük tatlı su girdisine sahip havzalarda yüzey tuzluluğunun yükselmesine neden olmakta; bu da yoğunluk gradyanlarını değiştirerek tabakalı akım yapısını etkileyebilme potansiyeline sahiptir. Kütle değişimi ve buna bağlı olarak denizel ekosistem üzerinde oluşabilecek fiziksel etkilerin yanı sıra, artan hava ve deniz suyu sıcaklıkları gibi termal etkiler de denizel sistemler üzerinde önemli baskılar yaratmaktadır. Son yıllarda Marmara Denizi'nde gözlenen müsilaj (deniz salyası) ve kırmızı gelgit (red tide) gibi olaylar, iklim değişikliğine bağlı olarak denizel sistemlerde meydana gelen bozulmaların yerel ölçekteki tezahürleri olarak değerlendirilebilir. Bu tür olaylar, TSS'nin yalnızca fiziksel değil, aynı zamanda ekolojik açıdan da son derece hassas bir sistem olduğunu ortaya koymaktadır. Bu tez kapsamında, TSS'nin mevcut oşinografik yapısı ve bu yapının kısa ve uzun vadeli zaman ölçeklerinde nasıl değişkenlik gösterdiği detaylı olarak incelenmiştir. Bu amaçla, bölgede kurulu gözlem istasyonlarından ve uydu gözlemlerinden elde edilen su seviyesi ve deniz suyu sıcaklığı verileri analiz edilmiştir. Ancak, bu gözlemsel veriler hem mekânsal hem de zamansal bakımdan sınırlı olduğundan, sistemin daha kapsamlı bir şekilde değerlendirilebilmesi amacıyla komşu havzaları da içine alan üç boyutlu sayısal hidrodinamik modellemeler gerçekleştirilmiştir. Bu modellemeler aracılığıyla TSS'deki oşinografik değişkenliğin sinoptik, mevsimsel, yıllık ve on yıllık zaman ölçeklerindeki davranışı ayrıntılı biçimde değerlendirilmiş; sistemin farklı iklimsel ve meteorolojik etkenlere verdiği yanıtlar ortaya konmuştur. Elde edilen bulgular, TSS'nin iklim değişikliğine karşı duyarlılığını ve bu sistemde meydana gelebilecek potansiyel çevresel riskleri öngörme açısından kritik önem taşımaktadır. Bu çalışma, gelecekteki iklim koşullarında bölgenin karşı karşıya kalabileceği hidrodinamik ve ekosistem temelli tehditlerin anlaşılmasına katkı sağlayacak nitelikte temel bir bilimsel kaynak niteliğindedir. Bu tez kapsamında hazırlanan bilimsel yayınların ilkinde, Çanakkale Boğazı'nın hidrodinamik yapısı günlük, aylık, yıllık ve yıllar arası gibi farklı zaman ölçeklerinde incelenmiştir. Bu amaçla, TSS'nin yanı sıra komşu denizleri de kapsayan üç boyutlu bir hidrodinamik modelin 11 yıllık bir dönemi kapsayan simülasyon çıktılarından faydalanılmıştır. Boğaz boyunca elde dilen akıntı hızlarına uygulanan ampirik ortogonal fonksiyon (EOF) yöntemi, ana akım yapısının iki tabakalı olduğunu ve değişkenliğin rüzgar gerilmesi tarafından kontrol edildiğini göstermiştir. İkinci baskın akım yapısı ise tek tabakalı olarak bulunmuş olup, şiddetli rüzgarların meydana geldiği durumlarda oluştuğu görülmüştür. Ayrıca, zaman zaman üç tabakalı bir akım yapısının da oluşabildiği saptanmıştır. Boğaz'daki kütle transferinin günlük ölçeklerde oldukça değişkendir ancak aylık ortalamada bu değişkenlik azalmaktadır. Aylık değişkenlikler, toplam varyansın yaklaşık %20'sini oluştururken, yıllar arası değişkenlik ise oldukça düşük olup toplam varyansın sadece %2'sini oluşturmaktadır. Aylık ve yıllık bazdaki bu değişkenlikler üzerinde sırasıyla rüzgar gerilmesi ve Karadeniz'in su kütlesi dengesinin etkili olduğu saptanmıştır. Bu durum, komşu havzaların hidrolojik rejiminin TSS'deki uzun dönemli kütle transferi değişimlerinde belirleyici bir rol oynadığını göstermektedir. İkinci çalışmada, sayısal modelleme yaklaşımı hem yatay hem de düşey çözünürlük artırılarak ve simülasyon süresi 35 yıla (1987–2021) çıkarılarak geliştirilmiştir. Bu iyileştirme, sistemin davranışını iklim değişkenliği ve iklim değişikliği ölçeğinde değerlendirmeye olanak tanımıştır. Çalışmanın bulguları, TSS bölgesindeki deniz seviyesi değişimleri ile Karadeniz'deki net tatlı su girdisi (nehir akışları + yağış - buharlaşma) arasında güçlü bir ilişki olduğunu ortaya koymaktadır. Bu tatlı su girdisi ise büyük ölçüde Kuzey Atlantik Salınımı (NAO) tarafından yönlendirilmektedir. Özellikle 2010 yılı, uzun süreli pozitif NAO evresiyle karakterize edilen bir dönemde, Karadeniz'e net tatlı su girişinin belirgin şekilde azaldığı ve buna bağlı olarak deniz seviyesinde önemli bir düşüşün gözlemlendiği bir yıl olmuştur. Ayrıca, son yıllarda da Karadeniz havzasına giren net tatlı su girdisi artan buharlaşma oranları nedeniyle düşmüş ve Karadeniz ile Ege Denizi arasındaki deniz seviyesi farkında azalmaya yol açmıştır. Bu durum, üst tabaka su transferinde bir azalma eğilimine sebebiyet vermiştir. Buna karşın, alt tabaka akımında ise artış eğilimi elde edilmiştir. Bu bulgular, iklim değişikliğinin bölgesel hidrolojik döngü üzerindeki etkilerini ve bunun TSS üzerinden gerçekleşen kütle taşınımı üzerindeki sonuçlarını açık biçimde ortaya koymaktadır. Bu çalışmada ayrıca, Marmara Denizi'ndeki sirkülasyon yapısının karakteristiği ve değişkenliği de incelenmiştir. Önceki çalışmaların aksine, yıllık düzeyde Marmara Denizi'ni çevreleyen bir sirkülasyondan ziyade, kuzey ve güney kıyılara doğru antisiklonik ve siklonik çevrintilerin olduğu ve bu iki kısmı birbirinden ayıran batı yönlü bir akıntı yapısı görülmüştür. İstanbul Boğaz üst akımının, Marmara Denizi'nde büyük ölçekte bir çevrintiye yol açacak kadar şiddetli olmadığı saptanmıştır. Ancak haftalık ve aylık ölçeklerde, sirkülasyonun yıllık ortalamadan önemli ölçüde ayrışabildiği saptanmıştır. Çok değişkenli ampirik ortogonal fonksiyon (MV-EOF) yöntemiyle yapılan analizler, Marmara Denizi'ndeki sirkülasyon yapısının İstanbul Boğazı üst tabaka akımı ve rüzgar çevrintisi dinamiklerine bağlı olarak şekillendiğini ortaya koymuştur. Buna göre, rüzgar çevrintisi genel olarak güneydoğu yönüne doğru büyük ölçekte bir sirkülasyona yol açmaktadır. Boğaz akımı ise havzanın merkezinde konumlanan büyük ölçekte bir çevrinti oluşumuna yol açmaktadır. Bu bulgular, Marmara Denizi akıntı yapısı bütüncül bir yaklaşımla modellenmenin önemini göstermekle beraber kirlilik veya besin maddelerinin Marmara Denizi'ndeki dağılımına yönelik de öngörüler sunmaktadır. Üçüncü çalışmada ise, uydu verilerinden türetilmiş deniz suyu yüzey sıcaklığı verileri kullanılarak, bölgenin küresel ısınmaya verdiği tepki 1982 ve 2021 yıllarını kapsayan bir zaman periyodunda analiz edilmiştir. Bu çalışma ile yüzey sıcaklıklarındaki mekânsal ve zamansal değişim davranışlarını ortaya koymanın yanı sıra ilk defa olarak Marmara Denizi'nde denizel sıcak hava dalgalarının (marine heatwave, MHW) oluşumu incelenmiştir. Denizel sıcak hava dalgaları, deniz suyunun belirli bir süre boyunca (en az beş gün) anormal derecede yüksek olduğu durumları ifade etmektedir. Elde edilen bulgular, Marmara'da uzun dönem ortalama sıcaklık artış trendinin yaklaşık 0.06 °C/yıl değeri ile küresel ortalamanın oldukça üstünde seyrettiğini göstermektedir. Ayrıca 2000'li yıllardan sonra sıcaklık trendi daha da artarak 0.08°C/yıl değerine ulaşmıştır. Buna paralel olarak, ısı dalgası olaylarının gerçekleşme sıklığı da artmıştır. 2000'li yıllar öncesinde meydana gelen toplam ısı dalgası olayı 6 adet iken, sonrasında 70'e kadar çıkmıştır. Meydana gelen bu olayların sıklığı ve büyük ölçekli atmosferik dolaşım sistemleri ile de anlamlı düzeyde bir ilişki elde edilmiştir. Buna göre, Doğu Atlantik (EA) ve Doğu Atlantik-Batı Rusya (EAWR) indeksleri ve dalgası olayları arasında paralellikler saptanmıştır. Isı dalgasının Marmara Denizi'ndeki ortalama etki süresi yaklaşık 15 gündür. Ancak bu süre de zamanla artış eğiliminde olup, yıllık ortalama 0.5 gün uzamaktadır. Saptanan sıcaklık ve ısı dalgası artışları göz önünde bulundurularak, 2007-2008 ve 2021 yılları meydana gelen müsilaj olayları da bu kapsamda incelenmiştir. Bulgular, müsilajın yüzeydeki yayılımından önce uzun ve şiddetli ısı dalgası olaylarının meydana geldiğini ve müsilaj oluşumunda rolü olabileceğini göstermektedir. Tez kapsamında hazırlanan dördüncü çalışmada ise, su yüzeye ölçümlerinin yanı sıra hidrodinamik model çıktıları da kullanılarak, su sıcaklığının derinlikle değişimi incelenmiştir. Bu çalışmada, yüzey ve alt tabaka deniz sıcak hava dalgası olaylarını analiz etmek suretiyle, bu tür olayların daha kapsamlı anlaşılmasına katkı sağlamayı amaçlamaktadır. Mevcut literatürde MHW'lere ilişkin çalışmaların büyük bölümü, yaygın şekilde erişilebilen uydu kaynaklı deniz yüzeyi sıcaklığı verilerine dayanarak yüzey sıcaklık anomalilerine odaklanmaktadır. Ancak su kolonunun alt katmanlarında meydana gelen aşırı sıcaklık anomalileri olan alt tabaka MHW'ler, sınırlı su sıcaklığı profili ölçümleri nedeniyle daha az araştırılmıştır. Oysa alt tabaka MHW'ler, özellikle sıcaklık değişimlerine duyarlı olan ve görece kararlı termal koşullara adapte olmuş ekosistemler üzerinde önemli etkiler yaratabilmektedir. Bu çalışmada hem yüzey hem de alt tabakadaki sıcaklık anomalileri incelenerek, MHW'lerin karakteristikleri ve farklı derinliklerdeki değişkenliği değerlendirilmiştir. Model çıktılarından elde edilen sonuçlara göre yüzeydeki sıcaklık artış trendi uydu verileri ile benzer olarak yaklaşık 0.48 °C/yıl olarak bulunmuştur. Sıcaklık artış trendinin su deriniliği ile azaldığı ve 50 m'de yaklaşık 0.07 °C/yıl değerine ulaştığı saptanmıştır. Artan deniz suyu sıcaklıklarına paralele olarak MHW olayları da daha sık görülmeye başlanmıştır. Su kolonunun ilk 10 m derinliğinde MHW frekansı ortalama 2 olay/yıl iken bu değer 50 m derinlikte 0.5 olay/yıl değerine kadar düşmektedir. MHW olayları yüzeyde daha sık ancak süre açısından (yaklaşık 14 gün) derin katmanlara göre daha kısadır. Piknoklin tabakasının altında MHW süresinin 60 güne kadar uzadığı bulunmuştur. MHW olaylarının şiddeti is yüzeye yakın derinliklerde yaklaşık 2.25°C iken derinlikle beraber 0.3°C değerine düşmektedir. Uzun yıllar sonuçlara göre, yüzeye yakın derinliklerde MHW olaylarının oluşum sıklığı artan bir eğilime sahiptir. Piknoklin tabakası yakını ve daha derinlerinde ise artan bir eğilimden ziyade sıklığını artışa geçtiği belli zaman periyotları görülmüştür. Bu tez kapsamında sunulan bulgular bir bütün olarak değerlendirildiğinde, TSS'nin dinamikleri farklı zamansal ölçeklerde kapsamlı bir şekilde ortaya konmakta ve bu benzersiz şekilde birbirine bağlı deniz koridorunun hem doğal değişkenliklere hem de insan kaynaklı iklim değişikliğine nasıl tepki verdiğini açıklığa kavuşturmaktadır. Yüksek çözünürlüklü sayısal modelleme ve uzun dönemli gözlemsel verilerin entegrasyonu ile çalışmada, hidrodinamik değişkenliğin temel zorlayıcıları tanımlanmış ve bunların daha geniş çevresel sistem üzerindeki etkileri vurgulanmıştır. Elde edilen sonuçlar; deniz seviyesi, tatlı su girdisi ve atmosferik zorlama gibi iklim koşullarındaki değişimlerin TSS içerisindeki kütle taşınımı, dolaşım yapısı ve ısıl rejim üzerinde nasıl etkiler yarattığını ortaya koymaktadır. Bu değişimler, ötrofikasyon, biyolojik çeşitlilik kaybı, müsilaj gibi çevre sorunlarının ortaya çıkmasına neden olabilmekte ve ekolojik süreçlerde zincirleme etkilere yol açmaktadır. Bu tür etkiler, özellikle balıkçılık, gıda güvenliği ve kıyı yaşamları açısından somut sosyo-ekonomik riskler doğurmaktadır. Çalışmanın sonuçları yalnızca çevresel açıdan değil, kıyı mühendisliği, çevre yönetimi, deniz biyolojisi ve okyanus kimyası gibi disiplinler arası araştırmalar için sağlam bir bilimsel temel sunmaktadır. Nihayetinde, bu tez kapsamında elde edilen bilgiler; değişen iklim koşulları altında TSS ve çevresindeki deniz havzalarının ekolojik ve ekonomik sürdürülebilirliğinin korunmasına yönelik hedefe odaklı uyum, azaltım ve yönetim stratejilerinin geliştirilmesine katkı sağlayacak niteliktedir.
Özet (Çeviri)
The Turkish Strait System (TSS) comprising the Bosphorus Strait, the Marmara Sea, and the Dardanelles Strait, functions as a critical marine corridor connecting the Black Sea to the Mediterranean Sea. It exhibits a two-layer stratified flow regime, primarily governed by density gradients and sea level differences between the Black Sea and the Aegean Sea. The dynamics of the TSS are not only vital for local marine ecosystems but also play a significant role in the hydrographic and ecological characteristics of the connected basins. The nutrient-rich upper layer promotes biological productivity in the Marmara and Aegean Seas, while the deeper, denser inflow ventilates bottom waters, contributing to water quality and hydrographic stability of the Marmara and Black Seas. Therefore, a thorough understanding of the TSS is indispensable not only for scientific inquiry but also for supporting key sectors of the blue economy, encompassing maritime navigation, fisheries, coastal tourism, and sustainable marine resource management. Despite its strategic and ecological importance, the majority of existing studies have focused primarily on the Bosphorus Strait or typically covering short temporal scales limited to a few years of observations or simulations while research on the longterm dynamics of the whole system remains limited. The dynamics of the TSS are highly sensitive to the hydrographic conditions of the connected basins, as these conditions fundamentally shape the two-layer exchange flow. Under projected global sea level rise, non-uniform responses in the Black Sea and Aegean Sea may lead to shifts in barotropic forcing, potentially altering the mass exchange through the system. Moreover, rising evaporation rates over recent decades, driven by climate change, may intensify surface salinity and disrupt the density gradients governing stratification. Additionally, the system responds to large-scale atmospheric patterns; passing cyclones can intensify, weaken, or even reverse the direction of water exchange between basins on synoptic to seasonal timescales. These dynamic responses highlight the broader context of climate change and natural climate variability, both of which could significantly influence the TSS. Climate change is among the most pressing global challenges, also leading to rising temperatures across regional and local scales. Such changes exert considerable influence on marine systems by modifying thermohaline structures. Recent mucilage and red tide events in the Marmara Sea have raised significant concerns, potentially linked to local-scale responses to a changing climate. Therefore, a comprehensive understanding of the TSS requires evaluating its behavior across multiple temporal scales from synoptic to interannual and decadal both to assess the system's sensitivity to climate drivers and to anticipate future environmental risks in a rapidly changing climate. In this thesis, the dynamics of the TSS are examined across multiple temporal scales through a series of research articles, each focusing on distinct aspects of the system's characteritisc and variability. In the first published article, the hydrodynamics of the Dardanelles Strait are investigated over synoptic to interannual timescales, utilizing a three-dimensional numerical model covering an 11-year simulation period. This study provides a foundational understanding of the strait's dynamic structure and its temporal variability. The results reveal that the exchange flow is predominantly governed by wind forcing, with synoptic-scale fluctuations exerting the strongest influence. A two-layer exchange flow regime is observed approximately 70% of the time, with wind stress acting as the primary modulating factor. During periods of intense wind forcing, a transition to a single-layer barotropic flow regime is identified. Although variability diminishes at monthly scales, positive anomalies are still associated with deviations in the mean monthly wind stress. At interannual timescales, the variability in the exchange flow is moderate and primarily driven by net freshwater input to the Black Sea, underscoring the significance of the basin's hydrological regime. The second published article extends the numerical model by enhancing both horizontal and vertical spatial resolution and by lengthening the simulation period to 35 years (1987–2021). This advancement enables a more comprehensive assessment of long-term variations associated with internal climate variability and climate change. The study reveals a strong relationship between sea level variability in the TSS and freshwater input from the Black Sea, which is modulated by the North Atlantic Oscillation (NAO). Notably, the year 2010, characterized by a prolonged positive NAO phase, exhibited a significant reduction in freshwater inflow, leading to a marked drop in sea level. Although the interannual variability of volume fluxes remains moderate, a slight decreasing trend in upper-layer transport is observed, attributed to weakening of barotropic forcing. This reduction in barotropic forcing is linked to a diminished sea level gradient between the Black Sea and the Aegean Sea, primarily driven by declining freshwater input and increasing evaporation rates in the Black Sea region. These findings underscore the influence of climate change on the regional hydrological cycle and its subsequent impact on mass transport through the TSS. Furthermore, the study demonstrates that the circulation in the Marmara Sea is governed by a dynamic interplay between wind curl and the inflow from the Bosphorus, highlighting the interconnected nature of the TSS. In the third published article, satellite-derived sea surface temperature (SST) data spanning the period from 1982 to 2021 are utilized to investigate long-term thermal variations in the TSS and its surrounding basins. This study identifies, for the first time, the occurrence of marine heatwaves (MHWs) in the Marmara Sea. MHWs defined as prolonged periods of anomalously high sea surface temperatures, are of particular concern due to their potential linkage with ongoing ecological disturbances, especially in a semi-enclosed basin burdened by substantial anthropogenic pollution. The findings reveal a persistent warming trend across the TSS, with a pronounced acceleration since the early 2000s. In the Marmara Sea, the SST trend reaches approximately 0.6°C per decade, surpassing the global average warming rate of the world's oceans. This thermal increase is accompanied by a notable rise in MHW frequency, with a trend of approximately 1.5 events per decade. The total number of MHW events escalated from 6 before the 2000s to 70 in the subsequent decades. The study further establishes correlations between MHW occurrences and large-scale atmospheric circulation patterns, particularly the East Atlantic (EA) and East Atlantic–Western Russia (EAWR) indices. The potential role of MHWs in triggering mucilage events in the Marmara Sea is also explored, with evidence suggesting that the most severe mucilage outbreaks coincide with periods of intense and prolonged MHW activity. The fourth prepared article further expands the scope of analysis by using outputs from the refined numerical model to explore surface and subsurface MHW events, with a particular focus on the Marmara Sea. The vertical structure of these extreme temperature events is of critical importance, as subsurface heatwaves can affect deep-water ecosystems that are typically adapted to more stable thermal conditions. The analysis reveals a clear vertical gradient in background warming and MHW characteristics. The most intense and frequent MHW events occur in the upper 10 m of the water column, where the model estimates a warming rate of approximately 0.48 °C per decade, closely matched by satellite observations. This warming trend declines with depth, reducing to about 0.07 °C per decade at 50 m. Regarding warming rate, MHWs occurred through the water column but with different characteristics. The MHWs are more frequent in the upper water column however they are long lasting in the deeper depths. The mean intensity of MHW events also displays a decreasing value with depth. Over the 35 years, cumulative MHW exposure reached approximately 650 °C·days at the surface, 350 °C·days at mid-depth (20–30 m), and 175 °C·days at 50 m depth. Trend analysis show that MHW occurrence is increased significantly at the surface and 10 m depth especially after 2000s. In contrast, deeper layers show episodic intensification of MHW activity but lack a consistent upward trend. Collectively, the findings presented in this thesis provide a comprehensive understanding of the dynamics of the TSS across a range of temporal scales and elucidate how this uniquely interconnected marine corridor responds to both natural variability and anthropogenic climate change. By integrating numerical modeling and long-term observational data, the thesis identifies key drivers of hydrodynamic variability and highlights their implications for the broader environmental system. The results offer critical insights into how evolving climate conditions manifested through changes in sea level, freshwater input, and atmospheric forcing, affect mass transport, circulation, and thermal structure within the TSS. These changes, in turn, have cascading effects on ecological processes, contributing to events such as eutrophication, biodiversity loss, and the emergence of extreme phenomena like mucilage and marine heatwaves. Such impacts pose tangible socio-economic risks, particularly for fisheries, food security, and coastal livelihoods. Beyond their environmental significance, the results establish a robust scientific foundation that can inform interdisciplinary research in coastal engineering, environmental management, marine biology, and ocean chemistry. Ultimately, this work contributes essential knowledge for the development of targeted adaptation, mitigation, and management strategies aimed at preserving the ecological and economic sustainability of the TSS and its adjacent marine basins under a changing climate.
Benzer Tezler
- Hava-su iki fazlı akış parametrelerinin deneysel incelenmesi
Investigation of air-water parameters on two phase flow
AHMET BERK KURTULUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURDİL ESKİN
- Betonun dona dayanıklığının çimento hamurunun boşluk yapısına duyarlılığı
Scrutiny of sensitvity of freeze durability of concrete to cavâtty structure of cement paste
SENİH TAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiYapı Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. OSMAN NURİ OKTAR
- Çimento hamuru konsantrasyonunun betonun dona dayanıklılığına etkisi
The Effect of the concentration of cement paste on freezing-thawing resistance of concretes manufactured with superplasticiser admixture
AHMET CEMAL KÜÇÜKMEHMETOĞLU
- Analysis of shear heating and effect of temperature dependant viscosity on hydrodynamic lift of oil brush seals
Yağ fırça keçelerinde sıcaklığa bağlı viskozitenin hidrodinamik kaldırmaya etkisi ve viskoz ısı kaybı analizi
ERTUĞRUL TOLGA DURAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT AKŞİT
- Tümör görüntüleme ve tedavi amaçlı fonksiyonel mezopor karbon/silika nanomalzemenin hazırlanması
Preparation of functional mesoporous carbon/silica nanomaterials for tumor imaging and therapy
AYÇA TUNÇEL ORAL
Doktora
Türkçe
2023
BiyoteknolojiEge ÜniversitesiNükleer Bilimler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA YURT ONARAN