Modeling precipitation and temperature in Akarçay Basin with sarima-garch: The impact of volatility and regime shifts
Akarçay Havzasında yağış ve sıcaklığın sarıma-garch ile modellenmesi: Değişkenlik ve rejim değişikliklerinin etkisi
- Tez No: 970075
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ARZU ÖZKAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Yağış, Sıcaklık, Hidrolojik Analiz, Durağan Olmayan, Volatilite, Sarıma, Garch, Hibrit Model, Rejim, Precipitation, Temperature, Hydrological Analysis, Non-stationary, Volatility, Sarıma, Garch, Hybrid Model, Regime
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Son yıllarda, iklim değişikliği meteorolojik olayların seyrini önemli ölçüde değiştirmiş ve bu da yağış ve sıcaklık gibi hava değişkenlerinin tahmin ve modelleme sürecini daha karmaşık hale getirmiştir. Geleneksel zaman serisi modelleri, özellikle yağış zaman serilerinde mevsimsellik, oynaklık volatilite ve heteroskedastisite gibi faktörlerin varlığı nedeniyle bu dinamikleri yakalamakta yetersiz kalmaktadır. Hava parametrelerinin doğru tahmini, etkili su kaynakları yönetimi, kuraklıkla mücadele ve sel önleme için hayati önem taşımaktadır. Sonuç olarak, hem volatiliteyi hem de rejim değişikliklerini hesaba katabilen daha esnek ve sofistike modelleme yaklaşımlarına olan ihtiyaç giderek artmaktadır. Hibrit modeller sıcaklık verilerinin tahmininde daha yüksek güvenilirlik göstermiş olsa da, volatilite ve heteroskedastisitenin etkisi yağış modellemesinde daha belirgin görünmektedir, bu da özel yaklaşımlara olan ihtiyacı vurgulamaktadır. Bu çalışmada, mevsimsel otoregresif entegre hareketli ortalama (SARIMA) ve genelleştirilmiş otoregresif koşullu heteroskedastisite (GARCH) modelleri, yıllık yağış ve sıcaklık verilerini analiz etmek ve tahmin etmek için kullanılmıştır. Modellerin tahmin performansları, ilk olarak geleneksel SARIMA yaklaşımı kullanılarak değerlendirilmiş ve ardından SARIMA ile GARCH'ın entegrasyonu yoluyla hibrit bir modelleme çerçevesi oluşturularak değerlendirilmiştir. Karşılaştırmalı analizler, SARIMA-GARCH hibrit modelinin daha düşük hata metrikleriyle kanıtlandığı üzere daha doğru ve güvenilir tahminler sağladığını ortaya koymaktadır. Bu gelişmiş performans, modellerin yağış ve sıcaklık zaman serilerindeki belirgin oynaklığı ve sabit olmayan varyansı (heteroskedastisite) yakalama kapasitesine atfedilebilir. Çalışmada kullanılan veri seti, Türkiye'nin Ege, Orta Anadolu ve Akdeniz bölgelerinin kesiştiği noktada bulunan Akarçay Havzası ile ilgilidir. Veri seti, Afyon, Akşehir, Bolvadin, Emirdağ, Senirkent, Uluborlu ve Yalvaç olmak üzere yedi meteoroloji istasyonundan toplanan yağış ve sıcaklık verilerinden oluşmaktadır. Modelleme sürecinde, veri setini eğitim ve test alt kümelerine ayırırken çeşitli rejim yapıları dikkate alınmıştır. Geleneksel rejim bölünmesine ek olarak, yağış verilerine dayalı ikili rejim modelleri (yani kuru ve yağışlı mevsimler), mevsimsel rejimler (ilkbahar, yaz, sonbahar, kış) ve üç aylık bölünmeler dahil olmak üzere alternatif yapılar da araştırılmıştır. Çalışmanın temel amacı, özellikle küresel ısınma ve antropojenik etkiler gibi dış çevresel etkenlere yanıt olarak hava olaylarının zamansal değişkenliğini daha doğru bir şekilden modellemektir.nmesinin doğruluğunu artırmaktır
Özet (Çeviri)
In recent years, climate change has significantly altered the patterns of meteorological events, thereby increasing the complexity of forecasting and modeling weather variables such as precipitation and temperature. Traditional time series models often fall short in capturing these dynamics, especially due to the presence of seasonality, volatility and heteroskedasticity in the precipitation time series. Accurate forecasting of weather parameters is essential for effective water resources management, drought mitigation and flood prevention. Consequently, there is a growing need for more flexible and sophisticated modeling approaches that can account for both volatility and regime shifts. While hybrid models have demonstrated improved reliability in forecasting temperature data, the influence of volatility and heteroskedasticity appears to be more pronounced in the modeling of precipitation, highlighting the need for specialized approaches. In this study, Seasonal AutoRegressive Integrated Moving Average (SARIMA) and Generalized Autoregressive Conditional Heteroskedasticity (GARCH) models are employed to analyze and forecast annual precipitation and temperature data. The forecasting performances of the models are initially evaluated using the conventional SARIMA approach and subsequently assessed through the integration of SARIMA with GARCH, forming a hybrid modeling framework. Comparative analyses reveal that the SARIMA-GARCH hybrid model yields more accurate and reliable forecasts, as evidenced by lower error metrics. This enhanced performance is attributed to the models' capacity to capture the pronounced volatility and non-constant variance (heteroskedasticity) in precipitation and temperature time series. The dataset used in the study pertains to the Akarçay Basin located at the intersection of the Aegean, Central Anatolia and Mediterranean regions of Türkiye. It comprises precipitation and temperature data collected from seven meteorological stations: Afyon, Akşehir, Bolvadin, Emirdağ, Senirkent, Uluborlu and Yalvaç. During the modeling process, various regime structures were considered in partitioning the dataset into training and testing subsets. In addition to the conventional regime division, alternative structures were explored, including dual-regime models based on precipitation data (i.e., dry-wet seasons), seasonal regimes (spring, summer, fall, winter) and quarterly divisions. The main objective of the study is to enhance the accuracy of modeling the temporal variability of weather events, particularly in response to external environmental drivers such as global warming and anthropogenic influences.
Benzer Tezler
- İklim değişikliğinin su kullanımı açısından türk sanayisine olası etkilerinin değerlendirilmesi
Evaluation of the potential effects of climate change on the water use in turkish industry
ALPEREN KIR
Doktora
Türkçe
2025
Çevre MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET KİTİŞ
- Ege Bölgesi yağış ve sıcaklık değerlerinin zaman ve mekân boyutundaki değişiminin istatistiksel analizi
Statistical analysis of spatial and temporal variation of precipitation and temperature in Aegean Region
EMRAH ÖZÇAKAL
Doktora
Türkçe
2014
ZiraatEge ÜniversitesiTarımsal Yapılar ve Sulama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SÜER ANAÇ
- Effects of precipitation recharge and artificial discharge on salt water-fresh water interface movement in Selçuk sub-basin: Climatic indications
Selçuk alt-havzasındaki yağış beslenimi ve yapay boşalımın tuzlu su-yer altı suyu arayüzeyi hareketine etkileri: İklimsel belirtiler
GÖKBEN AYKANAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Jeoloji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. MEHMET ZEKİ ÇAMUR
- Doğu Anadolu Bölgesindeki iklim değişikliklerinin yağış, sıcaklık ve buharlaşma verileri üzerindeki etkilerinin trend analizi yöntemleriyle incelenmesi
Investigation of the effects of climate changes on precipitation, temperature and evaporation data in Eastern Anatolia Region using trend analysis methods
AYŞENUR AKSAKAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İnşaat MühendisliğiSüleyman Demirel Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KEMAL SAPLIOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ TÜLAY SUĞRA KÜÇÜKERDEM ÖZTÜRK
- Mathematical modeling of wax deposition in crude oil pipleline systems
Ham petrol boru hatları sisteminde parafin depolanmasının matematiksel modellenmesi
ÖNDER RAMİZ SARAÇOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA VERŞEN KÖK