Impact of using observed land-use properties on the representation of heatwaves in Alaro-Surfex in Belgium
Gözlemlenen arazi kullanım özelliklerinin kullanılmasınınBelçika'daki Alaro-Surfex'te ısı dalgalarının temsili üzerindekietkisi
- Tez No: 978913
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMED OĞUZHAN METE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Meteoroloji, Jeodezi ve Fotogrametri, Meteorology, Geodesy and Photogrammetry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Sıcak hava dalgalarının termal özelliklerinin doğru simülasyonu, özellikle küresel ısınma nedeniyle aşırı sıcaklıkların artması, iklim adaptasyonu ve risk yönetiminin temelini oluşturmaktadır. Bu tez çalışması, arazi kullanım özelliklerinin (Yaprak Alan İndeksi (LAI), albedo ve yüzey pürüzlülüğü gibi) 2018 ve 2019 yaz aylarında Belçika üzerinde sıcak hava dalgalarını simüle eden ALARO-Surfex bölgesel iklim modelinin performansı üzerindeki etkisini analiz etmektedir. Çalışmada modelin Ecoclimap-I girdilerini kullanan bir referans kurulum ile MODIS uzaktan algılama veri ürünlerinden elde edilen, gözlem tabanlı, konumsal parametreleri kullanan güncellenmiş versiyonları karşılaştırılmıştır. Gerçekleştirilen analizlerde, hem model çıktısı hem de 5 km ortak çözünürlüğe göre yeniden ölçeklendirilmiş gözlemsel iklim verileri kullanılmıştır. Çalışmanın ana ilgi odağı olan yüzey enerji akışları ve sıcaklık değişkenleri (ortalama sıcaklık, maksimum sıcaklık, minimum sıcaklık), tüm alan ve baskın tarım arazisi sınıfları (Ecoclimap-I arazi örtüsü 166 ve 182) üzerinde Ortalama Mutlak Hata (MAE) ve Ortalama Mutlak Sapma (MAB) kullanılarak değerlendirilmiştir. Sonuçlara bakıldığında güncellenen modelin, özellikle 2018 sıcak hava dalgasının tarım arazileri üzerindeki minimum sıcaklık için MAB'yi 1,44 °C'ye kadar azaltarak ortalama ve minimum sıcaklık simülasyonunu iyileştirdiği görülmektedir. Bu iyileştirmeler, aşırı sıcak olaylar sırasında ısı stresini hafifletmede hayati bir rol oynayan gece soğuma süreçlerini doğru bir şekilde temsil etmek için oldukça önemlidir. Ancak güncellenen model, her iki yılda da MAB'nin 1 °C'den fazla artmasıyla maksimum sıcaklıkların simülasyonunda zorluklar meydana getirmektedir. Yüzey enerji dengesi analizi, albedo ve LAI'deki azalmaların net radyasyon ve hissedilebilir ısı akışlarının artmasına yol açarak gündüz ısınmasını artırdığını ortaya koymuştur. Aynı zamanda azalan gizli ısı akışları buharlaşmalı soğutmayı sınırlayarak maksimum sıcaklıkların doğru tahmin edilmesine katkıda bulunmuştur. Alan içindeki kovaryans verilerinden elde edilen yüzey enerji dengesi ölçümlerine göre yapılan değerlendirme bu bulguları desteklemekte, yeni modelin minimum sıcaklık simülasyonunu iyileştirdiği, maksimum sıcaklık performansını önemli ölçüde düşürdüğü görülmektedir. Bu sonuçlar, yeni arazi yüzeyi özelliklerinin getirdiği karmaşık dengeyi ve bölgesel sıcak dalgası simülasyonları için kara-atmosfer etkileşimlerinin önemini vurgulamaktadır. Çalışmada gözlemsel arazi kullanımı güncellemelerinin dahil edilmesinin model doğruluğunu artırdığı ve belirli sıcaklık bileşenlerinin simülasyonunu iyileştirdiği, ancak daha dengeli bir enerji akışı temsili sunmak ve aşırı sıcaklık simülasyonlarında istenmeyen önyargıları önlemek için, arazi örtüsüne özgü parametrelemeler yoluyla daha fazla iyileştirme yapılması gerektiği sonucuna varılmıştır. Bu araştırma, bölgesel iklim modelleme yaklaşımlarının sürekli iyileştirilmesine katkıda bulunduğunu ve iklim tahminlerine olan güveni artırmak için model doğruluğunun iyileştirilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır. Bu çalışma sıcak hava dalgası simülasyonlarının doğruluğunu artırarak afet riskini azaltma çabalarını desteklemekte, kentsel planlama, tarımsal optimizasyon ve erken uyarı sistemleri gibi iklim adaptasyon stratejilerine katkı sağlamaktadır. Bulgular gelecekteki sıcak dalgası olaylarının etkilerini daha iyi tahmin etmek ve hafifletmek için bölgesel iklim modellemesinde sürekli ilerlemelerin gerekliliğini vurgulamaktadır. Bu çalışmanın sonuçları, özellikle iklim değişikliği nedeniyle sıcak dalgalarına giderek daha fazla maruz kalan Belçika gibi ülkelerde, iklim adaptasyon politikası ve afet risk yönetimi için önemli sonuçlar sunmaktadır. Sıcak hava dalgaları, insan sağlığını, tarımsal üretimi, enerji sistemlerini ve kentsel altyapıyı etkileyen çok boyutlu bir tehdittir. Dolayısıyla sıcak hava dalgalarının davranışının gerçekçi bir şekilde modellenmesi, ilgili riskleri azaltmak için erken uyarı sistemleri ve hedefli müdahaleler geliştirmek açısından çok önemlidir. Örneğin, gece termal soğuma süreçlerinin (minimumlar) gelişmiş simülasyonu, halk sağlığı politikasına bilgi sağlamak için kullanılabilir. Örneğin, uzun süreli sıcaklık dalgaları sırasında daha yüksek risk altında olabilecek kırılgan bölgeleri belirlemek için simülasyonlardan faydalanılabilir. Benzer şekilde, gündüz yüksek sıcaklıklarının simülasyonları, aşırı sıcağa maruz kalmayı azaltmayı amaçlayan kentsel planlama stratejisi için kritik öneme sahip gündüz ısınma eğilimlerini daha iyi simüle etmek için parametrelerin daha da iyileştirilmesi gerektiğini göstermektedir. Özellikle şehirlerin aşırı sıcaklıkların etkisine maruz kaldığı kentsel ısı adası etkisi, gözlemlerden elde edilen arazi kullanım verilerinin bölgesel iklim modellerine dahil edilmesiyle en aza indirgenebilir. Böylece kentsel planlama süreçlerinde yeşil alanlar artırılarak, yansıtıcı yüzeylerin uygulanması ve su tüketiminin optimize edilmesiyle ısıya dayanıklı şehirler tasarlanabilir. Bu önlemler, kentsel sıcak hava dalgalarına karşı dayanıklılığı artırmakla kalmaz, aynı zamanda karbon emisyonlarının azaltılması ve su kaynaklarının korunması gibi daha geniş sürdürülebilirlik hedeflerine de katkıda bulunabilir. Bu çalışma, iklim biliminin, risk analizinin iyileştirilmesi, erken uyarı ve topluluk direncinin geliştirilmesine yönelik müdahaleleri vurgulayan Sendai Afet Riskini Azaltma Çerçevesi (2015-2030) gibi afet riskini azaltma programlarıyla entegre edilmesinin önemini vurgulamaktadır. Teknolojik yenilikler ile gerçek dünya uygulamaları arasındaki boşluğu dolduran bu araştırma, artan iklim sorunları karşısında daha güçlü toplumlar ve ekosistemler için yeni kapılar açmaktadır. Bu çalışma, uydu verilerinden elde edilen arazi kullanım özelliklerinin kullanımının potansiyelini gösterse de, modelin doğruluğunu artırmak için daha fazla araştırma yapılması gerektiğini vurgulamaktadır. Önemli alanlar, maksimum sıcaklık ve zaman ölçekleri ile iklim bölgelerinin simülasyonundaki sapmaları düzeltmek için arazi örtüsünün parametrelendirilmesinden oluşmaktadır. Bölgesel iklim modellerini hidrolojik ve sosyoekonomik modellerle birleştirmek de sıcak dalgalarının etkilerini değerlendirmek için daha eksiksiz bir yöntem olacaktır. Ayrıca, duyarlılık analizleri ve topluluk modellemesi ile belirsizlikleri azaltmak oldukça önemlidir. İklim modellerinde sıcak hava dalgalarının temsilini geliştirmek ve sürdürülebilir bir gelecek için veriye dayalı karar vermeyi kolaylaştırmak için bu tez çalışmasının sonuçlarından yararlanabilir. Belçika vaka çalışmasının ötesinde, bu tezden elde edilen metodolojik bilgiler, tekrarlayan veya yoğunlaşan sıcak hava dalgalarıyla karşı karşıya olan bölgeler için daha geniş bir öneme sahiptir. Uydu verilerinden elde edilen arazi kullanım özelliklerinin bölgesel iklim modeli performansını nasıl iyileştirebileceğini gösteren bu araştırma, diğer Avrupa ülkelerinde ve küresel olarak uygulanabilecek genelleştirilebilir bir çerçeve sunmaktadır. Yüksek çözünürlüklü arazi yüzeyi verilerinin iklim modellemesine entegre edilmesi, sadece tehlike değerlendirmesini iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda Avrupa Yeşil Anlaşması ve uluslararası afet riski çerçeveleri kapsamında uluslararası uyum girişimlerinin temelini de güçlendirmektedir. Bu nedenle, bu çalışmanın sonuçları akademik ilerlemenin ötesine geçerek, iklim direncine yönelik pratik stratejilere bilgi sağlamakta, iklim aşırılıklarının hızlandığı bir dönemde bilimsel yenilikleri acil politika ihtiyaçlarıyla uyumlu hale getirmeye katkı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Accurate simulation of the thermal characteristics of heatwaves forms the basis of climate adaptation and risk management, particularly because heat extremes are increasing under global warming. This thesis analyzes the impact of refreshing land-use property values—more specifically Leaf Area Index (LAI), albedo, and surface roughness—on the performance of the ALARO-Surfex regional climate model in simulating heatwaves over Belgium for the summers of 2018 and 2019. Two versions of the model were compared: a reference setup using default Ecoclimap-I inputs and an updated setup using observationally based, spatially distributed parameters obtained from MODIS remote sensing data products. The analysis used both model output and gridded observational climate data regridded onto a 5 km common resolution. Surface energy fluxes and temperature variables (Average temperature, Maximum temperature, Minimum temperature) of main interest were evaluated using Mean Absolute Error (MAE) and Mean Absolute Bias (MAB) over the entire domain and within dominant cropland classes (Ecoclimap-I land covers 166 and 182). Results showed that the updated model improved the simulation of mean and minimum temperature, particularly for the 2018 heatwave, by reducing MAB by up to 1.44 °C for Minimum temperature over cropland surfaces. These improvements are crucial for accurately representing nighttime cooling processes, which play a vital role in mitigating heat stress during extreme heat events. However, the updated model exhibited challenges in simulating maximum temperatures, with MAB increasing by more than 1 °C in both years. Surface energy balance analysis revealed that reductions in albedo and LAI led to increased net radiation and sensible heat fluxes, enhancing daytime heating. At the same time, reduced latent heat fluxes limited evaporative cooling, contributing to the overestimation of maximum temperatures. Evaluation against surface energy balance measurements from eddy covariance data within the domain further supported these findings: the novel model improved Minimum temperature simulation but degraded Maximum temperature performance significantly. These results highlight the complex trade-offs introduced by newer land surface characteristics and the importance of land-atmosphere interactions for regional heatwave simulations. The study concludes that while the incorporation of observational land-use updates enhances model realism and improves the simulation of certain temperature components, further improvements, perhaps through land-cover-specific parameterizations, are required to introduce a more balanced energy flux representation and avoid unintentional biases in extreme temperature simulations. This research contributes to the ongoing refinement of regional climate modeling approaches and identifies the need for improved model accuracy to enhance confidence in climate projections. By improving the accuracy of heatwave simulations, this study supports disaster risk reduction efforts and informs climate adaptation strategies, such as urban planning, agricultural optimization, and early warning systems. Ultimately, the findings emphasize the need for continued advancements in regional climate modeling to better anticipate and mitigate the impacts of future heatwave events. The findings of this study have significant implications for climate adaptation policy and disaster risk management, particularly in nations like Belgium, which are increasingly exposed to heatwaves due to climate change. Heatwaves are a multi-dimensional threat that impacts human health, agricultural production, energy systems, and urban infrastructure. Realistic modeling of heatwave behavior, as demonstrated in the current study, is thus essential to develop early warning systems and targeted interventions to mitigate related risks. For instance, the advanced simulation of nighttime thermal cooling processes (minimums) can be applied to inform public health policy, e.g., to ascertain locales where vulnerable populations may be placed at higher risk under prolonged heat episodes. Similarly, the traded-off simulations of daytime highs suggest the need for further parameterized improvements in an effort to better simulate daytime heating trends, which are critical to urban planning strategy aimed at reducing exposure to extreme heat. Urban heat island effect, wherein cities, particularly, are subject to the exaggeration of temperature extremes in urban cities, is minimized by incorporating observationally derived land-use data into regional climate models. Urban planners are then able to design heat-resilient cities through augmenting vegetation cover, applying reflective surfaces, and optimizing water consumption. These measures not only enhance urban heatwave resilience but also contribute to wider sustainability goals such as reducing carbon emissions and conserving water resources. Furthermore, the study emphasizes the importance of integrating climate science with disaster risk reduction programs like the Sendai Framework for Disaster Risk Reduction (2015–2030), which emphasizes upgraded risk analysis, early warning, and interventions in community resilience development. By bridging the gap between technological innovation and real-world applications, this research opens doors to stronger societies and ecosystems when it comes to increasing climate challenges. Although this study demonstrates potential from employing satellite-derived land-use properties, further research needs to be done to enhance the accuracy of the model. Significant areas consist of parameterizing land cover to adjust biases in the simulation of maximum temperature and timescales and climatic zones. Incorporating regional climate models with hydrological and socioeconomic models would also be a more complete method of appreciating heatwave impacts. Besides, mitigating uncertainties with sensitivity analyses and ensemble modeling is still crucial. These tasks can capitalize on this thesis for enhancing the representation of heatwaves in climate models and facilitating evidence-based decision-making for a sustainable future. Beyond the Belgian case study, the methodological insights from this thesis hold broader relevance for regions facing recurrent or intensifying heatwaves. By demonstrating how satellite-derived land-use properties can improve regional climate model performance, this research provides a transferable framework that can be applied in other European contexts and globally. Integrating high-resolution land surface data into climate modeling not only enhances hazard assessment but also strengthens the foundation for transboundary adaptation initiatives, such as those coordinated under the European Green Deal and international disaster risk frameworks. Thus, the outcomes of this study extend beyond academic advancement to inform practical strategies for climate resilience, aligning scientific innovation with urgent policy needs in an era of accelerating climate extremes.
Benzer Tezler
- Standardize yağış indisinin çarpıklık ve basıklık açısından yorumlanması ve yeni bir kuraklık indisinin geliştirilmesi
Interpretation of the standardized precipitation index in terms of skewness and kurtosis and the development of a new drought index
MURAT GÜL
Doktora
Türkçe
2026
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAVUZ SELİM GÜÇLÜ
- Terkos Gölünün su kalitesinin değerlendirilmesi için önyaklaşım
Başlık çevirisi yok
ÖZDEN DAVASLIGİL
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ORHAN İNCE
- Statistical design and yield enhancement of low voltage cmos VLSI circuits
Düşük gerilimli analog VLSI devrelerin istatistiksel tasarımı
TUNA B. TARIM
Doktora
İngilizce
1999
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. H. HAKAN KUNTMAN
- Globoid dişli sistemleri için alternatif dişli malzemelerinin belirlenmesi ve incelenmesi
Investigation of alternate bronze materials about globoidal wormgear
MUSTAFA SAĞLAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN HAMDİ METE