LEE- Atmosfer Bilimleri-Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19193

Gözat

Yer tabanlı uzaktan algılama sistemleri kullanılarak Akdeniz bölgesinde hortum hadiselerinin sinoptik analizi ve modellenmesi

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020) Özgenç, Ramazan ; Deniz, Ali ; Meteoroloji Mühendisliği, Atmosfer Bilimleri

Hortum hadiseleri, Amerika Birleşik Devletleri başta olmak üzere, Avrupa, Güney Afrika, Asya'nın güneyi, Japonya'dan Avustralya'ya kadar dünyanın birçok noktasında görülmektedir. Dünyada meteorolojik hadiseler içinde can ve mal kayıplarının en önemli nedenlerinden biridir. Dünyada olduğu gibi Türkiye'de de hortumlar ile birlikte kuvvetli fırtınalar, kuvvetli yağış ve dolu gibi meteorolojik hadiseler beraber görülmektedir. Türkiye'de hortum olaylarına ilişkin açık bir kaynak bulunmadığından, Türkiye'de gerçekleşen hortumların zamansal ve mekânsal analizi için Avrupa Şiddetli Hava Olayları Veritabanı (ESWD) içerisindeki 1818-2018 yılları arasında Türkiye'de gerçekleşen hortum olaylarına ilişkin kayıtlar kullanılmıştır. Bu Veritabanı gazete ve çeşitli gönüllü kaynaklarından aldığı veriyi 4 kategoride doğrulayarak yayınlamaktadır. Türkiye'de gerçekleşen hortum hadiselerine ilişkin veritabanında son yıllarda önemli bir artış meydana gelmiştir. 1818-2018 yılları arası 450 hortum hadisesinin 447'sı 1997 yılından sonra kaydedilmiştir. Bu durumun hortumun gerçekleştiği alanlarda artan nüfusla birlikte daha çok can ve mal kaybıyla medyada daha çok yer bulması verilerin toplanmasında kolaylaştırıcı bir rol oynamıştır. Hortumlar, Türkiye'de deniz etkisinden dolayı daha çok denize kıyısı olan Akdeniz Karadeniz, Ege ve Marmara Bölgelerinde görülmesine karşın Doğu Anadolu'nun yüksek platolarında ve İç Anadolu'da seyrekte olsa görülmekte ve ciddi can ve mal kaybına sebep olmaktadır. Kasım-aralık arasındaki dönemde İzmir'den Antalya sahil bandına kadar uzanan kısımda ağırlıklı görülürken, temmuz-eylül arası ise yoğun bir şekilde Karadeniz sahil bandında gözlemlenmiştir. Karadeniz sahil bandında bu aylarda deniz suyu sıcaklığının diğer ayların 6 ºC ila 8 ºC üzerinde 22 ºC-24 ºC arasında seyretmesi nemli ve sıcak deniz havasının yükselici hava hareketlerini tetikleyerek daha yukarı enlemlerden gelen siklonların getirdiği soğuk hava ile birleştiğinde şiddetli konvektif fırtınaların oluşmasına katkı yapmaktadır. Aynı zamanda Doğu Anadolu'nun platolarında mayıs döneminde meydana gelen hortum hareketleri yüzeyin hızla ısınması ile eriyen karın ortamdaki nemi artması hortum hareketlerini arttırmaktadır (Bozkurt, 2011). Ayrıca Türkiye'de kasım-şubat arası soğuk dönemde çok sayıda Akdeniz siklonu Türkiye'nin Ege ve Akdeniz kıyılarını etkisi altına almaktadır. Bu siklonların beraberlerinde getirdikleri sıcak ve nemli Akdeniz havasını atmosferin üst seviyelerine taşıyarak burada mevcut bulunan soğuk hava ile teması kararsız atmosfer koşullarının oluşmasına katkı sağlayarak hortum, kuvvetli rüzgarlar, dolu, şiddetli sağanak ve sel gibi birçok meteorolojik olayların meydana gelmesine neden olmaktadır. Bu nedenle Türkiye'de hortumun meydana gelmesinde deniz etkisi, siklonlar ve topografya önemli katkı yapmaktadır. Türkiye'de kayda geçen ilk hortum hadisesi 1818 yılında görülmüştür. İlk can kaybı ise İstanbul Büyükçekmece önce su üzerinde başlayan 2 kişinin ölümüne 14 kişinin yaralanmasına neden olan F2 şiddetindeki hortumdur. En ölümcül hortum hadisesi ise 1930 yılında Edirne'de 20 kişinin öldüğü ve şiddetinin bilinmediği hortum hadisesidir. 2018 yılı sonuna kadar çeşitli ölçeklerde meydana gelen hortum hadiselerinde 41 kişi ölmüş 114 kişi ise yaralanmıştır. 450 hortum hadisesinin %31,69 sonbahar, %26,33 kış, %22,54 ilkbahar, %19,64'ü ise yaz aylarında gerçekleşmiştir. Türkiye'de hortumlar en çok ocak, mayıs ve ekim aylarında görülürken en az nisan ve ağustos ayında görülmüştür. Hortumların önemli bir kısmı gün ışığın olduğu saatte oluşurken gece saatlerinde oluşan hortumlarda görülmüştür. Hortumlar en çok gün ışığının dik geldiği öğlen ve öğleden sonra 09:00-14:00 Eşgüdümlü Evrensel Zaman (UTC) saatleri arasında meydana gelmiştir. Hortumların en az görüldüğü saat dilimi ise 01:00 UTC olarak gerçekleşmiştir. Fujita ölçeğine göre F3 şiddetinde %1.29, F2 şiddetinde %13.55, F1 şiddetinde %62,58 ve F0 şiddetinde 22.58% oranlarında gerçekleşmiştir. Burada F0 şiddetindeki hortumlarının 3 tanesi hariç deniz üzerinde ve kıyıda gerçekleşmiştir. Bu durum mezosiklonik olmayan daha çok su yüzeyinde oluşan F0 şiddetindeki su hortumların olduğunu göstermektedir. Su hortumları sonbahar mevsiminde karada görülenlerin neredeyse iki katı oranında görülmüştür. Diğer mevsimlerde ise görülme sayıları neredeyse birbirine yakın gerçekleşmiştir. Ayrıca mayıs ve aralık ayları arasında kara hortumlarından çok daha fazla görülmüştür. Türkiye'de en uzun yol giden hortum F1 şiddetinde ve 14 km mesafe katetmiştir. Türkiye'de hortumlar ağırlıklı olarak 3-4 km aralığında yol gitmiş ve 550 metre yol genişliğine ulaşan hortumlar görülmüştür. Ağırlıklı yol genişliği ise 150-200 metre olarak gerçekleşmiştir. Türkiye'de hortumların yaklaşık %81'inin güneyli yönlerden kuzeyli yönlere ilerledikleri tespit edilmiştir. Akdeniz Bölgesi hortum hareket yönlerinin bu oranın yükselmesine katkı yaptığı görülmüştür. Bu çalışmanın ikinci bölümünde; Sayısal Hava Tahmin Modeli (WRF) V4.1.2 modeli için veri olarak Global Data Assimilation System (GDAS), 0.25° Final Analysis ve diğer çalışmalar için de ERA-5 verisetleri kullanılmıştır. İlk hadise için 13.11.2017 00 UTC'den 14.11.2017 00 UTC'ye kadar ve ikinci hadise için 17.01.2016 00 UTC'den 18.01.2016 00 UTC'ye kadar olan veriler modele tanıtılmıştır. Türkiye'nin Akdeniz Bölgesi'nde doğuda Antalya sınırı, kuzeyde Balıkesir'in güneyi, Afrika'nın kuzeyi ve Avrupa'nın güneyi Sicilya adasını içeren 9 km çözünürlüklü bir çalışma alanı ve batıda Bodrum ve doğuda Side'yi içine alan 3 km çözünürlüklü ikili yuva şeklinde çalışma alanı kullanılmıştır. Ayrıca Meteoroloji Genel Müdürlüğü (MGM) tarafından sunulan uydu ve radar görüntüleri incelenmiştir. 12.11.2017 tarihinde F3 şiddetinde gerçekleşen hortum hadisesinde; Sicilya ve Libya arasındaki bölgede oluşan Akdeniz siklonu 13.11.2017 tarihinde 16:50 UTC ve 19:00 UTC arasında yanlızca Antalya ilçelerinde 2 adet F1, 1 adet F2, 1 adet F3 ve maksimum 3 cm çapında dolu olayına neden olmuştur. Siklonun etkisiyle kasım ayı ortalamalarının üstünde 22.2 ºC seyreden deniz suyu sıcaklığı ile birlikte yüzeyde 35 knot değerine ulaşan kuvvetli güney doğulu rüzgarlar ile 300 hPa seviyesinde daha batılı yönlerden esen 85 knot değerindeki kuvvetli jet rüzgarların varlığı kuvvetli yükseltici hareketlerin oluşturarak yer seviyesindeki nemin atmosferin üst seviyelerine taşınımı sağlamış ve yer ve 500 hpa seviye arasındaki sıcaklık farkının 40 ºC üzerine çıkması çok kararsız atmosfer koşullarının oluşmasına katkı sağladığı görülmüştür Index tahminlerinde, hortum sırasında Finike üzerinde 18:00 UTC'de; Konvektif yeterlikli potansiyel enerji (CAPE) değerlerinin 1750-2000 Jkg-1 maksimum aralıkları olduğu bu değerler ile orta seviyeli kararsızlığın ve orta seviyeli ya da şiddetli oraj olma ihtimalinin olduğunu göstermiştir. 0-1 km rüzgâr kaymasının 12-14 ms-1 değeri, 0-6 km alizinde ise 30-32 ms-1 yüksek değerleri göstermiştir. Oraj nisbi sarmal (SRH) değerleri 0-1 km arasında 200-300 m2s-2 0-3 km 400-500 m2s-2 ile yüksek değerler göstermiştir. Enerji helicity indeks (EHI) değeri 0-1 km için 1.5-2 arasında ve 0-3 km EHI değerinin ise 5.5-6 arasında çok yüksek değeri göstermiştir. Hortum için kullanılan index değerleri, mezosiklon içeren F2+ üzerindeki hortum oluşma ihtimalinin yüksek olduğunu göstermiş ve WRF analizinin hortum şiddetinde iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. 17.01.2016 tarihinde Antalya'nın Demre ilçesinde önce su yüzeyinde başlayan sonra kara üzerinde devam eden F1 şiddetindeki hortum analizinde ise; İlk hadise gibi 16.01.2016 tarihinde Sicilya üzerinde bulunan Orta Akdeniz siklonunun Akdeniz Bölgesi'ni etki altına almasıyla gerçekleştiği görülmüştür. Deniz yüzeyi sıcaklığının ocak ayı ortalamasının 1 ºC üzerinde 17.5 ºC arasında seyrettiği ve alçak basınc sisteminin siklonik hareketinin etkisiyle Akdeniz üzerinden 30 knot değerini bulan güneyli rüzgarların Akdeniz üzerinden nemli ve sıcak deniz havasını Demre üzerine getirerek, 850 ve 700 hPa seviyelerinde % 100'ü bulan nemin oluşmasına katkı sağlamıştır. Yer ve 500 hPa seviyeleri arasındaki sıcaklık farkı yaklaşık 44 ºC değerine ulaşarak kararsız atmosfer koşulların varlığına katkı yapmıştır. 300 hPa seviyesinde 110 knot değerlerini bulan güçlü jet maksimumlarının Akdeniz üzerinden gelerek Demre'nin üzerinden geçtiği görülmüştür. Demre üzerinde; CAPE değerlerinin 460 Jkg-1 değerinin kış ayları için nispeten yüksek değerlerdir. 0-1 km rüzgâr kayması analizinde shear değerinin 4-6 ms-1, 0-6 km arasında ise 30-32 ms-1 değerleri ile yüksek değerler göstermiştir. SRH değerlerinin 0-1 km arasında 100-200 m2s-2, 0-3 km arasında ise 300-400 m2s-2 bulan yüksek değerler görülmüştür. EHI değerleri 0-1 km ve 0-3 km için 0.5-1 aralığında düşük değerler gösterdiği tespit edilmiştir. Antalya radarı hortumun gerçekleştiği yerlere yakın olmasına rağmen yerden 965 metre yüksekte kurulu olması hortum hadiselerinin yaklaşık bu seviyeni altında gerçekleşmesi radarların ışın yüksekliği nedeniyle hortuma dair işaretler görülememiştir. Yanlızca 50 dBZ üzerinde reflektivite değerleri bulunan oraj hücrelerinin ve squall hattının varlığı görülmüştür. Meteosat İkinci Nesil (MSG) uydu görüntü analizinde ise ; F3 şiddetindeki hortum hadisesinde kızılötesi ve su buharı kanal görüntülerinde çok yüksek soğuk parlaklık değerleri yukarı yönlü hava akımlarının çok kuvvetli olduğunu göstermiştir. F1 şiddetindeki hortum hadisesinde ise -30 ºC civarında soğuk parlaklık değerleri görülmüştür. Kızıl ötesi kanal görüntülerinde hortum işaretlerinden olan kanat hattı bulutluluğu tespit edilememiştir. Hortum hadiselerinde Görünür ve HRV kanal görüntüleri uyduların karanlık dilime rastlamıştır.
Measurement and analysis of sky brightness in tae-3: A case study in Antarctica

(Graduate School, 2020) Küçük, Furkan Ali ; Kahya, Ceyhan ; 637054 ; Atmospheric Sciences Programme

Astronomers and atmospheric scientists usually use light from the sky to analyze the universe and atmosphere we live in. Light travels a long way in the atmosphere, scattered by aerosols and molecules. As a result, the natural glow in the sky deteriorates and increases. Sky brightness is caused by two main sources as artificial and natural. Basic parameters are the sunlight reflected from the moon and the earth, the diffusion of star lights in the atmosphere, the Zodiac Light, and the Aurora. The secondary parameters are artificial resources. Incorrect urban lighting planning is one of the biggest reasons for this. To observe the fainter stars and small changes in the sky, it is necessary to have a very dark sky and the sky brightness should be less than 19 magnitudes. The night-sky brightness can be used as an environmental assessment indicator to characterize the relative intensity of light pollution. The night-sky brightness was measured and monitored around Antarctica Horseshoe Island using a portable light-sensing device called "The Sky Quality Meter" for about a month in TAE-3 (Turkish Antarctic Expedition 3) that took place between 03.02.2019-01.03.2019. These measurements are taken between 62 and 67 degrees Southern Latitudes. The Sky Quality Meter (SQM) is a device that can instantaneously measure the brightness of the night sky in units of mag/arcsec², the international unit for measuring sky brightness. The positions of moonrise/moonset, sunrise/sunset, civil/nautical, and astronomical twilight which cause poor sky quality when observing the sky are calculated. The cloud cover and temperature, to study astronomical and meteorological parameters were measured as well. Before the start of each phase, training was provided to all parameters on the procedures in using the SQMs to take night sky brightness data. For the measurement results, the lowest value of the device is expected as mag/arcsec². This value can be shown as the sensitivity of the device to the brightness of the sun. Looking at the values measured during February, the highest value; 20.39 mag/arcsec², was equal to the values in cities with normal light pollution. Particulate values measured throughout the expedition are observed to affect the sky quality measurements adversely and it was determined that there was an inverse ratio between the number of particles and the visibility ratio of Aurora. For a better view of the night sky for several scientific reasons, monitoring atmospheric parameters and brightness elements is really important. Our project continued within the scope of TAE-4 and a comparative analysis of its measurements was carried out. In addition to continuing sky quality measurements, monitoring the visibility of Aurora and the change in the number of particles is of great importance for future studies. Keywords: Antarctica, Light Pollution, Sky Quality
Measurement and analysis of sky brightness in tae-3: A case study in Antarctica

(Institute of Science and Technology, 2020-07) Küçük, Furkan Ali ; Kahya, Ceyhan ; 637054 ; Atmospheric Sciences

Astronomers and atmospheric scientists usually use light from the sky to analyze the universe and atmosphere we live in. Light travels a long way in the atmosphere, scattered by aerosols and molecules. As a result, the natural glow in the sky deteriorates and increases. Sky brightness is caused by two main sources as artificial and natural. Basic parameters are the sunlight reflected from the moon and the earth, the diffusion of star lights in the atmosphere, the Zodiac Light, and the Aurora. The secondary parameters are artificial resources. Incorrect urban lighting planning is one of the biggest reasons for this. To observe the fainter stars and small changes in the sky, it is necessary to have a very dark sky and the sky brightness should be less than 19 magnitudes. The night-sky brightness can be used as an environmental assessment indicator to characterize the relative intensity of light pollution. The night-sky brightness was measured and monitored around Antarctica Horseshoe Island using a portable light-sensing device called "The Sky Quality Meter" for about a month in TAE-3 (Turkish Antarctic Expedition 3) that took place between 03.02.2019-01.03.2019. These measurements are taken between 62 and 67 degrees Southern Latitudes. The Sky Quality Meter (SQM) is a device that can instantaneously measure the brightness of the night sky in units of mag/arcsec², the international unit for measuring sky brightness. The positions of moonrise/moonset, sunrise/sunset, civil/nautical, and astronomical twilight which cause poor sky quality when observing the sky are calculated. The cloud cover and temperature, to study astronomical and meteorological parameters were measured as well. Before the start of each phase, training was provided to all parameters on the procedures in using the SQMs to take night sky brightness data. For the measurement results, the lowest value of the device is expected as mag/arcsec². This value can be shown as the sensitivity of the device to the brightness of the sun. Looking at the values measured during February, the highest value; 20.39 mag/arcsec², was equal to the values in cities with normal light pollution. Particulate values measured throughout the expedition are observed to affect the sky quality measurements adversely and it was determined that there was an inverse ratio between the number of particles and the visibility ratio of Aurora. For a better view of the night sky for several scientific reasons, monitoring atmospheric parameters and brightness elements is really important. Our project continued within the scope of TAE-4 and a comparative analysis of its measurements was carried out. In addition to continuing sky quality measurements, monitoring the visibility of Aurora and the change in the number of particles is of great importance for future studies. Keywords: Antarctica, Light Pollution, Sky Quality
Farklı yükseklikte ölçülen rüzgar hızı verilerine trendsizleştirilmiş salınım analizinin uygulanması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Kayaalp, Ece Umut ; Koçak, Kasım ; 740102 ; Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı

Rüzgardan enerji üretmek 21. yüzyıl itibariyle insanlık için önemli bir konu olmuştur. Rüzgar enerjisinden enerji üretimi son 35 yılda çok fazla gelişti ve bunun sonucunda daha fazla araştırılmaya başlandı. Her yıl verimi arttırmak için daha fazla çalışma yapılmaktadır. Trendsizleştirilmiş salınım analizi Peng ve diğ. tarafından bulunmuştur. TSA, verilerin zaman serileri içinde uzun vadede korelasyonları saptamak için trendin seriden çıkarılmasıyla uygulanan bir yöntemdir. TSA, meteorolojide hava tahminlerini daha iyi değerlendirebilmek, veri persistansını ve uzun dönem korelasyonları hesaplamak için kullanılmıştır. Ayrıca DNA ve protein dizileri, kalp atış hızı dinamikleri, nöron artışları, ekonomik zaman serileri gibi çeşitli alanlarda da kullanılmıştır. Bu çalışmada Vietnam'ın güneyi kıyıları ve orta iç kesimlerinde yer alan 20 farklı istasyondan alınan 10 dakikalık rüzgar hızı verilerine 100m, 80m, 60m ve 40m ölçüm verilerine TSA uygulanmıştır. Yedi istasyon için kullanılan veriler, veri bütünlüğünün, hata değerlerinin, anormalliklerin ve eksiksizliğinin kontrol edilmesi ve doğrulanması, cihazların sinyal göndermediği sürelerin reddi ve rüzgar kanatlarının sürekli aynı sinyali (arıza sensörleri) gönderdiği sürelerin reddedilmesi gibi kalite kontrol prosedürleriyle veriler Alman Uluslararası İş birliği Kurumu (GIZ) tarafından uygun hale getirilerek yayınlanmıştır. Diğer veriler ise ham ölçüm verileri olarak TSA analizi uygulayabilmek için düzenlenmiştir. Yer seviyesindeki rüzgar hızı verilerinin anlaşılması için Avrupa Orta Vadeli Hava Tahmin Merkezi (ECMWF) tarafından üretilen ERA5 veri seti içindeki 10m yükseklikteki saatlik rüzgar hızı verileri kullanılmıştır. Bu veri setlerinde eksik verilerin sayısı veri setinin %5'nden az olan istasyonlar kullanılmıştır.
Convection-permitting climate simulations for the 21st century based on SSP3-7.0 scenario over the Black Sea basin

(Graduate School, 2022) Kelebek, Mehmet Barış ; Önol, Barış ; 772129 ; Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı

The human influence on global climate change has been at an unprecedented rate since the pre-industrial era. The general circulation models (GCMs) are the primary tools for climate change studies. Moreover, the regional climate models (RCMs) provide more detailed and physically more reliable climate information at higher resolutions. Recently RCMs are run at a horizontal resolution of higher or equal to 4 km, so-called convection-permitting models (CPMs). In this study, we performed CMIP6-based historical and future convection-permitting climate simulations at 3 km horizontal resolution for 2005-2014 and 2061-2070 periods based on the SSP3-7.0 greenhouse gas emission scenario by using the Weather Research and Forecasting (WRF) model. We downscaled the last generation high-resolution Max Planck Institute for Meteorology Earth System Model (MPI-ESM-HR) outputs over the Black Sea Basin. We evaluated the historical simulation outputs using high-resolution gridded observational and reanalysis datasets and station observations. Following that, we examined the future changes in the climate of the Black Sea Basin. In terms of maximum temperature, the WRF model has a negative bias in winter and spring, especially in mountainous regions, and a positive bias of about 3°C compared to gridded datasets in summer and autumn over the study area. Compared with the monthly station observations, the WRF model significantly improves MPI-ESM-HR outputs and reduces the bias. Similarly, for the minimum temperatures, although the WRF model has a positive bias of about 4°C compared to the gridded datasets in all seasons, comparisons with station observations show that it significantly improves MPI-ESM-HR outputs by reducing the bias. In terms of precipitation, compared to gridded datasets, the WRF model has a positive bias of about 6 mm/day in winter over mountainous areas due to the positive bias of MPI-ESM-HR. However, compared with the station observations, the WRF model better estimates the daily precipitation probabilities than one of the MPI-ESM-HR outputs. In particular, it outperforms MPI-ESM-HR for high amounts of daily precipitation exceeding 50 mm at high-elevation stations. Also, the WRF model provides better estimations of 3-hourly precipitation probabilities than MPI-ESM-HR, especially over the northeast of Turkey and the Eastern Black Sea region.
Vejetasyon yüzeyindeki sera gazı (CO2) değişiminin mikrometeorolojik yöntem ile belirlenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Aydın Kızıl, Merve ; Şaylan, Levent ; 740258 ; Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı

Son yıllarda iklim değişikliği ve bunun etkileri tüm dünya tarafından dikkat çekmeye başlamıştır. Gezegenimizin ortalama sıcaklığının artması, kutuplarda bulunan buzulların erimesi ve buna bağlı olarak su seviyesinin yükselmesi, önceye göre daha fazla yıkıcı iklim olaylarının yaşanması ve mevsimlerin kayması insanların iklim değişikliğinin gerçekleşmeye başladığını fark etmelerini sağladı. Bu olayların önüne geçebilmek adına iklim değişikliğinin sebepleri araştırmaları arttı ve en büyük sebeplerinden birisinin sera gazlarının kontrolsüz artışı olduğuna kanaat getirildi. İnsan nüfusunun artışı, kontrolsüz fosil yakıt kullanımı, ormanların ve tarım arazilerinin yok edilmesi gibi etkenler sera gazlarının atmosferdeki konsantrasyonunun yükselmesine sebep olmaktadır. Atmosferde biriken bu sera gazları, atmosferdeki ışınım geçirimini azaltarak dünyada sera gazı etkisine yol açmaktadır. Bilim insanları bu olayların önüne geçebilmek için çalışmalar ve araştırmalar yapmaktadırlar. Aynı zamanda, ülkeler de kendi üzerlerine düşen görevi yaparak yıllık sera gazı emisyonlarını hesaplayıp, sera gazı azaltım eylem planlamalarını hazırlamaktadır. Sera gazı azaltım çalışmalarını planlamadan önce, ilk olarak sera gazı miktarının doğru hesaplanması gerekmektedir. Bu tezde, ülkemizde önemli bir tarım bitkisi olan yonca bitkisinin Eddy kovaryans yöntemi kullanılarak sera gazı emisyon/yutak kapasitesi incelenmiştir. Aynı zamanda alana ait meteorolojik parametrelerin ve bitki gelişiminin takibi de yapılmış ve bu değişkenler ile karbon akıları arasındaki ilişki belirlenmiştir. Yonca bitkisi, bulunduğu alan içerisinde 3-4 yıl kalabilen ve bir yıl içerisinde birden çok hasat edilebilen bir bitkidir. Bu çalışmada yonca bitkisi Ekim 2018'de ekilmiş olup, karbon akı ölçümleri 18 Aralık 2020-12 Nisan 2022 tarihleri arasında yapılmıştır. Yonca bitkisi üzerinde, günlük ortalama GPP, Reco ve NEE değerleri sırasıyla 4.29, 3.63 ve -0.66 g C/m2 olarak hesaplanmıştır. Çalışma sonucunda, toplam GPP, Reco ve NEE değerleri sırasıyla 1747.50, 2065.98 ve -318.49 g C/m2'dir. NEE'nin negatif olması, yonca bitkisinin çalışma süresince arasında bir yutak kapasitesi olduğu, yani atmosferden karbon indirdiği anlamına gelmektedir. Yonca bitkisinin karbon akıları ile meteorolojik ve bitki gelişim parametreleri arasındaki ilişkiyi tespit edebilmek adına yoncanın her bir gelişim dönemi için ayrı ayrı belirlilik katsayıları hesaplanmıştır. Meteorolojik değişkenler için hesaplanan belirlilik katsayısı değerlerinin oldukça düşük olmaları sebebiyle, hava sıcaklığı, toprak sıcaklığı ve global radyasyon ile karbon akıları arasında bir ilişki tespit edilememiştir. Bitki gelişim parametreleri için hesaplanan belirlilik katsayılarında ise, ilişkilerin 0.62 ile 0.88 arasında değiştiği, fakat NEE ile LAI ve bitki gövde boyu arasındaki ilişkinin düşük olduğu görülmektedir. Yonca bitkisinin karbon akıları hakkında küresel çapta yapılmış olan çalışmalar çok sınırlıdır. Bu çalışmanın küresel ve ulusal çapta, yonca bitkisinin karbon bütçesini belirlemek ve bu karbon akılarının hangi değişkenlerden etkilendiğini anlayabilmek açısından katkı sağlaması hedeflenmektedir.
WRF bölgesel modeli, YTTS gözlemleri ve istatistiksel yöntemler kullanarak İstanbul yıldırım düzeninin incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Korkmaz, Kerim Atilla ; Şahin, Ahmet Duran ; 738014 ; Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı

Tarih boyunca insanlar doğa olaylarını incelemiştir. Çoğu doğa olayının açıklaması belli araştırmalar ve incelemeler sonucu yapılabilmiş, yapılamayanlar ise doğaüstü şekillerde açıklanmıştır. Doğaüstü sebeplerle açıklanan olayların fiziksel temel alınarak açıklanması ise günümüze kalmıştır. Bu olaylardan sayılabilecek olan yıldırım ve şimşek de fiziksel açıklaması günümüze kalmış olaylardandır. Çeşitli kültürlerde farklı tanrılarla açıklanmış olan bu fenomen, haftanın günlerine kadar etki edecek kadar insanları etkilemiştir. Geçmişteki insanlar dışında bu olaylar günümüzde de insanları etkilemektedir. Enerji, tarım, havacılık, lojistik, planlama, turizm, madencilik ve sigortacılık gibi sektörlerin dışında gündelik hayatta da oldukça önemli bir yere sahiptir. Sayısal şekilde yıldırım ve yıldırım tahmini yapmak da her geçen gün daha çok sektöre hitap edecek hale gelmektedir. Bu tez çalışmasında, çeşitli sayısal hava tahmin modelleri ve istatistiksel yöntemler kullanılarak İstanbul üzerinde gerçekleşen yıldırım ve şimşek hadiseleri incelenmiştir. Meteoroloji Genel Müdürlüğü gözlemleri sonucunda elde edilmiş olan yıldırım ve şimşek verileri kullanılmıştır. İlk etapta İstanbul üzerinde gözlenmiş olan yıldırım ve şimşek gözlemlerinin aylık ve mevsimsel dağılımı hakkında bilgi edinilmiştir. Bunun için 2018, 2019 ve 2020 yıllarının verileri kullanılmıştır. Tam yıl verisi olan bu yıllar üzerinden, gözlemler aylara dağıtılmış olup yıldırım ve şimşek sayısı, aylara göre gözlem sayısı, mevsimlere göre gözlem yüzdesi ve aylara göre gözlem yüzdesi olarak incelemeler yapılmıştır. Ardından sayısal tahmin yapabilmek için gerekli çalışmalar anlatılmıştır. Yıldırım ve şimşek konvektif hava olaylarıyla ilişkilendirildiği için, konvektif hava olayını doğru şekilde modellemek oldukça önemlidir. Konvektif modellemenin doğru şekilde yapılabilmesi için WRF Bölgesel Atmosferik Modeli kullanılmıştır. Modelin çalışmasında kullanılacak olan atmosfer verileri, daha sonrasında da tahmin yapılmasına olanak vermesi açısından GFS Atmosferik Modelinden alınmıştır. Konvektif hareketin doğru şekilde modellenebilmesi için daha önceden yıldırım ve şimşek tahminlemesinde kullanılmış olan mikrofizik parametreleri seçilmiştir. Bu parametrelerin dışında WRF Bölgesel Modelinin çalıştırıldığı yuvacıklar da önemli olduğu için iki adet yuva belirlenmiştir. 1000 kilometre x 1000 kilometreden daha geniş olan bir ilk yuvacık belirlenilmiş olup, alansal çözünürlüğü düşük olmasına ragmen WRF Bölgesel Modelinin hızlandırılması için kullanılmıştır.
Sensitivity of atmospheric moisture transport into the Arctic to sea surface temperature changes over the North Atlantic region

(Graduate School, 2022) Özkan, Feyza Nur ; Önol, Barış ; Sinclair, Victoria ; 713205 ; Atmospheric Sciences Programme

Water vapor is one of the most important components of the atmosphere, which provides the energy for the formation of weather systems and climate systems. In addition, it is an important trace gas and greenhouse gas due to its participation in the processes of cloud formation, radiation, and energy exchange in the ocean–atmospheric system. In the Arctic, it affects the surface energy balance, the amount of fresh water in the Arctic Ocean, and ice and snow cover. The northerly transport caused by the temperature difference in the upper and lower latitudes plays an important role in the moisture budget of the Arctic region because the amount of evaporation is usually small over areas covered with snow and ice. Another factor in the transport of atmospheric moisture is sea surface temperatures, which control the heat content of the oceans and also have a significant impact on regulating the climate. The Atlantic Meridional Overturning Circulation, or AMOC, is a large system of ocean currents, and it is important in ocean circulation systems by transporting hot and salty water from the tropics to the North Atlantic. It is basically defined as the northward flow of warm water near the surface and the southward flow of deep cold water. It is a major system for climate variability, as well as for the redistribution of heat. In previous studies, it is stated that sea surface temperatures in the North Atlantic region change a lot in a short time, and also strong sea surface temperature variations in mid-latitude regions affect ocean-atmosphere interactions. Many studies have been conducted to determine extreme moisture transport events and their effects on Arctic sea-ice fraction, surface air temperature, and surface energy flow, and which weather systems are related. As a result, it is shown that Arctic surface air temperature and sea ice are highly affected by excessive moisture transport. Moreover, it has been shown that there is an increase in meridional moisture transport by examining the regional and seasonal trends of horizontal moisture transport in the Arctic. It has also been noted that atmospheric circulation and the North Atlantic storm track may be severely affected in the future due to the changes in ocean circulation and sea surface temperatures. The purpose of the study is to identify the effects of sea surface temperature changes in the North Atlantic region on moisture transport into the Arctic region. The study consists of two parts. In the first part, climatological features and anomalies in the North Atlantic region were studied based on the analysis of ERA5 data for the years 1979-2019 to address the modeling experiments. In the ERA5 analysis, monthly means of sea surface temperature, mean sea level pressure, meridional moisture flux, and surface evaporation covering the years 1979-2019 were used. As a result of the ERA5 data analysis, it was found that there has been a significant increase in the trend of moisture transport into the Arctic over the past 10 years compared to the long-term climatological averages. A yearly comparison of moisture transport over the past 10 years has been made. In addition, the anomalies of sea surface temperature, meridional moisture flux, and surface evaporation were analysed. The analysis revealed three notable anomalies in 2016: strong negative SST anomalies over the North Atlantic region from August to October, a strong meridional moisture flux anomaly over the northeastern North Atlantic towards the Arctic in September and October, and negative surface evaporation, ie. condensation, over the Arctic region where strong meridional moisture flux occurred. Also, in ERA5, the area where negative SST anomalies over the North Atlantic tend to correlate with meridional moisture flux over Greenland and Scandinavia in September and October. In line with the ERA5 analysis, it was decided to examine the period covering August-October 2016 with the model, and in the second part of the study, simulations with different sea surface temperatures over the North Atlantic region were carried out using the OpenIFS model. These three simulations include observed sea surface temperatures provided by the ECMWF, climatological sea surface temperatures from ERA5 climatology, and sea surface temperatures with doubling (increased) anomalies relative to ERA5 climatology. In addition, each simulation includes one control member and 10 perturbed ensembles. The stochastic physics method was used for ensemble forecast. In summary, in the study, it is discussed how the moisture transport into the Arctic region is affected when the anomalies of sea surface temperatures in the North Atlantic region are removed and increased. As a result of the modeling, three different simulations with a 3-month length covering the period of August-October 2016 were obtained. In the model results, both control forecasts and ensemble members were compared based on monthly means of mean sea level pressure, 500 hPa geopotential height and jet, total column water vapor, surface evaporation, and meridional moisture flux. In the OpenIFS sensitivity experiments, the parameters most sensitive to changes in sea surface temperature were mean sea level pressure and geopotential height, thus influencing surface and upper level wind flows. The strongest effects, such as dipole and tripole patterns, were seen for mean sea level pressure from the northeastern North Atlantic to the Arctic and over Scandinavia. Also, as changing sea surface temperatures affect the temperature distribution over the North Atlantic, the mid-level jet was also affected by the lower temperature changes. The amount of total column water vapor was also affected by sea surface temperature changes, with notable differences between the central North Atlantic and the western North Atlantic, particularly in the Nordic Seas. Surface evaporation was affected by mean sea level pressure, wind, and the amount of total column water vapor in the sensitivity experiments. Relatively dry air showed higher evaporation with higher winds. However, evaporation was limited by the presence of strong positive meridional moisture flux as well as the amount of total column water vapor, so it was difficult to mention that the variation of sea surface temperatures contributes effectively to the transport of moisture into the Arctic. The most important factors on the transport of meridional moisture flux into the Arctic in OpenIFS sensitivity experiments were the occurrence of stronger cyclonic activity in Iceland with the expanding high over Scandinavia. The region in which meridional moisture flux varied most as a result of changes in sea surface temperatures was the northeastern North Atlantic to the Arctic as well as northern Europe. However, strong influences on the transport of meridional moisture flux into the Arctic by the impact of sea surface temperature variation were not observed in OpenIFS sensitivity experiments. At the same time, according to the results of the comparison of the modified sea surface temperatures simulations with the observed sea surface temperature simulation, the use of climatological sea surface temperatures had a fewer effect, while increasing the sea surface temperature anomaly values had partially more impact. That is, increasing sea surface temperature anomalies resulted in greater variation among meteorological variables and also resulted in the transport of partly greater meridional moisture flux to higher latitudes. In this study, ensemble forecasts were also performed for each simulation and the stochastic physics approach was used. As the ensemble standard deviation (ensemble spread or variability) increased with the forecast time, it took quite large values compared to the ensemble mean values, thus making it difficult to explain the effects of changing sea surface temperatures on the meteorological variables. Furthermore, one of the challenges encountered in the study is that the 3-month length forecast period is a difficult time scale for prediction. Another limitation is that sea surface temperature anomalies are not constant and vary over time. For this reason, a constant value impact such as climatology minus 5K (climatology-5K) in the region may lead to more effective and various results. Additionally, the stochastic physics approach was used to perform ensemble predictions in the study. Because ensemble spread also increased with forecast time, it took large values compared to ensemble mean values, making it difficult to explain the effects of changing sea surface temperatures. Also, due to technical limitations, there are only 10 perturbed ensemble members for each simulation, which might be insufficient to make a difference in the ensemble forecasts. Experimenting with different ensemble forecast approaches or increasing the number of perturbed ensemble members can result in different and varied outputs. In conclusion, the study discusses how moisture transport conditions to the Arctic are affected in relation to sea surface temperature changes over the North Atlantic sector. The findings may contribute to studies of moisture transport into the Arctic and its relationship to changes in sea surface temperatures in the North Atlantic region.
Meteoroloji 16. (Iğdır) Bölge Müdürlüğü'ne bağlı havalimanlarının sis analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Uğurluel, Gülneşe ; Deniz, Ali ; Özdemir, Emrah Tuncay ; 511191011 ; Atmosfer Bilimleri Programı

Teknolojik gelişmeler son yıllarda hızlı bir ivme kazanmış durumdadır. Bu gelişmeler enerji, sağlık, otomotiv, bilişim teknolojileri, inşaat, havacılık vs. olmak üzere pek çok sektörü kapsamaktadır. Havacılık sektörü açısından bakılacak olunursa teknolojik gelişmelerin en çok yaşandığı sektörlerin başında gelmektedir. Havacılık sivil ve askeri havacılık olacak şekilde iki farklı kategoriye ayrılmaktadır. Teknolojik gelişmeler özellikle sivil havacılığın daha popüler olmasına büyük katkı sağlamaktadır. Sivil havacılık içerisinde de özellikle havayolu şirketlerine ait tarifeli uçuşlar, teknolojik gelişmelere paralel olarak her geçen gün daha da çok yolcu tarafından tercih edilmektedir. Yolcuların havayolunu tercih etmesi, havayolu şirketlerinin de kendilerini geliştirmesine yönelik kararlar almasında etkili olan sebeplerden biridir. Havayolu şirketlerinin almış olduğu kararlardan en önemlisi öncelikle uçuş güvenliğini sağlamaktır. Ayrıca uçuş güvenliğine ek olarak ticari hedeflerini koruyacak şekilde daha fazla yatırım yapmak ve kar oranında büyük artışların elde edilmesini sağlayacak önlemler almak da yine havayolu şirketlerinin almış olduğu kararlardandır. Havayolu şirketleri hem uçuş güvenliği açısından hem de ticari hedefler açısından uçuşların kaza, kırım, gecikme veya ertelenme gibi problemlerle karşılaşmaması için çeşitli önlemler almaktadır. Bu aşamada öncelikle probleme sebep olan etmenin tespiti ve o probleme yönelik önlemler alınması büyük önem taşımaktadır. Bu problemler teknik arızalardan kaynaklı, uçuş mürettebatından kaynaklı, iletişimden kaynaklı, bakımdan kaynaklı veya meteorolojik şartlardan kaynaklı olacak şekilde pek çok etmene bağlı olabilir. Özellikle kötü meteorolojik şartlar uçuş operasyonlarını büyük oranda etkilemektedir. Uçuş güvenliğini tehdit eden meteorolojik hadiselerden başlıcaları kül bulutu, buzlanma, şiddetli yağış, yıldırım çarpması, gök gürültülü fırtınalar, türbülans, rüzgar kayması, şiddetli rüzgar ve sis olarak belirtilebilir. Tüm bu hadiseler içerisinde en tehlikelilerinden biri sis hadisesidir. Bu tezde de sis hadisesi üzerine çalışılmıştır. Havalimanlarında meydana gelen sis hadisesi uçuşun kaza veya kırımla sonuçlanması gibi çok ciddi durumlara yol açabilmektedir. Sisli bir havadaki uçuş operasyonu kaza veya kırımla sonuçlanmasa bile uçuşun iptal edilmesi, ileri bir saate ertelenmesi veya başka bir havalimanına yönlendirilmesi gibi durumlara neden olabilmektedir. Tüm bu durumlar hem yolcular hem de havayolu şirketleri açısından oldukça dezavantaj yaratmaktadır. Yolcular bakımından vakit kaybı olurken; havayolu şirketleri açısından çok büyük maddi kayıplara yol açmaktadır. Özellikle başka bir havalimanına yönlendirilen uçuş, havayolu şirketi açısından çok büyük yakıt kaybı ve dolayısıyla çok büyük maddi zarar demektir. Türkiye'de pek çok havalimanında sis hadisesi gözlemlenmekte ve uçuş operasyonları bu yüzden sıkıntı yaşamaktadır. Özellikle Türkiye'nin doğusu ve kuzeydoğusunda kışın meydana gelen sis hadisesi uçuşların ertelenmesindeki veya başka bir havalimanına yönlendirilmesindeki en temel sebeptir. Başka bir havalimanına yönlendirilen uçuş daha fazla problemi beraberinde getirmektedir. Çünkü başka bir havalimanına yönlendirildiği zaman yakıt kaybının yanı sıra havayolu trafiğini olumsuz etkilemesi ve dolayısıyla o havalimanında çalışan personel içide ekstra bir stres doğurması bakımından da ön plana çıkmaktadır. Bu çalışmada Türkiye'nin kuzeydoğusunda bulunan ve Meteoroloji 16. (Iğdır) Bölge Müdürlüğü'ne bağlı olan Iğdır Şehit Bülent Aydın havalimanı (ICAO Kodu: LTCT), Kars Harakani havalimanı (LTCF) ve Ağrı Ahmed-i Hani havalimanı (LTCO) için 2011-2020 yılları arasındaki 10 yıllık periyodu kapsayacak şekilde havalimanlarının sis karakteristiğini açıklamak hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda sis ile ilgili bir takım analizler ve sınıflandırmalar yapılmıştır. Analizler ve sınıflandırmalar yapılmadan önce sis hadisesini ve sis tiplerinin özelliklerini daha net açıklamak amacıyla geniş çaplı literatür araştırması yapılmıştır. Ardından çalışmada kullanılan havalimanlarına ait teknik bilgilere yer verilmiştir. Bu teknik bilgilere Devlet Hava Meydanları İşletmesi ve Meteoroloji Genel Müdürlüğü sayfasından ulaşılmıştır. Yöntem kısmında sis analizi ve sınıflandırılmasında kullanılan metodlara yer verilmiştir. Sis analizindeki başlıca yöntem sis tanımının temel alınmasıdır. Sis tiplerinin sınıflandırılmasında ise kullanılan yöntemler sisin görüş mesafesine göre sınıflandırılması, sisin sıcaklığa göre sınıflandırılması, sisin havacılık raporlarındaki kriterlere göre sınıflandırılması ve sisin birincil fiziksel oluşum mekanizmasına göre sınıflandırılması olacak şekilde dört yöntem altında incelenmiştir. Daha sonra analiz kısmına geçilmiştir. İstatistisel analizler kısmında detaylı bir şekilde bir çok analiz yapılmıştır Bu analizler; sisli günlerin yıllık dağılımı analizi, sisli günlerin aylık dağılımı analizi, sisli günlerin mevsimsel dağılımı analizi, sisli rasatların saatlik dağılımı analizi, sisli rasatların rüzgar yönü analizi, sisli rasatların rüzgar hızı analizi, sisli rasatların hakim rüyet analizi, sisli rasatların RVR (Runway Visual Range) analizi, sisli rasatların bulut analizi, sisli rasatların basınç analizi, sisli rasatların sıcaklık analizi ve sisli rasatların sıcaklık çiy noktası yayılımı (TDS- Temperature Dewpoint Spread) analizidir. İstatistiksel analizlerden sonra sis tipleri analizlerden elde edilen sonuçlar ve daha önce belirtilen yöntemler kullanılarak sınıflandırılmıştır. Sis tiplerinin sınıflandırılması dört alt başlık altında incelenmiştir. Bunlar; görüş mesafesine göre sis tiplerinin yoğunluğunun sınıflandırılması, sıcaklığa göre sis tiplerinin sınıflandırılması, havacılık raporlarındaki kriterlere göre sis tiplerinin sınıflandırılması ve birincil fiziksel oluşum mekanizmasına göre sis tiplerinin sınıflandırılması şeklindedir. Yapılan tüm istatistiksel analizlere göre incelenen periyot boyunca Iğdır Şehit Bülent Aydın havalimanında sisli gün sayısı 41; ortalaması 5,125 gün, Kars Harakani havalimanında sisli gün sayısı 296; ortalaması 29,6 gün ve son olarak Ağrı Ahmed-i hani havalimanında sisli gün sayısı 464; ortalaması 46,4 gün olarak tespit edilmiştir. Her üç havalimanı için en sisli ay Aralık ayı ve en sisli mevsimde kış mevsimidir. Sis hadisesi Iğdır Şehit Bülent Aydın havalimanında ve Ağrı Ahmed-i Hani havalimanında 06.50 UTC (Coordinated Universal Time) de en fazla gözlemlenirken; Kars Harakani havalimanında 05.50 UTC de en fazla gözlemlenmiştir. Analizler sonucunda rüzgar hızı analizi, basınç analizi ve sıcaklık çiy noktası yayılımı analiziyle ilgili ekstrem değerler tespit edilmiştir. Rüzgar hızı analize göre Iğdır Şehit Bülent Aydın havalimanı için 20 ve 25 Kt, Kars Harakani havalimanı için 16 Kt ve Ağrı Ahmed-i Hani havalimanı için 26 Kt ekstrem rüzgar değerleri tespit edilmiştir. Basınç analizine göre Iğdır Şehit Bülent Aydın havalimanında 999 hPa, Kars Harakani havalimanında 1001 hPa ve Ağrı Ahmed-i Hani havalimanında 997 hPa basınç değerleri tespit edilerek, alçak basınç merkezlerindeki sisin varlığı ispatlanmıştır. Sıcaklık çiy noktası yayılımı analizine göre de Ağrı Ahmed-i Hani havalimanı için 4-5 ve 6 °C'de ekstrem TDS değerleri tespit edilmiştir. Sis tipi sınıflandırılmasına göre Iğdır Şehit Bülent Aydın havalimanında ve Kars Harakani havalimanında sırasıyla % 42,61 ve %60,26 oranında orta yoğunlukta sis öne çıkarken; Ağrı Ahmed-i Hani havalimanında %44,39'luk oranla zayıf yoğunlukta sis öne çıkmaktadır. Sıcaklığa göre sis tipi sınıflandırması sonucunda sadece Kars Harakani havalimanında ve Ağrı Ahmed-i Hani havalimanında buz sisi tespit edilirken; her üç havalimanı için soğuk sis baskın olarak tespit edilmiştir. Son olarak, Tardif ve Rasmussen'in sis tipi sınıflandırma algoritması kullanılarak sisler birincil fiziksel oluşum mekanizmasına göre sınıflandırılmıştır. Bu sınıflandırma sonucunda Iğdır Şehit Bülent Aydın havalimanında %39,02'lik oranla en fazla yağış sisi tespit edilirken; Kars Harakani havalimanında ve Ağrı Ahmed-i Hani havalimanında sırasıyla %33,11 ve %58,84'lük oranla en fazla rasyasyon sisi tespit edilmiştir.
Marmara bölgesi için taşınım etkisiyle oluşan kirleticideğişimlerinin incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-16) Süer, Seda Nur ; Kahya, Ceyhan ; 511191033 ; Atmosfer Bilimleri

Bu çalışmada toz taşınım konusu Marmara Bölgesi için araştırılmaya çalışılmış olup, taşınım ile kirlilik artışları yaşanan bölgelerde bu artışların ne kadar olduğu ve etkileyebildiği istasyonlar belirlenmeye çalışılmıştır. Marmara Bölgesi'ndeki taşınım durumları, Edirne ve İstanbul'a ait kirlilik ve meteorolojik veriler incelenerek araştırılmıştır.
Bowen oranı enerji dengesi yöntemiyle belirlenen yüzey enerji akılarının arıma modeli ile tahmini

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-22) Aydın, İrem ; Şaylan, Levent ; 511181006 ; Atmosfer Bilimleri

Dünyadaki en eski bilim dallarından biri olan atmosfer bilimlerinin iki ana konu başlığı birbiri ile direkt ilişkili olan enerji ve su dengesidir. Sanayi devrimi ile hız kazanan tarımsal ve endüstriyel aktiviteler, nüfus artışı gibi nedenler sebebiyle suya olan ihtiyacın artması göz önüne alındığında su kayıplarının belirlenmesi ve kontrolü büyük bir önem taşımaktadır. Yerküre üzerinde yaşanan su kayıplarının başlıca bileşeni kara ve su yüzeylerinden oluşan buharlaşma ve bitkilerden meydana gelen terleme ile atmosfere gönderilen toplam su miktarı olarak tanımlanan evapotranspirasyondur. Enerji ve su dengesinin en önemli ve ortak bileşeni olan evapotranspirasyonun belirlenmesi amacıyla kullanılan birçok teknik bulunmaktadır. Bowen Oranı Enerji Dengesi (BREB) yöntemi enerji akısı bileşenlerini dolaylı yoldan ölçülmesini sağlayan düşük maliyetli mikrometeorolojik bir yöntemdir. Yöntem net radyasyon, toprak ısı akısı ile iki farklı seviyede sıcaklık ve nem ölçümlerine dayanır. Bu çalışmada ise BREB sistemi ile enerji akısı bileşenleri hesaplanmış, sonrasında ARIMA modelinin hesaplanan değerlerin tahminindeki başarısı değerlendirilmiştir. 22 Mart 2018 tarihinde BREB sistemine ait aletlerin ilk kurulumu ve testi Meteoroloji Aletleri ve Gözlem Usulleri Laboratuvarında yapılmış, kalibrasyon amacıyla belirli bir süre veri alınmıştır. 24 Mart 2018 tarihinde ise, BREB sisteminin ölçüm kulesi Meteoroloji Gözlem Parkına yerleştirilmiş ve 25 Mart 2018 tarihinde düzenlemeleri yapılan aletler bahsedilen ölçüm kulesine eş yüksekliklere (Yerden 1 m yüksekliğe) yerleştirilmiş ve bir hafta boyunca ölçüm yapılmıştır. Elde edilen ölçüm verileri aracılığıyla bulunan kalibrasyon denklemleri ile farklı seviyelere yerleştirilecek aynı aletlerin birbirleriyle tutarlı sonuçlar vermesini sağlanmıştır. 4 Mayıs 2018 tarihinde ise, aletler önceden planlandığı yerlerine yerleştirilmiş ve veri alınmaya başlanmıştır. Elde edilen veri seti 10 ve 30 dakikalık, saatlik ve günlük değerleri içermektedir. Çalışma kapsamında elde edilen verilerin 5 Mayıs 2018 – 22 Ağustos 2019 tarihleri arasına ait olanları analiz amacıyla kullanılmıştır. Analiz kısmında öncelikle ham verilerin 10 dakikalık, saatlik ve günlük değerleri kullanılarak ortalama, maksimum ve minimum değerleri bulunmuş; bileşenlere ait grafiklerle bu bileşenlerin zamansal değişimleri ortaya konmaya çalışılmıştır. Sonrasında BREB metodu kullanılarak 10 dakikalık, saatlik ve günlük verilere ait enerji akısı değerleri hesaplanmış, bulunan değerlerin zamanla değişimi grafiklerle gösterilmiştir. Son aşamada ise elde edilen değerler ARIMA modeli aracılığı ile tahmin edilmeye çalışılmıştır. Çalışma sonucunda ARIMA modelinin özellikle açık hava şartlarında enerji akısı bileşenlerinden olan Net Radyasyon, Hissedilir Isı Akısı ve Buharlaşma Gizli Isı Akısı için 4 – 12 günlük süre zarfında önemli başarı oranları elde ettiğini göstermiştir.
A statistical analysis of ionospheric joule heating driven by interplanetary coronal mass ejections and high speed streams using SWMF/BATS-R-US MHD model

(Graduate School, 2022-07-06) Erdemir, Pelin ; Kaymaz, Zerefşan ; 511191032 ; Atmospheric Sciences

Space weather is the changes in the interplanetary space caused mainly by solar activity. Some of the space weather hazards are disruption of radio communication signals, disruption of electrical systems, increased satellite drag and increased radiation dosage on flights. Thus, the observations and predictions of these space weather events are significantly important with the developing space science and technology. Two major solar phenomena that affect the environment near Earth the most are classified as coronal mass ejections and high speed solar wind streams. Depending on the solar activity, the sunspot cycle, their occurrence rate changes. Due to their origin, occurrence, interplanetary structure and the geomagnetic disturbances they drive, they affect the space weather in different ways and intensities. Solar wind- magnetosphere-ionosphere coupling process is driven differently for each phenomena. The energy budget of the solar phenomena is dissipated into the magnetosphere-ionosphere system resulting in moderate to major geomagnetic disturbances, called geomagnetic storms. Geomagnetic storms are one of the highest contributions to this dissipation is via Joule heating, which is a frictional heating in the ionosphere caused by the electrical currents. Thus, in this study, the main aim is to reveal the differences of this two major phenomena (CMEs and HSSs) in the interplanetary space, then to investigate their driven geomagnetic storms in detail with their phases and finally to compare the Joule dissipation contributions (1) for their structural regions and (2) for the driven geomagnetic storm phases. Hereby, the differences of the coronal mass ejections and high speed solar wind streams would be tracked from their origin in the Sun, to the interplanetary space until they interact with the Earth's magnetosphere-ionosphere system. In the literature it is shown that the two phenomena have different structures and different driven geomagnetic storms. CMEs in the interplanetary space are named as interplanetary coronal mass ejections (ICMEs) that consist of sheath (SH) and magnetic obstacle (MO) regions. The sheath region is followed just after the shock, thut it is a turbulent region with high temperature and speeds. On the other hand, a magnetic obstacle is the highly magnetized part of the ICME, which is generally referred to magnetic cloud with flux-rope pattern. The coronal hole high speed streams in the interplanetary space are named as corotating interaction region high speed streams (CIR/HSS) due to their continuous pattern with the Sun's rotation and longer presence. CIR/HSSs do not have a fast forward shock, thus the parameters do not have an abrupt increase but the density and magnetic field parameters increase before the others due to the compression of the fast and solar wind interaction region. Due to these differences it is thought that both phenomena have different Joule dissipation rate. ICME driven storms are generally moderate to extreme in intensity, whereas the CIR/HSS driven storms are minor to moderate in intensity. Both phenomena have initial, main and recovery phases of their geomagnetic storms. But in the case of ICMEs, the initial phase starts with a storm sudden commencement (SSC) differently from CIR/HSSs due to the fast forward shock. Also the main phase in the ICME driven storms are more intense. The recovery phase in both phenomena can last longer, but in CIR/HSS cases the full recovery is not that clear. Thus, the disturbances can last longer. Overall, it is expected that each phase has a different contribution in Joule heating of the ionosphere. Joule dissipation is known as the heating of the upper atmosphere due to the ionospheric currents and friction of the ion-neutral collisions. It is not a directly observable parameter. And since it is a derived parameter, there are several techniques developed to estimate the heating rate. These methods include using ground based methods together with space-borne measurements and MHD models. Recently, the most preferred approach is to use physics-based models for the estimation of Joule heating. SWMF/BATS-R-US with RCM is one of the latest models developed by CCMC in order to obtain ionospheric electrodynamics parameters by solving MHD equations and then to estimate ionospheric dissipation. Thus, we decided to run the SWMF/BATS-R-US model to estimate Joule heating. Firstly in this study, as solar phenomena, three CME and three HSS cases were selected to investigate. Then, the CME events were selected by using the SOHO/LASCO C2 coronagraph and HSS events were observed from the SDO/AIA telescope images. After the remote sensing observations, WIND spacecraft in L1 point was used to obtain in-situ data measurements. The event intervals are corrected by using ICME and CIR/HSS catalogs. Secondly, the SWMF/BATS-R-US magnetospheric MHD model was run in order to obtain Joule dissipation data covering the event intervals. After obtaining the model outputs, the structural intervals of CMEs and HSSs were determined and the corresponding Joule heating rates per unit time were determined. After, the ICME-driven and CIR/HSS-driven geomagnetic storm phase intervals were determined and the Joule heating rates corresponding to these phases were determined for each. To make a detailed comparison, simple linear regression and multi linear regression analyses were performed for the structural intervals. To compare the structural correlations in order to find out the controlling parameters, energy efficiency analysis was also performed for the geomagnetic storm intervals referring to the magnetospheric processes. By the help of these analyses, it was found that the CMEs lead to the higher rates of Joule dissipation in the upper atmosphere rather than HSSs, mostly due to their magnetic obstacle regions. Also the geomagnetic storm interval resulted in more Joule heating for the CME cases. Main phases of the driven storms from both phenomena were found to relate with the highest Joule heating rate per unit time. With the SLR and MLR analyses, it was found for HSS that their controlling parameters are the geomagnetic activity parameters, whereas the controlling parameters of the CMEs are the solar wind parameters. This result revealed that the Joule heating driven by the HSSs are more effective and produced by the magnetospheric processes, whereas the Joule heating driven by CMEs are less effective and produced by the solar wind energy budget of the phenomena. In Chapter 1, the aim of this study and literature work is introduced. In Chapter 2, solar activity and space weather are defined. Then CME and HSS phenomena are investigated in detail, followed by a description of geomagnetic storms and their phases and energy exchange processes. Chapter 3 explains the Joule heating, existing methods for estimations and the SWMF/BATS-R-US model. Chapter 4 consists of the selection of CME and HSS cases, run details of the MHD model, structural analysis of CMEs and HSS, geomagnetic storm analysis of ICMEs and CIR/HSSs, simple and multi linear regression analyses for all cases and finally the energy efficiency analysis. In Chapter 5, the results are explained and the summary is given with future work recommendations.
Development of an early indicator index for tornadic storms in the Euro-Mediterranean region

(Graduate School, 2023) Mıhlıardıç, Ömer Kutay ; Sırdaş, Sevinç Asilhan ; 788327 ; Atmospheric Sciences Programme

Tornadoes are the most violent and destructive of all the severe weather phenomena that localized convective storms produce. Supercells in particular and severe convective storms in principle are among the primarily responsible section for the global losses in both lives and properties caused by tornadoes. A tornado is a narrow and violently rotating column of air, in contact with the ground, either pendant from a cumuliform cloud or underneath a cumuliform cloud, and often (but not always) visible as a funnel cloud around wall cloud. For a vortex to be classified as a tornado, it must be in contact with both the ground (or sea surface) and the cloud base. The movement, type, strength, and influence of fronts on clouds and precipitation must be accounted for in weather forecasts. Fronts can produce severe, structured convective storms, depending on the air's static stability in the presence of a frontal system. When the temperature and humidity gradients across the front become stronger, leading to the development of a more distinct and well-defined frontogenesis. It is revealed that as one of the main phenomena in severe weather in meteorology, thunderstorms are the most common source of hazardous weather at local scales including large hail, strong winds, and tornadoes. Known as mesoscale convective systems (MCS), these thunderstorm clusters are smaller than low-pressure systems with cold and warm fronts, but larger in scale than any single thunderstorm. Supercells or bow echoes may be embedded within MCSs and also coexist with multicells. Strong tornadoes are mostly produced by these persistent severe thunderstorms which known as mesocyclone supercell storms or bow-echo storms in terms of storm type in radar echo. In order to understand how a tornado occurs, it is necessary to examine the dynamics of mid-latitude front systems and mesoscale convective storm mechanisms (thunderstorms) very well. The middle latitudes between about 30° and 50° North or South, climatologically provide the most favorable environment for tornado-genesis and sometimes in land-falling tropical cyclones, nevertheless, common in US and Canada. Likewise, Europe is also intriguing continent for occurrence of severe convective storms and tornadoes.
Statistical investigation of magnetosphere-ionosphere-ground interaction over mid-latitudes during geomagnetic storms

(Graduate School, 2023-01-17) Gülay, Ezgi ; Kaymaz, Zerefşan ; 511191030 ; Atmospheric Sciences

The phrase "space weather" is used to describe the conditions in space, more specifically in the solar system. Space weather is concentrated on the Sun since it is the solar system's primary energy source. The Sun's highly dynamic structure results in energy bursts that can take on a variety of shapes, including sudden energy bursts known as solar flares, bursts of plasma and magnetic field known as coronal mass ejections, and in some cases, an increase in the speed and density of the solar wind due to open magnetic field lines. Severe space weather events are what these phenomena are named since they create extreme changes in the space environment. By producing disruptions in the geomagnetic field and other aspects of the Earth's environment, extreme space weather causes the neutral conditions to shift in a negative way. Extreme space weather has an impact on satellite operations, ionospheric conductivity-based communication, and underground electrical cables. In this study, it is aimed to understand the effects of space weather on ground and ionospheric levels over mid-latitudes. There are various types of research in the literature about these effects, yet there are three points that separate this study from the other works in the literature. The first point is that this study is done for mid-latitudes rather than the more commonly researched over high and even low latitudes. The second point is that both the measurements for ground level and the ionospheric levels are done in Türkiye, so it is a study specifically done for Türkiye. The third point is that effects on both ground and ionosphere are studied together for the same cases which is unusual among the studies in the literature. The ground-level part of this study focuses on a phenomenon known as geomagnetically induced current (GIC). The geomagnetic field's rapid changes create an electric field that penetrates the ground itself. The power grid systems and underground pipes are affected by the electric current flowing at ground level. Although high latitude regions are the major danger area for GIC since they experience the most severe consequences there due to magnetic poles, GIC may occur everywhere, and the goal of this study is to look at GICs in the mid-latitude region. The ionosphere, which is the conducting layer of the atmosphere, is crucial to radio wave transmission in the atmosphere and, long-distance communication across the globe and with satellites in space. Particularly with the advancements in satellite technology, understanding the variations in the ionospheric electron density becomes critically important in many of the applications of these technologies, ranging from the military and navigational systems to the cellphones which are one of extremely essential parts of our daily lives. Thus, in this study, it is aimed to understand the variations in the ionospheric electron density during the geomagnetically disturbed days. In this study, three data sets have been used over Marmara Region, Türkiye (GG: ~ 40°N, GM: ~38°N). The first data set is geomagnetic field measurements obtained from Kandilli Geomagnetic Observatory located at Iznik (40°N, 29°E). This is the only geomagnetic observatory in Türkiye and is a member of INTERMAGNET. The 1-min resolution data is available on INTERMAGNET. 1-sec resolution data is obtained from the observatory for this study. 36 geomagnetically disturbed days between 2013 and 2015 have been chosen and those data have been used. The second data set is geomagnetic and geoelectric field measurements which obtained from the LEMI-414 magnetotelluric station located at Bozcaada (39°N, 26°E). The magnetotelluric station was operational between 2013 and 2014. Thus, 10 out of the previously mentioned 36 days were available to analyze. Both the geomagnetic and geoelectric field measurements are 1-sec resolution. The last data set is F-layer electron density measurements which obtained from the Dynasonde located at ITU Campus, Istanbul (41°N, 28°E). The data for the same 36 geomagnetically disturbed days have been used which are all 4-min resolution. Additionally, Disturbance Storm Time (Dst) index, and solar wind data from ACE and WIND spacecrafts have been used. The study consists of two main parts which are case studies and statistical studies. For the case studies, 3 geomagnetically disturbed days have been selected based on Dst from consecutive years, 17 March 2013 which is also known as the 2013 St. Patrick storm, 27 February 2014, and 9 September 2015. Case studies are done thoroughly via time series. The phases of the geomagnetic storms are determined as initial, main, and recovery phases. The variations in different parameters are analyzed. Dst and AE indices are used to determine the strength of the storms. The time derivative of the horizontal geomagnetic field which is considered as a reliable indicator for GIC is the main parameter for the ground-level effect. In the ionospheric part, the main parameter is the F-layer critical electron density difference between the active and quiet day periods. In the ionosphere, geomagnetic storms can have both negative and positive effects on the electron density which means the electron density might increase or decrease during the storm. Thus, while selecting the storms for case studies, this has been considered and both of these examples are shown. In order to be able to see the relationship with the solar plasma, satellite data is used, and the parameters selected are ion density, speed, total and southward interplanetary magnetic field (IMF Bt and Bz), and dynamic pressure. All of these parameters are compared with time series. The only case with electric field measurement is 27 February 2014, and for this case, also the northward and eastward electric field components are analyzed. The statistical part of the study consists of histogram analysis and linear relationships between physically meaningful pairs. It is aimed to understand the general behavior of the geomagnetic field and the ionosphere during geomagnetic storms with histograms. The averages and the possibilities are found for certain thresholds. Linear relationships between the 72 pairs have been determined by using scatter plots and calculating Pearson correlation coefficients. The reliability of the Pearson correlation coefficients is tested with Student's t-test at a 0.05 significance level. The aim of this analysis is to find out the possible dependency between the parameters, and determine what to expect based on the known variations for geomagnetic storms in various strengths. In overall, it is aimed to estimate to what extent the geomagnetic field and ionospheric electron density are affected by solar activity at mid-latitudes, and form a milestone to understand which physical processes are effective at our latitudes. Determining what kind of variations are seen in different phases of a storm gives information about the mechanisms driving the seen effect on the ground or in the ionosphere. As similar, determining which geomagnetic index or solar wind parameter also gives information about the affecting mechanism behind the change. It is believed that this study will give insights for future studies which will be done on the space weather effects over Türkiye.
Investigating effects of better soil moisture initialization on forecasting capability with WRF model

(Graduate School, 2023-01-19) Haliloğlu, Şule ; Önol, Barış ; Demirtaş, Meral ; 511191024 ; Atmospheric Sciences

This thesis aims to analyze the effect of soil moisture on precipitation over Turkey by using of numerical weather prediction model (The Weather Research and Forecasting: WRF). The model domain covers most of the Black Sea, the Eastern Mediterranean Sea, and surrounding countries. In this study, satellite based soil moisture (ASCAT : Advanced Scatterometer) and precipitation (MSWEP : Multi-Source Weighted-Ensemble Precipitation) observations have been analyzed to define WRF simulation periods. WRF simulations have been accomplished in 3-km horizontal resolution forcing with ERA5 Re-analysis data. Analyses of Multi-annual observational datasets of precipitation and soil moisture for the period 1992-2016 pronounced that years of 2007 and 2015 are appropriate for deeper analysis. Anomalies of soil moisture and precipitation analyses exhibit dry and wet years which are 2007 and 2015, repectively. Based on these analyses, WRF simulations have been designed as three months (May-June-July), two months (June-July), and one month (July) for these two years to detect effects of soil moisture. This methodology has been applied to understand the effect of soil moisture on precipitation by different initialization timing. Selected WRF outputs, the maximum and minimum temperature, soil moisture, and precipitation have been compared with ERA5 Re-analysis. This comparison revealed that the three-month WRF simulation has cold bias up to 5oC over the western and central Anatolian region for maximum temperature in July while the minimum temperature bias reaches 6oC over the southeast in the one-month simulation of 2007. In 2015, all three simulations deliver lower minimum temperatures, approaching 4oC in the southeast, than ERA5 re-analysis. It is observed that the precipitation difference between simulations and reanalysis data is up to 80 mm. All monthly simulations have been compared with each other over the selected subregions which are Aegean Region, Central Anatolia Region and Southeast Region. It is detected that the temperature results are improved in one-month 2007 simulation by 3oC due to the initial condition changes in the soil moisture. For the year of 2015, wet initial conditions of the soil produced 2oC colder maximum temperatures over Central Anatolian Region in July. For the selected regions, time series analyses of precipitation and soil moisture are conducted and it exposes that the effect of initial soil moisture on precipitation is larger in the dry year.
Ankara ve Eskişehir illerinde insansız hava aracı uçuşlarından elde edilen meteorolojik ölçümlerin WRF modeli sonuçlarıyla karşılaştırılması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-02-01) Aydemir, Rukiye Aybüke ; Şahin, Ahmet Duran ; 511191020 ; Atmosfer Bilimleri

Havacılık ülke ekonomisinin büyük bir kısmını oluşturan turizm için önemine ek olarak yıldan yıla ve savunma sanayi için de önemli bir sektör haline gelmektedir. Dünya'da savunma sanayi alanındaki gelişmeler ile birlikte ülkemizde de bu alanda önemli adımlar atılmaktadır. Havacılık sektörüne olan ilginin sivil ve askeri alanlarda artan trendi ile birlikte hava tahminleri de son derece kritik bir öneme sahip olmaktadır. Havacılık meteorolojisi, meteorolojinin uçuş emniyetini arttırmak amacıyla havacılık sektörünün ihtiyaçları doğrultusunda gözlem ve tahmin yapan dalıdır. Havacılık meteorolojisi alanında yapılan gözlem ve tahminler ile ülkemizde sivil ve askeri tüm uçuşlara meteorolojik bilgiler sağlamaktadır. Bir uçuşun emniyetli bir şekilde gerçekleşmesi için kalkış ve iniş meydanlarındaki meteorolojik koşulların bilinmesi gerekmektedir. Seyrüsefer uçuşlarında rota boyunca bulut taban ve tavan yükseklikleri, bulut tepe yüksekliği, buzlanma, türbülans tahminlerinin ve uçuşu olumsuz etkileyebilecek şiddetli meteorolojik hadise tahminlerinin dikkate alınması gerekmektedir. Savunma sanayi şirketlerinde gerçekleştirilen uçuş ve test faaliyetleri için METAR ve TAF raporları resmi bir kaynak niteliğindedir. Meydan raporlarına ek olarak irtifadaki sıcaklık, rüzgâr, türbülans ve buzlanma bilgileri de uçuş gereklilikleri kapsamında son derece önemlidir. Alınan meteorolojik bilgiler ışığında uçuş ve test faaliyetlerinin iptal kararları verilmektedir. Meteorolojik tahminlere uçuş ve test faaliyetlerinde duyulan ihtiyaç aynı zamanda takvim planlamaları için de önem arz etmektedir. Hava araçları sertifikasyon süreçlerinde farklı meydanlarda ve farklı irtifalarda birtakım testler yapmak durumundadır. Hava araçlarının farklı lokasyonlarda ihtiyaç duyduğu meteorolojik bilgiler geniş bir yelpazede değerlendirilmektedir. Hava araçları kullanım amaçları doğrultusunda farklı tasarımlar ile üretilmektedir. Döner kanat hav araçları VFR uçuş olarak adlandırılan görerek uçuş şartlarına göre uçuş gerçekleştirmektedir. Sabit kanat hava araçları, hava aracı ve meydan kabiliyetlerine göre aletli yaklaşma olarak adlandırılan ILS yaklaşma yapabilmektedir. İnsansız hava araçları da düşük görüş mesafesinde kalkış ve iniş gerçekleştirme kabiliyetine sahiptir. Son yıllarda kullanımları artan insansız hava araçları havada daha uzun kalma süreleri olması ve meteorolojik limitlerinin yolcu uçaklarından hassas olması sebebiyle daha hassas ve tutarlı meteorolojik tahminlere ihtiyaç duymaktadır. Atmosferde buzlanmaya sebep olan şartlar insansız hava araçlarını olumsuz etkileyen meteorolojik hadiselerdir. Havada asılı şekilde bulunan sıvı su taneciklerinin hava aracı yüzeyine tutunması ile birlikte sıvı haldeki tanecik donarak katı hale geçmekte ve hava aracı yüzeyine yapışmaktadır. Buzlanma hadisesi dış hava sıcaklığına bağlı olmakla birlikte hava aracı yüzey sıcaklığı, tanecik boyutları ve hava aracı yüzey özellikleri gibi farklı etkenler sebebiyle de meydana gelebilmektedir. Buzlanma hadisesi uçağın farklı yüzeylerinde meydana gelebilmekte olup uçuş performansını olumsuz etkilemektedir. Uçuş gerçekleştirilen bölgeler topoğrafya özelliklerine bağlı olarak meteorolojik hadiselere ortam sağlayabilmektedir. Meydan civarındaki dağlık alanlar, denize olan yakınlık, arazi tipleri, su kaynakları ve yerleşim yerine olan uzaklık gibi pek çok parametre meydandaki hava durumunu etkileyebilmektedir. Görüş düşürücü hadiseler olan sis ve pus hadiseleri insansız hava aracı için önemli meteorolojik hadiselerdir. Görüş düşürücü hadiselerde kalkış yeteneğine sahip olan insansız hava araçları kalkış aşamasında ve iniş aşamasında pisti görmek amacıyla görüş mesafesini takip etmektedir. Görüş düşürücü hadiseler yere yakın seviyede stratüs bulutundan oluşması sebebiyle donma seviyesinin altındaki sıcaklıklarda buzlanma açısından da risk teşkil etmektedir. Uçuş ve test faaliyetleri uçuşu etkileyecek meteorolojik hadiseler olmasa bile hava durumundan olumsuz etkilenebilmektedir. Uçuş ve test faaliyetlerinin isterlerine uygun olmayan meteorolojik koşullarda da uçuş faaliyetleri iptal edilmektedir. Kapsamlı meteorolojik taleplerin gerekli olduğu uçuş ve test faaliyetleri için meteorolojik tahminlerin yer seviyesinde ve uçuş seviyesinde tutarlı bir şekilde sıcaklık, rüzgâr, bulutluluk, buzlanma ve türbülans bilgilerini oluşturması gerekmektedir. WRF modeli hava tahminlerinde sıkça kullanılan bir araç olmakla birlikte buzlanma ile ilgili doğrudan bir sonuç vermemektedir. Model yer seviyesinin 1 metre altından 0.01 hPa seviyesine kadar izobarik koordinatlarda çalışmaktadır. Model girdi verisi olarak GFS verisi kullanılmıştır. Bu tez çalışmasında WRF modeli 9 km ve 3 km olmak üzere iki farklı çözünürlükte çalıştırılmıştır. Bu tez kapsamında uçuş esnasında insansız hava araçlarından alınan meteorolojik ölçümlerin sayısal hava tahmin modeli sonuçları ile karşılaştırılması yapılmıştır. Bu tez çalışmasında Ankara ve Eskişehir illerinde gerçekleşen uçuşlar için 2017, 2020 ve 2022 yılı uçuş verileri incelenmiştir. İnsansız hava araçlarından alınan bilgiler enlem, boylam, dış hava sıcaklığı, rüzgâr şiddeti ve yönü ölçümlerini içermektedir. Ankara'da gerçekleşen ilk uçuşta buzlanma ikazı alınmış, ikinci uçuşta ise test faaliyetlerini olumsuz etkileyen kuvvetli rüzgâr hadisesi ile karşılaşılmıştır. Eskişehir'de gerçekleşen uçuşta ise iniş ve kalkış aşamasında önem arz eden sis hadisesi ile karşılaşılmıştır. Uçuşlardan alınan meteorolojik verileri WRF modeli ile kıyaslamak amacıyla tahmin verileri uçuş süresi boyunca saatlik olarak görselleştirilmiştir. Görselleştirme için NCL kullanılarak Skew-T diyagramları, zaman serileri ve farklı irtifalara ait haritalar çizdirilmiştir. İnsansız hava araçları farklı irtifalarda uçuş gerçekleştirmesi ve uçuş sürelerinin uzun olması sayesinde tez kapsamında WRF model sonuçlarının farklı zaman adımlarında incelenmesine fırsat sağlamaktadır. İnsansız hava aracı uçuş ve test faaliyetlerinden alınan meteorolojik verilerin WRF model sonuçları ile kıyaslanmasının önemi insansız hava araçları için meteorolojinin önemini vurgulamak, hava aracı gereksinimlerini ortaya koymak ve model sonuçlarının uzun süreli kıyaslamasını yapabilmektir.
Future changes in hourly extreme precipitation, return levels, and non-stationary impacts in Türkiye

(Graduate School, 2023-06-09) Dönmez, Kutay ; Ünal, Yurdanur ; 511211018 ; Atmospheric Sciences

Extreme weather events have increased in severity and frequency throughout the majority of geographical regions. Once rare events like unusually hot, wet, or dry conditions have become common in some regions. For instance, heavy downpour events are occurring more frequently and with greater severity. The Mediterranean basin is one of the locations identified in the literature as a climate change hotspot by research that looked at the SREX and AR6 regions. The study of this inland sea, which borders numerous communities in Europe and Africa, shows that the Mediterranean basin's drought conditions have gotten worse and more protracted. Furthermore, these conditions are predicted to get worse in future climate simulations, as measured by a decrease in annual total precipitation and a rise in extreme event intensity. Türkiye, the basin's easternmost member, also follows the trend observed around the Mediterranean Sea. The amount of precipitation in Türkiye's central and southern regions has decreased and is expected to continue to do so, although the northern boundary shows a different pattern. Similarly, the coastal and interior regions respond to climate change differently. Contrary to what has been observed and expected for the annual total precipitation, the magnitude of the severe precipitation has grown, affecting the majority of the nation's land areas. Considering that, we should pay more attention to extremes than averages since the variability in severe occurrences mirrors the primary impact of climate on our society. When a research subject involves block maxima or minima (BM) of time series, the Generalized Extreme Value (GEV) model is the most frequently used among EVT methods. So far, stationary GEV practices (for instance, stationary return levels) have laid the foundation for creating mitigation and adaptation measures in the context of organizational infrastructures and facilities. In that, the statistical features of extreme occurrences, such as mean and variability, are thought to remain consistent across time under stationarity. However, the quantitative characteristics of extremes are not static (non-stationary) in the face of human-induced climate change, land degradation, and urban densification. Studies in Türkiye employing GEV primarily uses daily and multi-day values of the climatic parameters, with relatively few studies using sub-daily (e.g., hourly) evaluation of extremes, one of the major factors in urban planning. Yet, those who take into account sub-daily samples of hydrometeorological parameters prefer not to use and disregard climate projections. In addition, they only utilize the intensity index and do not employ the frequency or persistence indexes for extreme value modeling. This study recognizes the usefulness of using sub-daily (hourly) samples of several precipitation indices (intensity, frequency, and persistence), using climate projections, and identifying the non-stationary impact on the future values of hourly intense precipitation episodes. For these purposes, the Consortium for Small-scale Modeling (COSMO-CLM), established by the CLM-Community of the German Meteorological Service (DWD), which is capable of carrying out long-run simulations that serve climate modelers in the industry and academia, is utilized. Using the MPI-ESM-LR as the initial-boundary condition, this study undertakes two subsequent downscaling procedures, first from the native resolution down to 0.44° and then to 0.11° for the periods 1985-2005 (reference), 2061-2080 (first projection), 2081-2100 (second projection). The eastern Mediterranean is represented by the first downscaling as its main (outer) domain, while the area around Türkiye is subjected to secondary downscaling activity (inner domain), as that nation likewise suffers from worsening drought, decreased precipitation, and more intense heat. Quantile Delta Mapping (QDM) is chosen as the principal bias-correction method to modify observed partialities in the total precipitation variable of COSMO-CLM simulations. This is done by using ERA5-Land as the benchmark data and computing the bias coefficients in relation to the reference period. Following that, extreme precipitation indexes are calculated and investigated for hourly total precipitation data centered on three main titles: Intensity Index (InI), Frequency Indexes (FrI), and Persistence Indexes (PeI). FrI and PeI are further categorized into two sub-categories, percentile and absolute. The suggested extreme precipitation indexes are then submitted to twi-formed GEV analysis. First, stationary Generalized Extreme Value (S-GEV) models are constructed for all three 20-year periods. Here, the return levels of each indicator during the reference and projection timeframes are examined using different return periods (20 and 50 years) to determine the potential risks associated with future climate change. Second, the GEV analysis is forced to incorporate non-stationarity by embedding a linear trend in its location parameter (NS-GEV) based on an analysis of the combined projection periods (40 years, 2061-2100), and the non-stationary impact is investigated. According to the original index results, the northern, western, and eastern parts of Türkiye witness an increase in the InI of up to 40%–50% in the projection periods. Large portions of the Mediterranean coastline and a small portion of the Aegean coast (Izmir), however, are only subject to a decrease in InI of no more than 20% during both projection periods, with sporadic exceptions. Both frequency-based metrics show a general south-to-north contrast over time in terms of percent changes in projection periods. However, the indicated latitudinal rate of change in the frequency of extreme precipitation (FrI-percentile) becomes even more profound and tauter at the end of the century compared to the frequency of wet hours (FrI-absolute), as the positive (negative) percent anomalies in the north (south) approach - and in some places exceed - %80. The percent change in persistence-based metrics is likewise built up so that the south-to-north contrast (negative to positive) is much more closely packed in percentile-based indexes, much like the future climate projections of frequency-based metrics. According to S-GEV analysis, the intensity index shows that through the end of the century, 20-year return level (RL) values will climb practically nationwide. The highest of these is simulated in eastern Southeast Anatolia in addition to the coastal areas of the Mediterranean, Aegean, Marmara, and Black Seas. Istanbul, one of the most populous cities in the world, is located in the Marmara region, which experiences a noticeable increase in the 20-year RL during the latter projection period. Both frequency indices show a latitudinal variation in the projections for the future, particularly for the years 2081-2100, in contrast to results for the intensity index, which show a nationwide increase in 20-year RL. The 20-year RL along the southern and western parts significantly declines in comparison to 1985–2005, whereas the RL values in the northern regions increase. Percent changes in the persistence indices' 20-year RL over the projection periods show that the latitudinal gradient is not as systematic as it is in frequency-based metrics. Particularly over the zone that divides the south and north, the noise is noticeably higher, and the distribution is noticeably more uneven. Compared to 2061–2080, the acceleration of the RL shift is more noticeable in 2081-2100, as if the negative percent change is moving north over time. A quick inquiry reveals the pattern similarity between the 20-year and 50-year RLs (such as the south-to-north gradient and greater values along the elevated locations). The only distinction between the return periods for the complete indexes can be seen in their magnitudes, where the 50-year RL values are, as one might expect, greater than the 20-year RL quantities. In that, the percent change of InI, FrI, and PeI with negative and positive leanings increases in both directions and changes color to a darker shade. As the return period lengthens during the latter period (2081-2100), this shift is amplified even more, with some grids and indexes crossing %80-%100 bands, especially along the southern and northern coasts, in the Marmara region, and in the interior regions of Anatolia. In the subsequent GEV analysis (non-stationary impact analysis), the FrI-percentile index shows stronger negative non-stationary impacts from a 20-year RL perspective, containing substantial portions of the nation with percent reductions of more than 10% (brown shades), and at certain areas (southern Türkiye), nearing 20%. The regions that show the most detrimental non-stationary impact include those in western Türkiye, the west-middle Taurus Mountains, eastern southeast Anatolia, and the Marmara region. On the other hand, a minimal positive non-stationary impact (%5, at most) is seen along the Black Sea shore. Similarly, for the FrI-absolute index, a negative non-stationary impact is also perceptible across much of Türkiye, with sporadic positive values dispersed. Positive values are interspersed among those experiencing negative non-stationary impact (approximately %15–%20), whereas negative impacts are widespread across a large portion of the Mediterranean coast, eastern Marmara, and Southeast Anatolia regions (about %10–%20). Regarding the persistence-based indexes, parallel impact patterns can be seen in both PeI-percentile and PeI-absolute. In that, the Mediterranean-Aegean coasts and Southeast Anatolia approach negative non-stationary impact values above 10%. On the other hand, the country's interior and northern regions, especially the eastern Aegean region, show positive non-stationary impacts in which the non-stationary RL predominates over its stationary counterpart. Last but not least, the InI index stands out since it has the most uniform non-stationary impact. It has no systematic behavior, the smallest magnitudes of the indicated influence (no more than 5% in both directions), and the absence of any non-stationary impact across the majority of the country. Not surprisingly, all of the indexes show the same pattern as a 20-year-based return period when considering non-stationary influence from a 50-year-based return period viewpoint. The magnitude of the non-stationary impacts is the only simulated difference between them. Specifically, the non-stationary impact grows stronger and more pronounced as the return period lengthens, exceeding 20% at some grids. These discoveries have effects on the frequency of flood episodes. A state of more severe flash flood episodes may be present throughout the majority of the country. Extreme precipitation events may occur more frequently and last longer, especially in northern regions, which are home to several metropolitan agglomerations. This might put pressure on already-vulnerable infrastructure. Also, there is a chance that these events will become less predictable at the extremes of the statistical spectrum (i.e., how intense they will be or how long the extreme rainfall episode will last). This would put more pressure on the system's supporting infrastructure and have an impact on the decision-making processes. Overall, the study's conclusions contain several limitations either, including the choice of climate model settings, the bias correction strategies, and the global warming scenario. Future research should address these limitations and consider potential opportunities.
Present and future humid heat extremes and population exposure in Türkiye

(Graduate School, 2023-06-09) Dönmez, Berkay ; Ünal, Yurdanur ; 511211005 ; Atmospheric Sciences

Literature communicates that humid heat extremes will intensify more than dry heat extremes. This favors studies that elaborate on the characteristics of humid heat, given that it is physiologically more relevant than dry heat in terms of understanding the physical interaction between human thermoregulation and heat stress, promoting the use of metrics that express heat stress through a combination of temperature and humidity. Global projections show that the frequency and intensity of humid heat extremes will surge in the land area already subject to them and expand toward the higher latitudes, making the mid-latitudes hotspots for these extremes. Therefore, a thorough explanation of their regional characteristics becomes crucial, given that the changes in these extremes can potentially render a large proportion of the global population at risk of being exposed to humid heat extremes that can drive morbidity and mortality. At this point, the risk and vulnerability assessments inevitably include quantifying population exposure to heat stress. Studies show that there has already been a dramatic increase in global exposure to humid heat extremes. Türkiye is located in the Eastern Mediterranean near the Middle East, a region susceptible to humid heat stress. Here, we perform the first analysis of present and projected changes in the intensity and frequency of humid heat extremes and quantify the population exposure to these extremes in Türkiye, using long-term simulations from the non-hydrostatic mesoscale model of Consortium for Small-scale Modeling (COSMO-CLM) under the Representative Concentration Pathways 8.5 (RCP8.5) emission scenario. We force the model with the global simulations provided by the coupled climate model of the Max Planck Institute for Meteorology (MPI-ESM-LR), a participant in the CMIP5 (Coupled Models Intercomparison Project Phase 5) collaboration. First, global simulations are downscaled to 0.44° horizontal resolution in a domain that includes the majority of the Eastern Mediterranean region. These simulations are then further downscaled to 0.11° horizontal resolution over Türkiye. The overall model configuration is the same between the 0.44° and 0.11° simulations. We use the microphysics scheme of the 2-category Ice Scheme; the convection scheme of Tiedtke, 1989; the radiation scheme of Ritter and Geleyn, 1992; the land surface scheme of TERRA-ML; and a turbulent kinetic energy-based surface transfer scheme. The simulations are run for the years 1979-2005 for the reference period and for the years 2024-2100 for the future period. Our analysis is based on the hourly wet-bulb temperature (WBT) as the humid heat stress metric, considering its robustness to climate change, calculated from hourly temperature and relative humidity. As part of preprocessing, we verify our long-term climate simulations using the ERA5-Land reanalysis data, and we bias-correct the hourly WBT values against the corresponding reanalysis data using an Empirical Quantile Mapping (EQM) procedure. The EQM is a distribution-free correction method that takes into account several predetermined empirical quantiles to map the model output quantiles to the observed quantiles. The empirical CDFs of the WBT from the ERA5-Land reanalysis and model output are here approximated using 16 manually defined quantiles, which are 0.03, 0.10, 0.16, 0.23, 0.30, 0.36, 0.43, 0.50, 0.56, 0.63, 0.70, 0.76, 0.83, 0.90, 0.96, and 1.00. The use of the EQM approach stems from the mismatch in the model behavior in different quantiles. Namely, while the humid heat extremes, characterized in our study with the WBT, are significantly overestimated over our domain, the median values are generally underestimated. As an alternative to the EQM approach, we utilize a simple linear scaling bias-correction approach. However, this approach did not produce good results in our case, as it applies a single daily correction factor for every hour of the day. We focus on three aspects of humid heat stress across the climatologically different regions of Türkiye. First, we define base (1985-2005) and projection periods (2081-2100) and quantify changes in the frequency and intensity of the humid heat extremes in each period. The intensity metrics we use include the average annual 99th quantile (q99) and maximum (max) values of the WBT, and we use three different frequency metrics based on an absolute and a relative heat stress threshold, which are the number of days above 27°C (NOD27), the number of consecutive hours above 27°C (NOCH27), and the number of consecutive hours above local q99 (NOCHQ99). And we reveal whether the trends in the average annual median and maximum WBT values are similar, and if not, we quantify to what extent they differ. For this, we employ the Mann-Kendall trend test, which determines the significance of trends by empirically ranking the values in a timeseries. Second, we document whether the change in the climate of Türkiye affects the diurnal climatology of humid heat stress, focusing on the hours at which it maximizes. Finally, using the commonly used person-days approach, which characterizes exposure by the multiplication of the population amount in a specific region by the number of days in a year when extreme WBT circumstances occur in that region, we evaluate the long-term changes in the number of people annually exposed to specific WBT thresholds throughout the base and projection periods, allowing both the population and climate in Türkiye to evolve. To isolate the relative contribution of the extreme humid heat stress to the total exposure, we perform an alternative exposure analysis in which we hold either the population count or the climate constant throughout the analyzed period. Namely, while the climate component can be interpreted as the change in population exposure if the climate of Türkiye evolved into the future while the population kept at the year 2005, the population component of the total exposure physically refers to the change in population exposure if the climate kept at the average of the last five years in the base period while the population evolved into the future. We portray not only the nationwide changes in the humid heat extremes and population exposure but also their regional aspects by exploiting the K-means clustering algorithm. We use this algorithm to conceptualize seven climatologically different regions. The model outputs from the hourly 2-meter temperature, 2-meter RH, and total precipitation are aggregated to seasonal values for each season in a year and averaged over the base period for the clustering of these regions. Each of the K-means regions is named according to their geographical location and proximity to water bodies. For instance, the region restricted to the country's western coast is named RWC (i.e., Region West Coastal), and the region located along the southern peripheries of the nation is named RSC (i.e., Region South Coastal). We apply the conceptualized K-means regions to each analysis explained above and show regional changes in humid heat stress and exposure. First, our results suggest a remarkable increase in q99 and max values across most of the country, particularly along the coasts, relative to the base period. The average annual q99 of the WBT exceeds 29°C in some regions in the projection period, with the average annual max values approaching the dangerous heat stress threshold of 31°C during the same period. The country's all-time maximum WBT reaches 33.8°C, a nearly deadly condition. Regionally, the highest WBT values are seen in RSC and RWC, which account for 21.41% and 25.60% of Türkiye's total population, respectively, in both the base and projection periods. The frequency of humid heat stress shows similar changes as well, with the NOD27 and NOCH27 projected to increase as much as 45 days and 12 hours, respectively, in a geographically wide area, which includes the surroundings of Adana, Antalya, Izmir, Sakarya, Ordu, and Diyarbakir, most of which are coastal locations. Over most of these regions, nearly a month every year is anticipated to experience severe humid heat stress, and almost 56% of the country's land area will experience local upper tail heat stress conditions for at least an additional ten consecutive hours. This is in contrast to the NOD27 and NOCH27 in the base period, which are geographically constrained to the city of Adana. Our findings convey the higher likelihood of humid heat extremes reigning within these regions. Second, the projections show that the WBT values at every hour of the day will be at least two degrees Celsius greater than in the base period. However, this increase is more pronounced for the maximum (minimum) values of the WBT, which approximately occurs during the afternoon (nighttime). Overall, the response of the diurnal cycle of humid heat stress is consistent across regions with different climates. Finally, we explicate a significant rise in the number of people exposed to severe humid heat stress, concentrated along most coastal regions, by as much as 1.6 million person-days. The individuals living in the RSC, RWC, and RNC regions are expected to face the highest levels of exposure to humid heat stress, with regional mean population exposure to humid heat stress amounting to almost two orders of magnitude from the base period to the projection period. RWC, in particular, is subject to maximum mean exposure to 29°C in the projection period up to seven times the maximum mean exposure to 27°C in the base period. On the other hand, the exposure to the same conditions in the base period seldom exceeds 1 million person-days and is geographically limited to the southeastern city of Adana and east of the Marmara Sea. The projected rise in exposure is primarily due to climate change, as the contribution of the population component of the total exposure to the surge in exposure is minor compared to the contribution of the climate component. Further, more than 20% of Türkiye's population may confront severe humid heat stress for at least one hour, with that percentage falling to 4.15 percent for at least five consecutive hours, which indicates that people will not only endure more intense humid heat stress but also be exposed to these conditions consecutively over a period of many hours. Our findings highlight the increase in humid heat extremes and the resulting population exposure to these circumstances, especially along Türkiye's coast, and have important ramifications for society and numerous industries, including the economy and tourism.
Investigation of spacecraft surface charging for a telecommunication satellite at geosynchronous orbit

(Graduate School, 2023-07-31) Gözütok, Arif Armağan ; Kaymaz, Zerefşan ; 511201003 ; Atmospheric Sciences

Telecommunication satellites encounter with high density energetic plasma environment during events originated from the Sun and some major anomalies could arise in the forms of surface and deep dielectric charging concepts. The anomalies which develop in the spacecraft in orbit may affect the power and data subsystems, can change the spacecraft attitude in terms of orientation, can modify satellite operational modes and prevent the satellite operators to conduct regular operations which may lead to catastrophic failures in flight. There are numerous incidents which have previously been encountered by satellite operators on geosynchronous orbit during space weather events that have lead to system and subsystem level spacecraft failures. Surface charging on geosynchronous orbit should be monitored continuously by in-situ measurements and predicted by realistic models. In this context, plasma properties parametrization and effects on surface charging is investigated, behaviors of surface elements under the worst-case space eenvironments are analyzed and a realistic surface charging estimation approach is proposed by driving a 3D particle-in-cel (PIC) simulation with a realistic electron and proton populations with inner-magnetosphere model. Comprehensive InnerMagnetosphere Ionosphere (CIMI) Model is a inner magnetosphere model which develops electron and ion fluxes up to 10 RE behind the Earth on the nightside. This model is a time dependent model which is driven with the solar wind observations made by Lagrange 1 (L1) spacecrafts such as ACE and WIND, then solves the particle transport principles considering advanced advection-diffusion equation for solving particle phase distribution function (fs). As a result of CIMI simulations, several major MLT locations (00:00, 06:00, 12:00 and 18:00) are chosen to study the spacecraft surface charging. Electron and proton density and energy data were obtained from CIMI for selected three large geomagnetic storms events; November 2003, May 2005 and March 2015 substorms. These model outputs later are used as inputs for SPIS simulatons to obtain spacecraft charging levels for our hytpotehtical spacecraft at geosyncronous orbit. For 21 November 2003 09:59 UT, 15 May 2005 19:49 UT and 19 March 2015 16:44 UT, electron and proton populations are fitted into triple-Maxwellian and mono-Maxwellian distributions respectively and SPIS simulations are produced with these plasma properties obtained from CIMI simulation results. Realistic solar declination angle is introduced with respect to day of year and varying solar array configuration with respect to spacecraft attitude with corresponding Magnetic Local Time (MLT) orientation of the Earth pointing telecommunication satellite is considered in simulations for improved accuracy in surface charging estimation results. The study shows how main plasma parameters, population energies and densities, affect the surface charging phenomena; moreover, telecommunication satellites in GEO orbit experiencing the electron belt could be charged up to several negative tens of kV's of frame potentials and up to several kV's of differential potentials on dielectric surface materials. Eclipse conditions are quite dangerous for surface charging phenomena to occur since the absolute and differential potential values develop even further. The worst-case environmental investigation approach was used for the extreme case study simulations implemented in SPIS with the same satellite configuration. The results of this experiment showed that the worst-case space environments create appropriate conditions for high surface potentials on the critical materials. CMG material builds an absolute potential up to around -5 kV for reasonable space environments and differential potential up to around 3 kV which is over the critical arcing and discharge thresholds. The realistic surface charging estimation proposal was analyzed as well for three selected storm cases where the surface potential of dielectrics could develop quite negative values around local midnight through dawn sectors which is expected and validated by the simulation results. The satellite flight configuration could change the surface charging slightly due to the fact that incoming solar flux will create a differential and unequal satellite charging as the spacecraft fly on its trajectory with respect to the Sun. In this study, the CIMI model outputs are used for the first time as SPIS program surface charging simulation inputs. Widely used and numerous worst-case space environments were analyzed together for comprehensive and diverse investigation of surface charging phenomena. By changing the orientation of solar panels according to the MLT configuration, the accuracy of simulations was increased and the effects of the main MLT sector locations of surface charging were examined.
Sürdürülebilir hava kalitesi için yapay zeka yöntemleri ile partiküler madde tahmininin modellenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-12-22) Bilgin Çelikcan, Saliha ; Toros, Hüseyin ; 511021003 ; Atmosfer Bilimleri

Biyosferde canlı ve cansız tüm varlıkları doğrudan veya dolaylı olarak etkileyen en önemli konulardan biri hava kalitesidir. Hava kalitesi, atmosferde bulunan gazlar, partiküller ve diğer kirleticilerin seviyesini tanımlar. Temiz hava insan sağlığına olumlu etkiler sağlarken, kirli hava solunum rahatsızlıkları ve çevresel sorunlara yol açabilir. Bu nedenle, hava kalitesinin korunması ve iyileştirilmesi önemli bir halk sağlığı ve çevre koruma meselesidir. Hava kalitesi, ölçülmesi ve izlenmesi gereken bir parametre olup, çeşitli kaynaklardan salınan kirleticiler tarafından kolaylıkla etkilenmektedir. Hava kalitesi dengesinin bozulması, ortam havasındaki çeşitli maddelerin canlı sağlığını olumsuz etkilemeye başladığı sınırın aşıldığı anlamında gelmektedir. Hava kalitesi dengesi, doğal ya da insan kaynaklı nedenlerle bozulabilmektedir. İnsan kaynaklı hava kirliliği, özellikle Sanayi Devrimi ile birlikte dramatik şekilde artarak canlı sağlığını tehdit eder hale gelmiştir. Hava kirliliği, solunum yolu rahatsızlıklarına, astım, bronşit ve diğer solunum sistemi hastalıklarının artmasına neden olmaktadır. Kirli hava, kalp ve akciğer hastalıkları ile kanser riskini artırmaktadır. Ayrıca, diğer pek çok hastalıkla da ilişkisi tespit edilmiştir. Bozulan hava kalitesi çocuklar, yaşlılar ve kronik sağlık sorunu olan bireyler üzerinde daha belirgin ve ciddi etkilere sahiptir. Kirliliğin özellikle insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkileri, bilim insanlarının dikkatini kirlilik kaynaklarına, etkilerine, etkileştiği parametrelere yönlendirmesine neden olmuştur. Multidisipliner bir konu olarak hava kirliliği, meteorologlar, çevre mühendisleri, şehir ve bölge planlama uzmanları, halk sağlığı uzmanları, veterinerler gibi birbirinden farklı temel eğitimleri olan araştırmacıların ortak ilgi alanı olmuştur. Bilim insanları ile araştırmacıların bir kısmı hava kirliliğinin olumsuz etkilerine karşı bir uyarı mekanizması da oluşturması düşüncesiyle kirletici parametrelerin çeşitli zaman periyotlarında tahminine yönelmiştir. Başarılı hava kalitesi tahmini, kamu otoritelerinin toplum ve çevre ile ilgili tedbirleri zamanında almasını, halkın erken uyarılmasını, böylelikle kirletici kaynaklı zarar oluşumunun engellenmesini ya da en az düzeyde etkilenilmesini sağlayabilecektir. Bilgisayarların veri işleme kapasitelerinin artması ve ileri veri işleme yöntemlerinin geliştirilmesi, hava kirliliği ve hava kalitesi tahminine yönelik çalışmalarının sayısının hızla artmasına ve başarılı tahmin modellerinin geliştirilmesine katkıda bulunmuştur. Tahmin modelleri temel olarak kimyasal taşınım modelleri ve veri odaklı modeller olarak ikiye ayrılabilmektedir. Kimyasal taşınım modelleri, hava kirliliğinin kaynağından itibaren atmosferdeki hareketini ve yayılmasını izler. Atmosferik koşullar, hava akımları, sıcaklık, nem ve diğer faktörler bu modellerde dikkate alınır. Bu modeller, belirli bir bölgede veya şehirde hava kalitesinin nasıl etkileneceğini tahmin etmek için kullanılır. Veri odaklı modeller ise gerçek zamanlı verileri kullanarak hava kirliliği seviyelerini tahmin ederler. Hava kalitesi izleme istasyonları ile meteoroloji istasyonlarından alınan gerçek zamanlı veriler bu modelleri besler. Makine öğrenimi ve istatistiksel yöntemler, bu verileri analiz ederek gelecekteki kirlilik seviyelerine yönelik öngörüde bulunur. Veri odaklı modeller başlığı altında yer alan makine öğrenmesi, derin öğrenme gibi yapay zeka uygulamaları, kirletici seviyesinin ya da hava kalitesinin kısa, orta ve uzun vadeli tahmininde sıklıkla kullanılan yöntemler haline gelmiştir. Yapay zeka yöntemleri, büyük miktarda veri analizi ve karmaşık desenleri tanıma konusunda oldukça etkilidir. Bu durum hava kirliliği tahminlerinde daha hassas sonuçlar elde etmeyi sağlar. Yapay zeka, meteorolojik veriler, hava kalitesi izleme istasyonlarından gelen veriler ve diğer faktörleri analiz ederek kirlilik seviyelerini tahmin etmekte başarılıdır. Ayrıca gerçek zamanlı veri analizi yapabilme yetenekleri sayesinde hava kirliliği seviyelerini anlık olarak izlemeyi sağlar. Bu şekilde, hızlı müdahale ve risklerin azaltılması için önemli bir avantaj yaratmaktadır. Karar vericilere gelecekteki kirlilik durumlarına göre politika oluşturma konusunda da yardımcı olmaktadır. Yapay zekaya dayalı tahmin modellerinin bu özellikleri, hava kirliliğine yönelik çalışmalarda sıklıkla tercih edilmelerini sağlamıştır. Bazen bir tahmin modelinde tek başına bir yöntem denenirken, bazen de birden fazla yapay zeka yöntemi birlikte kullanılarak hava kirliliği tahmin başarısı artırılmaya çalışılmıştır. Bursa, nüfus, kentleşme, sanayileşme, coğrafik konum, topoğrafya ve iklim gibi çeşitli özellikleri birlikte değerlendirildiğinde, hava kalitesi dengesi hassasiyetle takip edilmesi gereken bir şehirdir. Bu nedenle şehir için sürekli, düzenli, sağlıklı veri üreten, geleceğe yönelik bilgi ve gerektiğinde uyarı üretebilecek bir hava kalitesi tahmin yapısının oluşturulması önemlidir. Çalışmada önerilen model, Bursa iline ait verilerle oluşturulmuş olmakla birlikte, hava kalitesi dikkatle takip edilmesi gereken diğer yerleşim birimleri için çalıştırılabilecek ve geliştirilebilecek bir yapı içermektedir. Bu çalışmanın amacı, meteorolojik parametreler kullanarak partiküler madde seviyesinin yapay zeka yöntemleri ile tahmin edilmesini amaçlayan sürdürülebilir bir hava kalitesi modelinin oluşturulmasıdır. Çalışmada Bursa ili sınırları içerisindeki 6 hava kalitesi izleme istasyonundan elde edilen bir yıllık, saatlik periyotta 5 farklı kirletici (PM10, PM2.5, NO2, SO2, O3) ölçüm verisi ile meteorolojik veriler kullanılmıştır. İlk aşamada kirletici veri seti ön işleme tabi tutulmuş ve eksik verileri tamamlanmıştır. İkinci aşamada, PM10 ve PM2.5 konsantrasyonları arasındaki yüksek korelasyondan yola çıkılarak bir model geliştirilmiştir. Modelin her iki parametrenin ölçüldüğü istasyondan elde edilen bir haftalık PM10 ve PM2.5 tahmin sonuçları başarılı bulunmuştur. Üçüncü aşamada, sadece bir tür partiküler madde (PM10 ya da PM2.5) konsantrasyonu ölçülen beş istasyon için yeni bir tahmin modeli oluşturulmuştur. İstasyonda ölçümü yapılan partiküler madde, ölçümü yapılan diğer kirleticiler ve meteorolojik veriler ile her iki partiküler madde türünün ölçüldüğü istasyona ait modelin eğitim verisi seti, yeni modeldeki makine öğrenmesi modülüne girdi olarak verilmiştir. Elde edilen partiküler madde tahmin sonuçlarının teyit edilmesi için aynı modüle tahmin edilen partiküler madde verisinin kullanıldığı bir süreç daha ilave edilmiştir. Bu süreçte istasyonda ölçümü yapılan partiküler madde için tahmin yapılmaktadır. İstasyonda ölçülen partiküler madde ile modülle tahmin edilmiş hali arasındaki yüksek korelasyon ölçülmeyen partiküler madde için yapılan tahminin tatmin edici derece başarılı olduğunu göstermiştir. Nüfus bakımından Türkiye'nin dördüncü büyük şehri ve bir sanayi üssü olan Bursa için oluşturulacak etkin ve sürdürülebilir partiküler madde tahmin modeli, tüm paydaşların hava kalitesinin seyrinin takip edebilmesini, tahminler doğrultusunda olumsuz durum beklentisi oluştuğunda kamu otoritelerinin zamanında gerekli tedbirleri almasını sağlayabilir. Cihaz arızası vb. nedenlerle bir istasyondan partiküler madde (PM2.5 ya da PM10) ölçüm bilgisi gelmediğinde, tahmin modeli çalıştırılarak elde edilen sonuç, ölçüm bilgisi yerine değerlendirmeye alınabilir. Ayrıca bir istasyonda iki partiküler maddeden birinin ölçümünün yapılması, diğerinin tahmin modeli ile elde edilmesi ölçüm maliyetlerinin azaltılmasını sağlayabilir.

Gözat

Çıkarma tarihi ile LEE- Atmosfer Bilimleri-Yüksek Lisans'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri