LEE- Atmosfer Bilimleri Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19192

Gözat

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.
Afet bölgesinde yer alan kentlerde PM10 ve SO2 düzeylerindeki değişimlerin incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-06-06) Kurut, Ali Ozan ; Kahya, Ceyhan ; 511191001 ; Atmosfer Bilimleri

Hava, yaşamın sürdürülebilmesi için gereken temel parametrelerden biridir. Sağlıklı bir yaşam için ise, hava kalitesinin de sağlıklı bir aralıkta bulunması oldukça önemlidir. Hava kirliliği; doğa veya insan kaynaklı salınımlar sonucu, atmosferde bulunan kirleticilerin belirli seviyeleri aşması ve uygun meteorolojik koşullar altında canlı ve cansız varlıklar üzerinde olumsuz etkilere neden olması olarak tanımlanmaktadır. Kirletici seviyelerinin atmosferde belirli eşik değerleri aşması sonucu yaşam alanları ile toplumsal alanların hava kalitesi düşmektedir. İngiltere'de temelleri atılan endüstriyel devrim, sonrasında Avrupa kıtasında, Amerika ve Japonya'da etkilerini göstermiş ve buharlı makineler kullanılarak sürdürülen endüstriyel üretimler sonraki süreçte birçok ülke tarafından kullanılmaya başlamıştır. Hava kalitesi ve hava kirliliği üzerinde bir dönüm noktası olan sanayileşme, beraberinde istihdam olanaklarını ve dolayısıyla ekonomik kalkınmayı getirmiştir. İnsanların istihdam olanakların daha yüksek olduğu sanayi kentlerine göç etmesi, hızlı nüfus artışlarının önünü açmış, nüfus artışlarıyla beraber hanelerde evsel ısınma ihtiyacı sonucu kullanılan fosil yakıt ürünleri miktarı artış göstermiş ve bireysel motorlu taşıt kullanım oranı artmıştır. Sanayi devrimi ve sonrasında gelişen süreç, hava kirliliğine etki eden antropojenik sebepler arasında yer alırken, orman yangınları, volkanik faaliyetler, çöl tozları, depremler ve benzeri birtakım doğal döngüler de atmosfere birtakım kirleticilerin salınmasına yol açarak hava kirliliği üzerine etki edebilen doğal süreçlerin başında gelmektedir. Ayrıca, kirleticilerin bir bölgeden başka bir bölgeye taşınmasında, bir yerleşim bölgesi üzerinde askıda kalmasında rüzgar, basınç ve enverziyon sahaları gibi birtakım meteorolojik parametrelerin de etkisi olduğu bilinmektedir. Dolayısıyla tüm bu süreçlerin neticesinde, atmosfere salınan kirletici parametrelerin emisyon kaynakları birçok farklı alanda çeşitlilik arz etmiş, zaman içerisinde hava kirliliği üzerine tartışmalar ve yapılan çalışmalar hız kazanmıştır. Hükümetler ve birçok sivil toplum kuruluşu tarafından hava kalitesinin iyileştirilmesine yönelik adımlar atılmaya başlanmış, yapılan uluslararası antlaşmalar, mutabakat ve protokoller ile birçok ülke kirletici emisyonlarının azaltılmasına yönelik metinlerin altına imza atmıştır. Ayrıca, hava kalitesinin sağlıklı olduğu aralıktan tehlikeli seviyelere ulaştığı aralığa kadar farklı renk tonlarıyla ifade edildiği ve renk tonlarının karşılık geldiği hassas grupları ifade eden Hava Kalitesi İndeksi (HKİ) oluşturulmuştur. Partikül madde (PM10) ve kükürt dioksit (SO2) de antropojenik ve doğal süreçlerin sonunda atmosfere salınan birincil hava kirleticilerinin başında yer almaktadır. Bu çalışmada da, çapı 10 μm'den küçük olan partikül madde (PM10) ve kükürt dioksit (SO2) parametrelerinin 06.02.2023 tarihli Kahramanmaraş merkezli 7.7 ve 7.6 büyüklüğündeki depremlerden sonra "Genel Hayata Etkili Afet Bölgesi" olarak ilan edilen kentlerdeki dağılımları incelenmiştir. Kirletici verileri 01.12.2018 ile 29.02.2024 tarih aralıkları için elde edilerek, deprem dönemindeki dağılımlarının yanı sıra her iki kirleticinin de Covid-19 pandemisi öncesinde dağılımları ile pandemi dönemindeki dağılımları da ortaya konmaya çalışılmıştır. Kirletici verileri Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Ulusal Hava Kalitesi İzleme Ağı veritabanından belirtilen tarihler için elde edilmiş ve sonrasında 01.12.2018 ile 29.02.2020 tarihleri arası pandemiden önceki dönemi, 01.03.2020 ile 30.11.2022 tarihleri arası kentlerde pandemi dönemini, 01.12.2022 29.02.2024 tarihleri arası ise Kahramanmaraş merkezli depremler ve sonrasındaki süreci temsil etmek üzere üç farklı alt periyoda ayrılmıştır. Elde edilen veriler incelenmiş, belirlenen eksik veriler ise SPSS İstatistik programında uygun kayıp veri atama yöntemleri kullanılarak giderilmiştir. Ardından kirleticilerin çalışma alanı içerisindeki tüm istasyonlarda belirlenen üç farklı dönem için mevsimsel olarak zaman serisi çıktıları elde edilmiştir. Çalışma alanı içerisindeki 10 kentte yer alan 14 hava kirliliği ölçüm istasyonunda elde edilen zaman serileri ile kirletici parametrelerin belirlenen üç farklı dönem içerisindeki dağılımları incelenmiş ve yorumlanmıştır. Kirletici parametrelerin istasyon çevresindeki dağılımlarının belirlenmesinin yanı sıra, bu dönemlerde PM10 bağımsız değişken, SO2 ise bağımlı değişken olarak seçilerek %95 güven aralığı için basit doğrusal regresyon modeli kurulmuş, hesaplamalar sonucunda elde edilen korelasyon katsayıları, determinasyon katsayıları ve kurulan modelin anlamlılığını ifade eden p değerleri yorumlanarak aralarındaki ilişki tespit edilmiştir. Son aşamada ise, istasyonlarda ölçümleri yapılan kirletici parametrelerin çalışma periyodundaki üç farklı ana dönem için hesaplamalar neticesinde elde edilen mevsimsel ortalama konsantrasyon değerleri ile limit değer aşım sayıları birbirleri ile karşılaştırılmış ve yorumlanmıştır. Çalışmada yapılan mevsimsel analizler sonrasında elde edilen sonuçlara göre, partikül madde seviyelerinin özellikle Elbistan, Osmaniye, Malatya, Meteoroloji istasyonlarında yüksek seviyelerde seyrettiği belirlenmiştir. Belirtilen istasyonlar kış, ilkbahar, yaz ve sonbahar mevsimlerine yönelik incelemelerde yaz mevsimlerine doğru kirletici konsantrasyonları kademeli olarak düşüşe geçmiş olsa da, çalışma alanı içerisindeki istasyonlar arasında en yüksek partikül madde seviyelerinin gözlemlendiği ve limit değer aşımlarının en çok yaşandığı istasyonlar olarak öne çıkmıştır. Farklı dönemlerde yapılan ölçümlerde ise Çatalan, Diyarbakır, Doğankent, Adıyaman ve Elazığ istasyonları partikül madde seviyelerinin en düşük seyrettiği ve bu anlamda hava kalitesinin daha iyi olduğu istasyonlar olarak belirlenmiştir. Kükürt dioksit ölçümleri ile yapılan mevsimsel analizler sonucunda ise, kirletici seviyelerinin en yüksek seyrettiği istasyonlar Şanlıurfa ve Onikişubat istasyonları başta olmak üzere Elbistan, Osmaniye ve Malatya olarak belirlenmiştir. Küküt dioksit seviyelerinde limit değer aşımı partikül maddeye kıyasla oldukça az sayıda gerçekleşmiş ve partikül madde incelemelerinde karşılaşıldığı gibi, yaz mevsimlerinde en düşük konsantrasyonların ölçüldüğü, kış mevsiminin ise en yüksek kirletici seviyelerinin kaydedildiği belirlenmiştir. Kükürt dioksit seviyelerinin en düşük seyrettiği istasyonların ise Çatalan, Elazığ, Adıyaman, Diyarbakır olduğu belirlenmiştir. Belirtilen istasyonlar bu yönüyle her iki kirleticide de en düşük konsantrasyonlara sahip istasyonlar olarak dikkat çekmiştir. Kirleticiler arasında mevsimsel olarak her bir dönem için kurulan basit doğrusal regresyon modeline göre, kış ve sonbahar aylarında kirleticiler arasındaki doğrusal ilişkinin daha güçlü olduğu, dolayısıyla bu dönemlerde kirletici ölçüm değerlerinin birbiriyle paralellik gösterdiği belirlenirken, ilkbahar ve yaz aylarında kirleticiler arasındaki korelasyon katsayıları ile determinasyon katsayılarının daha düşük seviyelerde seyrettiği görülmüştür. Zaman serilerine göre, pandemi sürecinin ilk aylarında ve depremlerden sonra yaşanan ilk haftalarda bazı istasyonlarda kirletici konsantrasyonlarında ciddi dalgalanmalar tespit edilmiştir. Çalışmada alanı olarak ele alınan bölgede yoğun nüfusu ile dikkat çeken kentlerin varlığı, çevresinde büyük ölçekli sanayi kuruluşları olan istasyonların bulunması, bazı istasyonların, çevresindeki trafik kaynaklı kirletici emisyonlarına açık bir alan üzerinde kurulu olması ve benzer şekilde yoğun nüfuslu ilçe çevrelerinde bulunan istasyonların evsel ısınmada kullanılan fosil yakıtlar sonucu atmosfere salınan kirletici emisyonlarına yoğun şekilde maruz kalması, termik santral gibi çevre ve insan için birçok olumsuz etkisi bulunan güç santrallerinin varlığı, pandemi dönemi başlangıcı ile gelen süreçten sonra dönem dönem tam kapanma ve kademeli olarak normale dönme adımlarının bir yansıması olarak evsel ısınmaya olan talebin, trafik kaynaklı emisyonların iniş çıkışlar göstermesi, ardından yaşanan büyük depremlerle yine bölgedeki kirletici emisyonlarının artışa geçmesi, ele alınan çalışma alanının, Türkiye'de toz taşınımının sık görüldüğü bir coğrafi bölgede yer alması gibi kirletici seviyelerini etkilemesi beklenen faktörler, çalışma sonuçlarına büyük ölçüde yansımıştır.
Air-Sea Interactions in the Formation of Thunderstorms over Marmara Region: Physical Processes and Modelling

(Graduate School, 2022-10-28) Yavuz, Veli ; Deniz, Ali ; 511162006 ; Atmospheric Sciences

Thunderstorm and sea-effect snow (SES) are meteorological events that adversely affect both daily life and the transportation sector, and occur as a result of air-sea interaction. Thunderstorm, is a meteorological phenomenon that usually contains strong winds and causes strong precipitation (e.g., rain, hail) accompanied by lightning. Intense atmospheric instability, high humidity, vertical triggering mechanisms, and wind shears are essential components for thunderstorm formation. Thunderstorms caused by cumulonimbus clouds occur both with precipitation and without precipitation. On the other hand, they occur not only with rain, but also with snow and hail. This phenomenon, known as a severe weather event, occurs as a result of convectional movements. For this reason, the increasing differences between the upper atmospheric level air parcel temperature and the sea or lake surface temperatures play an intensifying role in thunderstorm activities. SES occurs as a result of atmospheric instability, which occurs as a result of dry and cold air masses gaining heat and moisture fluxes as they pass over warmer water bodies. As a result of the instability of very cold and dry air parcels of arctic or polar origin during their passage over the Black Sea located in the north of our country, the Marmara Region and the Black Sea Region are exposed to SES in the winter months. Although SES cause heavy snowfalls in regions where they are effective as severe weather events, they do not need synoptic-scale systems to occur. SES that occur in a region where synoptic-scale systems are currently dominant are called as snowfall with increased sea effect. This type of snowfall causes more intense snow on the regions where the SES bands pass. In our country, there are studies on both severe weather events mentioned above. There are both case studies and climatological analyses in the literature regarding the thunderstorm event. However, climatological analyses and short-term forecast models are limited in terms of their effects on the Marmara Region and especially on the aviation sector. On the other hand, there are a very limited number of studies in the literature regarding the SES events for our country. There is no climatological comprehensive analysis or a prediction mechanism established for certain sectors for this event, where only a few assessments and case studies are included in the international literature. Both a knowledge and a scientific base are needed for this severe weather event, which is very effective in the northern parts of our country during the winter months and directly affects both daily life and transportation activities. In this context, in this thesis, a total of nine articles, two on thunderstorm events and seven articles on SES, were published in six different internationally refereed journals. In the first article, a short-term forecast of the thunderstorm that occurred at Istanbul Atatürk International Airport on February 2, 2015 was made. It has been determined that the thunderstorm and its severity can be predicted in the range of 42-57 minutes in advance by analysing radar images, Lightning Detection Tracking System (LDTS), sea surface temperature information, and surface/upper level atmospheric information. It has been revealed that this result is important for the decision makers working in the meteorology office. In the second article, various 15-year long-term statistics of thunderstorm events were investigated at 11 airports in the Marmara Region. Atmospheric conditions in which thunderstorm events occur and the effects of air-sea interaction were examined. Intraday, monthly, and annual distributions were analszed. No trend was determined on an annual basis, and the most observations were made in September on a monthly basis. In the daytime thunderstorm distribution, the most observations occurred between 1100-1900 hours. 72% of thunderstorms occurred with rain and 22% without any precipitation. One of the most important results of the study is that the Convective Available Potential Energy (CAPE) is zero in approximately 50% of the events. In the third article, the morphological classification of SES bands was made for the Danube Sea Area (western Black Sea) in the Black Sea. Between 2009 and 2018, SES bands were observed over the region in a total of 83 days, and these bands caused snowfall within the borders of the Marmara Region in 75 days. Various satellite and radar images obtained from the Turkish State Meteorological Service (TSMS) were used for the detection of SES bands. In total, five different types of SES bands have been defined for the region. The most common type of band among all events was Type-2 SES band with 85%. The most important reason for this is that this band type consists of parallel bands in the longitudinal direction. The north-south movements of polar and arctic air masses along the long fetch distance of the western Black Sea have created suitable atmospheric conditions for the Type-2 band. On average, the lowest sea surface temperatures (SESs) occurred in the northernmost part of the Danube Sea Area. This region is the region where SES bands mostly begin to form and are of weak intensity. The intensity of the bands increased due to the increasing SST towards the south. In the fourth article, the analysis of vortex (Type-5) SES bands that occurred in the western Black Sea on January 30-31, 2012 was carried out. The vortex band, which was detected with various images of two different satellites (Terra and MSG satellites), continued its effect on the region for approximately 24 hours. The structure of the vortex was analysed by analysing the surface level meteorological data obtained from 12 airports, 16 meteorological stations, and 5 radiosonde stations belonging to the countries surrounding the western Black Sea and various charts of the upper atmospheric levels. The 24 cm of snow depth was measured at the İnebolu meteorology station, where the SES bands connected to the vortex were effective, and a total of 102 flights were canceled across the countries surrounding the western Black Sea. In addition to these, many traffic accidents have also occurred due to heavy and sudden snowfalls. The surface and upper level atmospheric conditions that create the vortex were found as follows: presence of a strong/deep inversion layer between the surface and 700 hPa, the wind direction change being limited to a maximum of 50° in the same vertical range, the temperature difference reaches 25.8 °C in between the sea surface and 850 hPa at the point where the vortex core is located. In addition, in the analyses made with the synoptic charts, it was determined that the vortex was formed during the two-day period and there was a low pressure centre in the region where the core is located. In the fifth article, the statistical characteristics of SES events for the western Black Sea were analysed for the years 2009-2018. The main purpose of the study is to determine the meso- and synoptic-scale structures of SES events for the region in general and to create knowledge for nowcasting and forecasting applications to be made later. A total of 95 events were detected using satellite and radar images. These events were determined according to four different scale categories. As a result, 36 events (38%) are determined as Black Sea (BS) Events, 24 (25%) as Synoptic-scale (SYNOP) Events, 23 (24%) as Over Sea Convergence (OSC) Events, and 12 (13%) as Transition (TRANS) Events. While the average duration of SES events in four different categories was 15.9 hours, the longest time was 59 hours in the SYNOP Events. Except for the OSC Events, the prevailing wind direction under the inversion layer was northerly in all three categories. Inversion layer was detected in most of the BS Events and SYNOP Events, and the sea surface and upper level temperature difference was 4 °C to 6 °C higher on average compared to the other two categories. The highest number of events occurred in January with 51, and the lowest in March with 2. In the sixth article, the effect of short-wave troughs on the formation and development of SES bands in the western Black Sea was investigated. Between 2010 and 2018, a total of 48 short-wave troughs and long waves were detected in the presence of SES bands throughout the region. The most important role of long waves has been realized as a result of determining the direction of short-wave troughs. Afterwards, short-wave troughs and long waves were classified based on their direction of motion. Five different types of short-wave troughs and five different types of long waves were determined, and their monthly and annual statistics, and their durations were revealed. In addition, the temperature differences between sea surface and upper atmospheric levels were analysed for each type, and inversion conditions were examined. The average duration of short-wave troughs was found to be 27.8 hours, and the longest time was observed in LWT type with 60 hours. In 77% and 79% of all events, respectively, short-wave troughs and long waves were found to have the same direction of motion as the current SES bands. In the seventh article, thundersnows occurring in the Marmara Region within a 22-year period were investigated. For these events, the formation mechanisms, suitable surface, sea, and upper level atmospheric conditions were investigated. Based on the reports of 11 airports in the region, a total of 19 incidents were identified. In 17 of these events, the SES mechanism was found to be effective. After statistical temporal analysis, the predictability of these events was investigated with atmospheric stability indices. Accordingly, the most successful stability indices were Total Total Index and TQ Index. In the eighth article, a comparison of SES and non-SES for two international airports in Istanbul is made. A SES event prediction algorithm was developed for both airports using 10 years of atmospheric data. At the same time, suitable atmospheric conditions were determined according to the snow depths. Finally, in the ninth article, historical extreme winters in Istanbul were investigated. The events that took place within the scope of the 17-century period are shown, and based on the events that took place in the last few centuries, heavy snowfall and harsh winter forecasts are made for the period up to 2050 and 2100.
Analysis of the effects of air pollution on respiratory system diseases in İstanbul

(Graduate School, 2021-06-12) Çapraz, Özkan ; Deniz, Ali ; 511142004 ; Atmospheric Sciences

Breathing is the most basic human function required to sustain life. Humans are exposed to different types of air polluting substances present in air originating form various emission sources like industry, heating and traffic in cities and large urbanised areas. Breathing air contaminated with toxic substances produces health risks for individuals. Sensitive and vulnerable groups such as pregnant women, children, the elderly and those already suffering from respiratory and other serious illnesses are especially affected from air pollution. In the meantime, there is strong evidence that reductions of air pollution make a positive effect on public health. The relationship between air pollutants and its health effects has not been studied extensively so far in İstanbul and Turkey. The scope of this thesis is to assess the relationship between air pollutants and respiratory hospital admissions in İstanbul in order to better understand the association between air pollution and respiratory health in the largest city of Turkey. In this thesis, the relationship between air pollution and respiratory hospital admissions in İstanbul was investigated for the period of 2013 – 2017 using single-pollutant Poisson generalized linear model (GLM) while controlling for time trends and meteorological factors. Hourly air pollution data, including PM10, PM2.5 and NO2, were obtained from the database of Ministry of Environment and Urbanization, the government agency in charge of collection of air pollution data in Turkey. The daily concentrations for each pollutant were averaged from the available monitoring results of fixed-site stations of Air Quality Monitoring Network in İstanbul under Republic of Turkey Ministry of Environment and Urbanization. To allow adjustment for the effect of weather on hospital admissions, hourly meteorological data (temperature and relative humidity) were obtained from the Air Quality Monitoring Stations where meteorological measurements are also made. We have used daily means of the pollutants and weather variables calculated from the hourly data to represent the daily reading for İstanbul. Data of daily respiratory hospital admissions of the public hospitals in İstanbul from March 1, 2013 to December 31, 2017 (1767 days) were obtained from the database of the hospitals which are coordinated by the Republic of Turkey Ministry of Health. This thesis study is based on 3 SCI articles. In the first article, the associations between the daily variations of air pollutants and hospital admissions for respiratory diseases in İstanbul, the largest city of Turkey was examined. A time series analysis of counts of daily hospital admissions and outdoor air pollutants was performed using single-pollutant Poisson generalized linear model (GLM) while controlling for time trends and meteorological factors over a 3-year period (2013 - 2015) at different time lags (0 - 9 days). Effects of the pollutants (Excess Risk, ER) on current-day (lag 0) hospital admissions to the first ten days (lag 9) were determined. Data on hospital admissions, daily mean concentrations of air pollutants of PM10, PM2.5 and NO2 and daily mean concentrations of temperature and humidity of İstanbul were used in the study. The analysis was conducted among people of all ages, but also focused on different sexes and different age groups including children (0 - 14 years), adults (35 - 44 years) and elderly (≥65 years). Significant associations between air pollution and respiratory related hospital admissions were found in the city. Our findings showed that the relative magnitude of risks for an association of the pollutants with the total respiratory hospital admissions was in the order of: PM2.5, NO2, and PM10. The highest association of each pollutant with total hospital admission was observed with PM2.5 at lag 4 (ER = 1.50; 95% CI = 1.09 - 1.99), NO2 at lag 4 (ER = 1.27; 95% CI = 1.02 - 1.53) and PM10 at lag 0 (ER = 0.61; 95% CI = 0.33 - 0.89) for an increase of 10 mg/m3 in concentrations of the pollutants. In conclusion, this study showed that short-term exposure to air pollution was positively associated with increased respiratory hospital admissions in İstanbul and women and elderly people were more sensitive to respiratory risk of air pollution. In the second article, the Saharan dust particulate matter (PM10 and PM2.5) episode on İstanbul in February 2015 by using air quality and meteorological data with NASA satellite images and Aqua/Modis Satellite aerosol products was examined. The aim of this study was to better understand the effect of dust transportation on İstanbul's air quality. Although the effect of Saharan dust transportation on PM10 concentrations in Turkey was examined many times, its effect on PM2.5 concentrations has not been studied yet sufficiently. In February 2015, İstanbul experienced a Saharan dust episode and during this event the concentrations of particulate matter rose to very high levels. Satellite products, and air quality monitoring data from ground observations were utilized. On 01 February 2015, a cyclone centered on Adriatic Sea with a 990-hPa low pressure center caused a southerly wind event on the eastern Mediterranean. Desert sands lifted by strong winds hovered off the coasts of North Africa and spanned the Aegean Sea, passing over Istanbul and reaching as far north as the Black Sea. The dust storm hit the Marmara, Aegean, Black Sea, andMediterranean Sea regions of Turkey. Dust-laden weather was accompanied by low atmospheric pressure, warm air, and strong winds during the episode. The daily average air temperature on the day of the event was 17.4 °C which is well above the average (6.1 °C) and maximum temperature (9 °C) values of February of İstanbul. The daily average wind speed (6.5 m/s) was also remarkably high compared with the average wind speed value (2.6 m/s) of the city. On 01 February, very high AOD values (>1.0) were observed due to atmospheric dust transportation starting from the northern part of Libya, passing through the Aegean Sea and reaching to Black Sea over İstanbul. PM10 concentrations climbed to 325.1 μg/m3 on 01 February. However, PM2.5 concentrations did not increase considerably, only a slight increase occurred. This study showed that the PM10 concentrations increased significantly during the dust episode while PM2.5 concentrations did not increase considerably. There was only a slight rise in the values of PM2.5. The significant increase for the PM10 values can be explained by the higher gravitational settling velocities of coarse particles in the atmosphere. Another result of this study is the dust storm period was not significantly associated with respiratory hospital admissions. In the third article, the effects of air pollutants (PM10, PM2.5, and NO2) on hospital admissions for asthma, chronic obstructive pulmonary disease (COPD), and acute bronchitis to better understand the association between air pollution and respiratory diseases were assesed in the city. In order to investigate the health effects of air pollutants (Excess Risk, ERR), a time-series analysis of daily respiratory hospital admissions and outdoor air pollutants was performed using single-pollutant Poisson generalized linear model (GLM) over a 5- year period (2013–2017) at different time lags (0–9). Our results show that air pollutants have significant immediate and delayed effects on hospital admissions depending on different diseases. NO2 and PM2.5 have the highest risk effects on the hospital admissions. According to the results, a 10 μg/m3 increase in PM10 was associated with a 2.0 % (95%CI: 0.63–6.30) increase at lag 5, PM2.5 with a 2.15 % (95%CI: 1.57–2.96) increase at lag 1 and NO2 with a 2.3 % (95%CI: 1.33–3.96) increase at lag 7 in the number of hospital admissions for asthma, respectively. A 10 μg/m3 increase in PM10 was associated with a 1.62 % (95%CI: 0.42–6.32) increase at lag 0, PM2.5 with a 1.78 % (95 %CI: 0.28–11.3) increase at lag 8 and NO2 with a 1.41 % (95%CI: 0.50–3.96) increase at lag 8 in the number of hospital admissions for COPD, respectively. A 10 μg/m3 increase in PM10 was associated with a 0.84 % (95%CI: 0.56–1.26) increase at lag 0, PM2.5 with an 8.06 % (95%CI: 3.36–19.4) increase at lag 9 and NO2 with a 0.73 % (95%CI: 0.68–0.77) increase at lag 0 in the number of hospital admissions for acute bronchitis, respectively. Compared to PM10 and NO2, the risk effect of PM2.5 on acute bronchitis is much higher. This study showed that air pollution is associated with increased hospital admissions for some of the most common and serious respiratory diseases in Turkey.
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.
Assessing the impact of climate change on Euphrates and Tigris discharge using distributed hydrologic model

(Graduate School, 2024-07-01) Salkım, Emre ; Ünal, Yurdanur ; Demirel, Mehmed Cüneyd ; 511211007 ; Atmospheric Sciences

Hosting Türkiye, Syria, Iraq, and Iran, Euphrates-Tigris Basin is a significant case facing the earliest consequences of climate change. Considering its semi-arid nature and lack of hydro-political governance among its riparians, consistency of hydroclimatic research over the region is vital. Accordingly, in the first part of this research, historical and future simulations of three regional climate models (RCMs) (CLMcom-KIT-CCLM5-0-15, GERICS-REMO2015, and ICTP-RegCM4-7) dynamically downscaled from three earth surface models (ESMs) (HadGEM2, MPI-ESM, and NorESM1) (total of nine) by Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment's Africa domain (CORDEX- Africa) were evaluated over the Euphrates and Tigris Basin (ETB). Biases of these RCMs were showcased by comparing the reference period to the corresponding ERA5 reanalysis, considering the mean daily surface temperature at 2 meters (°C) and daily total precipitation (mm/day). Distinctions emerge in the analysis of bias maps. Seasonal analysis of the RCMs during the reference period further exhibits these distinctions. Multi- model ensembles (MME) were created to increase the certainty of future predictions regarding RCP2.6 and RCP8.5. MMEs outperform each RCM in terms of hindcasting. To overcome remaining systematic biases and preserve the extremes for future periods, bias corrections were carried out using empirical quantile mapping. Corrected data indicate increased temperatures for ETB regarding both scenarios by the end of the century (up to 1.5°C for RCP2.6 and 5.7°C for RCP8.5). Since ETB is a semi-arid region, changes in precipitation and potential evapotranspiration over the basin were not remarkable reaching up to 0.1 mm/day increase for RCP 2.6 and RCP8.5. The resulting data presents the changes in the basin's climate in the 21st century, provide a comprehensive retrospective benchmarking opportunity for the developing datasets in the CORDEX family (e.g., CMIP6), and offer strategic insight regarding in-situ data scarcity over the region. During the second part of this research, obtained MME data were used to run The Mesoscale Hydrologic Model (mHM) to investigate the changes in routed streamflow, total surface runoff and the depth of snowpack within ETB. The outputs of mHM show up to 15% increase for Euphrates and up to 10% decrease for Tigris River systems in terms of routed streamflow by the end of the century regarding RCP2.6. RCP8.5 showcases more drastic changes reaching up to 25% decrease in the discharge levels for the last period of this investigation. Up to 25% increase is expected on the southeastern parts of the basin as the amount of increasing precipitation also supports this outcome. Decrease in the depth of snowpack and the apparent shift in snowmelt is remarkable over the mountainous areas which needs further investigation. Overall, ETB is likely to face substantial changes in the near and the distant future, as these changes put the water, food, and energy nexus in danger, threatening the ETB's prosperity and sustainable development.
Atmosferik koşullar yardımıyla kar yağışı ile yağmuru ayıran kritik sıcaklığın Türkiye genelinde belirlenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-08-19) Özgür, Evren ; Koçak, Kasım ; 511122008 ; Atmosfer Bilimleri

Son yıllarda etkisini iyice hissettiren küresel iklim değişikliği ve sıcaklık artışı, insan yaşamını birçok alanda etkilemektedir. Bu etkilerin başında şiddetli yağışlar sonucunda meydana gelen taşkın olayları ve şiddetli kuraklıklar yer almaktadır. Ülkemizin de içinde bulunduğu Akdeniz Havzası, küresel iklim değişikliğinin olumsuz etkilerine en fazla maruz kalması beklenen bölgelerin başında gelmektedir. Sıcaklık artışının, ülkemizin de içinde bulunduğu orta enlemlerde meydana gelen yağışların türü üzerinde de etkili olması beklenmektedir. Son yıllarda ülkemizde yapılan çalışmalar sonucunda özellikle Doğu Anadolu Bölgesi başta olmak üzere, birçok bölgede kar yağışlı gün sayısının toplam yağışlı gün sayısına oranında anlamlı derecede azalışlar olduğu görülmüştür. Bu değişimin de sıcaklık artışı ile doğrudan ilişkili olduğu ortaya çıkarılmıştır. Önceki çalışmalardan elde edilen sonuçlar doğrultusunda, kar yağışı ve yağmur ile ilgili daha detaylı çalışmalar yapma zorunluğu doğmuştur. Kritik sıcaklık kavramı, kar yağışı ile yağmurun eşit olasılıkta gerçekleştiği sıcaklık olarak tanımlanmaktadır. Bir başka deyişle, iki yağış türünün de oluşma olasılığının %50 olduğu sıcaklık değeri kritik sıcaklık olarak adlandırılır. Kritik sıcaklık değerinin tarihsel gelişimi incelendiğinde, önceki yıllarda kritik sıcaklık olarak sabit bir eşik sıcaklık değeri kullanıldığı görülmektedir. İlerleyen yıllarda ise, dünya genelinde farklı yaklaşımlarla kritik sıcaklık değeri tespitleri yapılmıştır. Dünya genelinde kritik sıcaklık ile ilgili yapılan çalışmalarda çoğunlukla yağışın türünü etkileyen en önemli faktör olan hava sıcaklığının üzerinde durulmuştur. Bunun yanı sıra; bağıl nem, ıslak hazne sıcaklığı, hava basıncı ve yere yakın seviyede yer alan enversiyon gibi etkenlerin de yağış türü üzerinde etkisi olduğu çeşitli çalışmalar sonucunda ortaya koyulmuştur. Bu çalışmanın amacı; Türkiye genelinde kar yağışı ile yağmuru ayıran kritik sıcaklık değerlerinin ortaya çıkarılması, kritik sıcaklıklarda zamansal ve alansal olarak herhangi bir değişimin olup olmadığını ortaya konması ve kritik sıcaklıkları etkileyen değişkenlerin belirlenmesidir. Çalışma kapsamında kritik sıcaklık değerleri hem hava sıcaklığı, hem de çiy noktası sıcaklığı için tespit edilmiştir. Çalışmada kullanılan veriler Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden temin edilmiştir. Talep edilen veriler sinoptik gözlem yapan istasyonlara ait yağış devam saatleri (yağışın türü, başlangıç ve bitiş saatleri), saatlik hava sıcaklığı ve saatlik bağıl nem verileridir. Kullanılan veri periyodu, hava sıcaklığı için 1997-2016, çiy noktası sıcaklığı için 2007-2016 yılları arasını kapsamaktadır. Kar yağışı ile yağmuru ayıracak olan sıcaklıklar hesaplanacağı için, hem kar yağışı hem de yağmurun birlikte gerçekleştiği kış mevsimi dikkate alınmıştır. Çalışmada yağış türleri olarak kar, kar sağanağı, yağmur ve yağmur sağanağı kullanılmıştır. Tüm istasyonlar için değerlendirildiğinde, 8 farklı kış periyodu olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada ilk olarak, Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden temin edilen yağış devam saatleri istasyon bazında yağış türüne göre ayrılmıştır. Yağışın başladığı ana ait sıcaklık verileri kullanılacağı için, elde yer alan saatlik sıcaklık değerleri kullanılarak interpolasyon yapılmıştır. İnterpolasyon gerçekleştirebilmek için de, yağışın başlama saatinin tam saatini de içerek şekilde 5 ardışık saatteki sıcaklık değerlerini bir araya getiren bir makro oluşturulmuştur. Bu makro sonucunda yağış devam saatleri bilgileri ile 5 ardışık saatteki sıcaklık değerleri aynı dosyada birleştirilmiştir. Daha sonra yağışın tam olarak başladığı zamandaki sıcaklık değerleri, FORTRAN yazılımı kullanılarak gerçekleştirilen interpolasyon ile tespit edilmiştir. Bulunan bu sıcaklık değerleri de, yağışın türüne göre (kar ve yağmur) ayrılmıştır. Çiy noktası sıcaklığı ayrımı için interpolasyon prosedürünün aynısı bağıl nem değerlerini bulmak için de uygulanmıştır. Yağış türüne göre (kar ve yağmur) yağışın başlangıcındaki sıcaklık ve bağıl nem değerleri elde edildikten sonra, önceden belirlenmiş sıcaklık aralıkları kullanılarak her bir yağış durumu sayılmış, kar ve yağmur için olasılık dağılımları ortaya çıkarılmıştır. Kritik hava sıcaklığı için 20 yıl olan çalışma periyodu 10'ar yıllık iki periyoda ayrılmış ve iki on yıllık dönem arasındaki değişim de incelenmiştir. Bununla birlikte, yüksekliğin ve bağıl nemin kritik sıcaklık türlerine etkisi de incelenmiştir. Çalışmada 1997-2006 dönemi kritik hava sıcaklığı değerleri hesaplandığında, 67 adet istasyonun 55 tanesinde kritik hava sıcaklığı değeri tespit edilmiş olup, bunların 51 tanesinde kritik sıcaklık değeri 0.5°C ile 2.0°C arasındadır. Tüm istasyonların kritik sıcaklık ortalaması ise 1.2°C olarak bulunmuştur. 2007-2016 döneminde ise, 80 adet istasyonun 68 tanesinde kritik hava sıcaklığı değeri tespit edilmiştir. Bu istasyonların 62 tanesinde kritik sıcaklık değerinin 1.0°C ile 2.5°C arasında olduğu görülmüştür. Bu periyot için tüm istasyonların kritik sıcaklık ortalaması ise 1.7°C olarak tespit edilmiştir. Çalışma periyodunun tamamı incelendiğinde, 20 yıllık verisi olan 68 adet isatsyonun 50 tanesinde kritik hava sıcaklığı değerinin 0.5°C ile 2.0°C arasında olduğu görülmüştür. 20 yıllık dönem için tüm istasyonların kritik sıcaklık ortalaması ise 1.4°C olarak tespit edilmiştir. Kritik hava sıcaklığının 10'ar yıllık kıyaslamasına bakıldığında; her iki on yıllık dönemde de kritik değere sahip olup, karşılaştırması yapılabilen 52 adet istasyonun 39 tanesinde kritik hava sıcaklığı değerlerinde artış olduğu görülmektedir. Bu artışların 31 tanesi ise, 0.0°C ile 1.0°C arasında gerçekleşmiştir. Tüm istasyonlar için kritik hava sıcaklığı değerlerinde ortalama 0.4°C'lik bir artış gözlenmektedir. 2007-2016 dönemi için kritik çiy noktası sıcaklığı değerleri hesaplandığında ise, kritik değer tespit edilebilen 42 adet istasyonun 31 tanesinde kritik çiy noktası değerinin -0.5°C ile 1.0°C arasında olduğu görülmüştür. Tüm istasyonlar için kritik çiy noktası sıcaklığı ortalaması ise -0.2°C olarak hesaplanmıştır. Çalışmada son olarak ise; kritik sıcaklık değerleri ile yükseklik, bağıl nem ve basınç ilişkileri incelenmiştir. Her iki kritik sıcaklık türü için, yükseklik değerleri ile anlamlı olmayan ters ilişki olduğu görülmüştür. Her iki sıcaklık türü ile basınç arasında, anlamlı olmayan bir doğrusal ilişki bulunmuştur. Kritik sıcaklıkların bağıl nem ile olan ilişkileri incelendiğinde ise, bağıl nem ile kritik çiy noktası sıcaklığı arasında istatistiksel olarak anlamlı bir doğrusal ilişki ortaya çıkarılmıştır. Bu çalışma, ülkemizde kar yağışı ile yağmuru ayıran kritik sıcaklığın incelendiği ilk çalışma olma özelliğine sahiptir. Çalışmada elde edilen sonuçların; hem ülkemizde hem de ülkemizin de içinde bulunduğu Akdeniz Havzası'nda yapılacak çalışmaların sonuçlarına katkı sunması hedeflenmektedir. Çalışmada elde edilen sonuçların, su kaynaklarının korunması ve daha etkin kullanılması konusunda karar vericilere bilgi desteği sağlaması amaçlanmaktadır. Ayrıca elde edilen sonuçlarla uzaktan algılama, hava tahmini, vb. alanlar için de araştırmacılara bilgi desteği sağlanması hedeflenmektedir.
Ayçiçeği bitkisinin karbondioksit akılarının Eddy kovaryans yöntemiyle belirlenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-07-02) Çağlıyan, Ayhan ; Şaylan, Levent ; 511211003 ; Atmosfer Bilimleri

İklim değişikliği, atmosferdeki sera gazı miktarlarının artmasıyla şiddetlenmekte ve olumsuz etkileri artmaktadır. Bu durumu kontrol altına almak için sera gazı kaynakları ve yutak alanları üzerinde çalışmalar yoğunlaşmıştır. Karasal ekosistemde karbondioksit (CO2) yutak alanları arasında ormanlar, otlaklar, tarım arazileri, sulak alanlar, çalılıklar ve savanlar bulunmaktadır. Tarım alanlarından meydana gelen CO2 emisyon ve yutak değerlerinin tespiti, ulusal ve küresel sera gazı bütçesinin belirlenmesinde çok önemlidir. Bu çalışma, iklim değişikliği bağlamında tarımsal faaliyetlerin ve bitki örtüsünün karbon akıları üzerindeki etkilerini incelemek amacıyla yapılmıştır. Mikrometeorolojik bir yöntem olan Eddy kovaryans (EC) yöntemi kullanılan bu çalışma, ayçiçeği bitkisi üzerinde yapılmıştır. Uluslararası alanda yaygın olarak kullanılan ve güvenilir sonuçlar veren bu mikrometeorolojik yöntem, çeşitli tarımsal ürünlerin karbon akılarının hassas bir şekilde belirlenmesinde sıklıkla kullanılmaktadır. Mevcut literatürde yapılan çalışmaların büyük bir çoğunluğu buğday ve mısır gibi bitkilere odaklanmış olup, ayçiçeği gibi önemli bir tarımsal ürün üzerinde yeterli araştırma yapılmamıştır. Bu çalışma, ayçiçeği bitkisinin net ekosistem karbon değişimini (NEE), brüt birincil üretimini (GPP) ve ekosistem solunumunu (Reco) belirlemeyi amaçlamaktadır. Ayçiçeği bitkisi üzerinde yapılan bu ayrıntılı çalışma, bu bitkinin farklı büyüme evrelerindeki karbon dinamiklerini ortaya koymayı hedeflemekte olup, literatürdeki önemli bir boşluğu doldurmayı amaçlamaktadır. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar, tarımsal ekosistemlerin karbon bütçesinin daha iyi anlaşılması açısından önemli katkılar sağlayabilir. Bu çalışma kapsamında geniş kapsamlı bir literatür taraması yapılmış ve dünya genelinde farklı bitkilerin NEE değerleri incelenerek bu çalışmalardan elde edilen sonuçlar belirlenmiştir. Çeşitli bölgelerde ve iklim koşullarında yapılan çalışmalardan hesaplanan NEE değerleri, literatür taramasıyla elde edilerek karşılaştırılmıştır. Tez kapsamında, ayçiçeği bitkisinin farklı fenolojik evrelerindeki karbon akıları detaylı bir şekilde belirlenmiş ve bu akılardaki değişimlerin hangi faktörlerden kaynaklandığı incelenmiştir. Bitkinin tüm fenolojik evreleri analiz edilmiş ve bu evrelerde meydana gelen karbon akılarındaki değişiklikler belirlenmiştir. Ayrıca, bitkinin yaprak alan indeksi (LAI), bitki boyu ve bitki biyokütlesi gibi bitkisel özelliklerinin, bitkinin karbon akıları ile ilişkisi araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, çeşitli meteorolojik değişkenlerle ilişkilendirilmiş ve hangi meteorolojik değişkenlerin karbon akılarını etkilediği belirlenmeye çalışılmıştır. Bu bağlamda; hava sıcaklığı, toprak sıcaklığı, bağıl nem ve güneş radyasyonu gibi meteorolojik değişkenlerin ayçiçeği bitkisinin karbon akıları üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu değişkenlerin her birinin ayçiçeği bitkisinin karbon akılarıyla olan ilişkisi bulunmuştur. Atatürk Toprak Su ve Tarımsal Meteoroloji Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü'nün çalışma sahasında 11 Nisan 2017 ve 15 Ağustos 2017 tarihleri arasını kapsayan bu çalışmada, eddy kovaryans yöntemi kullanılarak ayçiçeği bitkisinin ekiminden hasadına kadar toplam Reco, GPP ve NEE değerleri sırasıyla 1053.45 gC/m², 1424.33 gC/m² ve -371.87 gC/m² olarak belirlenmiştir. Hava sıcaklığı, çıkış ve yapraklanma gibi fenolojik aşamalarda GPP ile daha yüksek ilişkiye sahipken, bu ilişki diğer dönemlerde azalmaktadır. Yine aynı dönemlerde toprak sıcaklığıyla beraber Reco ve GPP değerleri de paralel bir artış sağlamıştır. Bitkinin tüm fenolojik evreleri birlikte değerlendirildiğinde, toprak sıcaklığı ve hava sıcaklığının NEE karbon akısı ile arasında anlamlı bir ilişki tespit edilememiştir.
Bitki yüzeylerinde Eddy kovaryans yöntemiyle ölçülen ve modellenen karbon değişiminin analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-10-25) Altınbaş, Nilcan ; Şaylan, Levent ; 511142003 ; Atmosfer Bilimleri

Ülkeler arası yapılan iklim değişikliği ile ilgili protokollerde, ulusal ve küresel sera gazı emisyonlarının azaltılmasına ve yutak miktarının arttırılmasına yönelik çalışmaların gerekliliği vurgulanmaktadır. Bu kapsamda, karbon ayak izinin azaltılması birincil amaçtır. Ülkeler, sera gazı bütçelerini IPCC tarafından belirlenen üç aşamadan birine göre hesaplamak durumundadır. Bu aşamalardan birincisi, kendi bitkilerine özgü emisyon ve yutak katsayıları olmadığı durumda ülkelerin kullanması gereken katsayıları sağlayan en alt aşamadır. İkinci ve üçüncü aşamalar ise ülkelerin kendi ülkelerinde geliştirilmiş araştırmalara ve modellere dayanarak yapılan sera gazı hesaplamalarına dayanır. Genellikle ülkelere özgü emisyon ve yutak katsayıları yok ise Hükümetler Arası İklim Değişikliği Paneli (IPCC) tarafından kendilerine önerilen yöntem veya başka ülkelerdeki çalışmalardan elde edilen katsayılardan uygun olanı seçip kullanma zorunluluğu oluşmaktadır. Bu durum, ülkelerin ulusal sera gazı emisyon ve yutaklarının; dolayısıyla sera gazı bütçelerinin tam olarak doğru tespit edilmesinde önemli bir engel oluşturmaktadır. Ülkemizde de sera gazı emisyon ve yutak katsayılarının olmadığı sektörler ve alt bileşenlerinde IPCC tarafından önerilen yöntem ve katsayılar ile ulusal sera gazı bütçemiz hesaplanmaktadır. Ülkemiz sera gazı bütçesinde tarım alanlarından kaynaklanan CO2 eşdeğeri yaklaşık %14 gibi büyük bir paya sahiptir. Bu konuda yapılacak çalışmalar için de öncelikle yersel verilerin elde edilmesi, net ekosistem değişiminin ve bileşenlerinin belirlenmesi ilk adımı oluşturmaktadır. Bu konuda yapılacak çalışmalar için de öncelikle yersel verilerin elde edilmesi, net ekosistem değişiminin ve bileşenlerinin belirlenmesi ilk adımı oluşturmaktadır. Bu tür çalışmaların genişletilmesiyle birlikte önce küçük çapta daha sonra da büyük çapta karbon bütçeleri oluşturulabilir. Ortaya çıkacak sonuçlar, bitkilerin mikrometeorolojik anlamda atmosfere etkileri hakkında bilgilendirme yapabileceği gibi tarım ve iklim politikalarının belirlenmesinde yer alan planlayıcı kurum ve kuruluşlara da katkıda bulunabilecektir. Gelecekte, bu çalışma kapsamında belirlenecek yutak ve emisyon katsayıları, bölgede tarımla uğraşan çiftçilere devlet teşvikleri sağlanması ile ilgili politikalarda kullanılabilir. Bu tez çalışmasının ana amacı; enerji akılarını belirlemede uluslararası literatürde en yaygın kullanılan yöntemlerden biri olan Eddy Kovaryans tekniği ile kanola bitkisi yüzeyinden ölçümler alınarak, toprak ve atmosfer arasındaki sera gazı değişimlerinin belirlenmesidir. Ayrıca, ekili bitkinin fotosentez ve solunum bileşenleri göz önüne alınarak, karbon yutak ve emisyonu bakımından atmosfere nasıl bir etkide bulunacağının belirlenmesi hedeflenmiştir. Sonuç olarak, elde edilen net ekosistem değişimi (NEE)'nin farklı veriler yardımıyla ve istatistiksel yöntemlerle modellenmesi ve model sonuçlarının ölçümlerle karşılaştırılarak en uygun yöntemlerin literatüre kazandırılması amaçlanmıştır. Ayrıca NEE ölçümlerinin yaygın olmaması sebebiyle, ihtiyaç duyulduğunda eldeki farklı değişkenlerle tahmininin yapılabilmesi aracılığıyla, literatürde sıklıkla kullanılan istatistiksel yöntemlerin kullanılabilirliğinin araştırılması da amaçlanmıştır. Bu amaçla hem lineer hem de nonlineer analizlerle yüksek ilişkiler sağlanabilecek yöntemler seçilmiştir. Bu yöntemlerin uygulanabilmesi için farklı veri setlerinin kullanıldığı senaryoların oluşturulması planlanmış, test edilmiş ve daha sonra uygulamaları yapılmıştır. Tez kapsamında, Kırklareli ilindeki Atatürk Toprak, Su ve Tarımsal Meteoroloji Araştırma Enstitüsü arazisinde (41°41'53''K, 27°12'37''D, 170 m), İTÜ Meteoroloji Mühendisliği Bölümü Tarımsal Meteoroloji Araştırma Ekibi tarafından kurulmuş olan Eddy Kovaryans (LI-7500, LI-COR Biosciences) sisteminden 10 Hz zaman çözünürlüğünde veri toplanmış ve analizleri yapılmıştır. Eddy Kovaryans yöntemi; tarım alanları, ormanlık alanlar, şehir alanları, su yüzeyleri gibi farklı ekosistemlerde uygulanabilen bir yöntemdir. Aynı arazide bulunan tarımsal meteoroloji istasyonundan alınan meteorolojik veriler, arazi çalışmalarından elde edilen tarımsal veriler ve MODIS uzaktan algılama verileri de bu çalışmada yapılan analiz ve karşılaştırmalar için kullanılmıştır. Çalışma kapsamında, Dünya çapında önemli bir yağ bitkisi olarak bilinen kanolanın (Brasicca napus Oleifera sp.), 15 Ekim 2015-29 Haziran 2016 tarihleri arasındaki gelişme dönemini kapsayan veri kullanılmıştır. Veri, kanola ekili arazi üzerinden gelişme dönemi boyunca eksiksiz olarak toplanmıştır. Kanola, ülkemizde hem kışlık hem yazlık olarak yetiştirilebilen bir bitkidir. Kısa gelişme dönemiyle birim alandan yüksek ürün ve yağ sağlanması sebebiyle tüm dünyada uzun yıllardır tarımsal üretimde tercih edilen bir bitkidir. Yağlı tohumuyla üretimde avantaj sağlayan bu bitkinin, karbon salınımı bakımından da avantajlarının araştırılmasının hem üreticiler hem de karar vericiler için bilgilendirici olacağı düşünülmektedir. Ülkemizde, üretim miktarlarına göre üreticilere sağlanan primler belirlenirken verim üzerinde durulmaktadır. Fakat iklim değişikliği ve hava kirliliği gibi artmakta olan çevresel sorunlar göz önüne alındığında, gelecek yıllarda üretimi yapılan bitkilerin çevreye olan katkıları da göz önünde bulundurularak bu primlerin belirlenmesi mümkün olabilir. Bunun sağlanması için öncelikle bitkilerin atmosferle ve çevreyle etkileşimlerinin ayrı ayrı incelenmesi gerekmektedir. Bu bağlamda, bu tez çalışmasının da içeriğini oluşturan karbon akılarının bilinmesi bir noktada daha ön plana çıkmaktadır. Çalışmada öncelikle EC verisi ve aynı zamanda meteorolojik veri toplanarak analiz edilmiştir. Tüm veriler için kalite kontrol işlemleri gerçekleştirilmiş olup; aykırı verinin veri setinden uzaklaştırılması, doldurulması ve filtrelenmesi gibi işlemler her veri setine özel olarak uygulanmıştır. Gelişme dönemi boyunca araziden alınan örnek ve fotoğraflarla fenolojik dönemler belirlenmiş ve analizlerde bu dönemler ayrı ayrı incelenmiştir. Bitki gelişiminin göstergeleri olan veriler de belirli aralıklarla toplanmış ve daha sonra uzaktan algılama verisiyle karşılaştırılmıştır. Arazide ekili kanola bitkisinin, gelişme dönemi boyunca atmosferden bünyesine ne kadar CO2 gazı indirdiğini ve atmosfere ne kadar CO2 gazı saldığını belirlemek için EC sisteminden alınan ölçümlerle NEE belirlenmiştir. Bu çalışma, ülkemizde kanola bitkisinin NEE değişimlerinin belirlendiği ve dolayısıyla yaygın olarak yetiştirilen bu bitkinin karbon bütçesine etkisinin belirlendiği ilk çalışmadır. Ölçüm sonuçlarından elde edilen analizlere göre; NEE'nin negatif değerlerinin en yüksek olduğu (bitkinin bünyesine CO2 indirdiği) zamanlar, kanola bitkisinin yapraklanma, çiçeklenme ve tohum oluşturma dönemlerinde gerçekleşmiştir. Diğer fenolojik dönemlerde ise salınan CO2 miktarları indirilenden fazladır. Bitki, 258 günlük gelişme dönemi boyunca m2 başına atmosferden yaklaşık olarak 116,3 gram karbon indirmiştir. Kanola gelişme dönemindeki günlük NEE değerlerinin ortalaması -0,47 g C m-2 olarak hesaplanmıştır. NEE'nin gelişme dönemi boyunca belirlenmesinin ardından, diğer değişkenlerle ilişkileri incelenmiştir. Tarımsal meteorolojik değişkenlerle ilişkiler incelendiğinde; NEE'nin en yüksek ilişkileri sıcaklık, toprak su içeriği ve global radyasyon verisiyle gösterdiği görülmüştür. Bitki büyüme ölçütlerinden bitki boyu, LAI ve kuru biyokütle ile de istatistiksel olarak anlamlı ilişkilere ulaşılmıştır. Daha sonra, farklı istatistiksel yöntemlerle NEE'nin tahmini ve modellenmesi üzerine çalışılmıştır. Meteoroloji, tarım ve uzaktan algılama verisinin bir arada kullanıldığı lineer ve nonlineer yöntemlerle NEE verisinin validasyonu ve tahmini için analizler yapılmıştır. NEE'nin modellenmesi amacıyla, farklı değişken setlerini içeren senaryolara göre çoklu lineer regresyon, destek vektör makineleri, nonlineer regresyon ve yapay sinir ağları yöntemleri kullanılmıştır. Senaryolar oluşturulurken; NEE'nin en yüksek ilişkili olduğu değişkenler, meteoroloji ölçüm istasyonlarında en yaygın ölçülenler, tarımsal meteorolojik ölçümlerin de hesaba katılması gibi birtakım ölçütler göz önünde bulundurulmuştur. Farklı senaryolara ait sonuçlar ayrı ayrı irdelenmiştir. Orijinal NEE verisiyle tahminler kıyaslandığında, tüm senaryolar için en yakın sonuçları nonlineer regresyon analizleri vermiştir. Diğer analizlere göre korelasyonlar daha yüksek, hata terimleri daha düşük çıkmıştır. NEE'nin en tutarlı tahmininin elde edildiği senaryo; en az değişkenin ele alındığı ve yapay sinir ağları ile yapılan analiz sonucu elde edilmiştir. En yüksek determinasyon katsayısı (R2=0,80), bu analiz sonucunda elde edilmiştir. Sonuç olarak, çalışma bulguları; kanola bitkisinin karbon salınımı davranışı, fotosentez ve solunum aktiviteleri çerçevesinde NEE'nin meteoroloji, bitki ve uzaktan algılama verilerine göre analizi, tahmini ve kullanılabilecek istatistiksel yöntemler ile birlikte tahminlerin hangi veriler ele alındığında iyileştirilebileceğine dair önemli sonuçları ortaya koymuştur.
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.
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.
Çanakkale'nin Biga ve Lapseki bölgesi özelinde kırsal alanlardaki troposferik ozon seviyelerinin değerlendirilmesi ve meteorolojik-fotokimyasal modellerin uygulanmasıyla dağılımının belirlenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-17) Sarı, Deniz ; İncecik, Salahattin ; 511112002 ; Atmosfer Bilimleri

Dünya genelinde büyük kentlerin yanı sıra kırsal alanlarda da partikül madde, karbon monoksit, azot dioksit, kükürt dioksit ve ozon gibi kirleticilere karşı kalınan maruziyet gün geçtikçe artmaktadır. Emisyon kaynaklarının bulundukları bölge dışında uzun mesafeli atmosferik taşınımları sonucunda yüzlerce kilometre uzaklıktaki alanları da etkileyebilmesi bu durumun sebeplerinden biri olarak tanımlanabilir. Kaynaklardan çıkan kirleticiler bu taşınım sırasında değişmeden atmosfere dağıldığı gibi fiziksel ve kimyasal mekanizmaların etkisiyle farklı kirleticilere de dönüşebilmektedir. Bu tarz dönüşümler sonucu meydana gelen ve ikincil bir kirletici olarak tanımlanan ozon, insan sağlığı, tarım ve ekosistemler üzerindeki zararlı etkileri nedeniyle karar vericilerin üzerinde durmasını ve gerekli önlemleri almasını gerektirecek bir gazdır. Tez çalışması kapsamında Türkiye'de Marmara Bölgesi'nin Biga Yarımadası'nın kuzey batısında yer alan Çanakkale'nin Biga ve Lapseki ilçelerindeki yüksek ozon konsantrasyonlarının oluşmasına neden olan atmosferik koşulların rolünü anlamak ve detaylı bir şekilde karakterize etmek için geri yörünge modeli, meteorolojik-fotokimyasal modelleri ve hava kalitesi ölçümlerini içeren bir hava kalitesi yönetim modeli kurgulanması hedeflenmiştir. Bu model ile kırsal bir alandaki ozon seviyelerinin tespiti ve kaynakların katkısının belirlenmesine yönelik bölgeye özgü bir yaklaşım geliştirilmesi amaçlanmıştır. Yarımadanın dağlık, kırsal ve yarı-kentsel bölgelerinde üç yıl boyunca (2013-2015) izleme istasyonlarında ozon konsantrasyonları ölçülmüş ve elde edilen sonuçların geçmişte Akdeniz Havzası için yapılan benzer çalışmalar sonucunda üretilen değerlere yakın düzeylerde olduğu tespit edilmiştir. Bölgedeki en yüksek ozon değerleri emisyon kaynaklarından uzaktaki dağlık alanlarda ölçülmüştür. Dağlık alandaki yüzey ozonunun Temmuz'da büyük bir zirveyi ve Nisan'da ikincil bir zirveyi temsil ettiği gözlemlenmiştir. Kırsal alanda ölçülen saatlik yüzey ozon konsantrasyonların ise genellikle yarı kentsel bölgesinden daha yüksek olduğu belirlenmiştir. İzleme noktalarında ölçülen yıllık ortalama ozon seviyeleri noktaların deniz seviyelerinden yükseklikleri ile karşılaştırıldığında r=0,67'lik bir uyum gözlenmektedir. Bölgedeki yüzey ozonu konsantrasyonları genellikle Temmuz-Ağustos aylarında maksimum seviyelere ulaşırken, Ekim-Aralık dönemlerinde ise minimum değerleri görmektedir. Biga Yarımadası'nda yıllık ortalama yüzey ozon konsantrasyonları 48-117 μg/m3, yaz dönemlerindeki aylık ortalamalar ise 78-187 μg/m3 arasında ölçülmüştür. Bölgede gerçekleştirilen ölçümler incelendiğinde ulusal sınır değerlerin aşıldığı tespit edilmiştir. Ayrıca yapılan AOT40 hesaplamaları sonucu, ozonun bölgedeki bitki ve ormanlar üzerinde zarar verici boyutta bir etkisinin olabileceğini göstermektedir. Hava kirleticilerinin oluşumu, taşınması ve dağılmasında meteorolojik koşullar önemli bir rol oynamaktadır. Bölgedeki ozon seviyelerinin meteorolojik koşullar ile ilişkisi incelediğinde özellikle sıcaklıkla arasında yüksek bir korelasyon (r=0,6) olduğu görülmektedir. Ozon konsantrasyonları ile bağıl nem değerleri arasında ise negatif bir korelasyon (r=-0,5) olduğu belirlenmiştir. Ayrıca yüzey ozonun oluşumuna yerel kaynakların yanı sıra bölgesel taşınımın da etkisinin olabileceği düşünülerek bölge için ozon gülleri hazırlanmıştır. Bölgedeki en yüksek ozon konsantrasyonlarının rüzgar akışının KD yönünden olduğunda meydana geldiği tespit edilmiştir. HYSPLIT modelinin kümeleme algoritması kullanılarak bölgeye gelen hava hareketleri belirlenmiş ve ana rotanın %44 ile Doğu Avrupa ve İstanbul üzerinden olduğu tespit edilmiştir. Toplamda hava hareketlerinin yaklaşık %72'sinin bölgeye kuzey yönlerden gelmekte olduğu ve bu hareketlerin gerçekleştiği dönemlerde yüksek ozon değerlerinin görüldüğü belirlenmiştir. Hava kütlelerinin kalan kısmı ise bölgeye güney yönünden, Akdeniz bölgesinden gelmekte olup; bu hareketlerin olduğu dönemlerdeki ozon seviyeleri genellikle daha düşüktür. Bölgede gerçekleştirilen hava kalitesi ölçümleri sonucunda 2013-2015 yılları arası için 5 episodik ozon dönemi tespit edilmiştir. Bu episodlar için WRF/HYSPLIT modeli kullanılarak yüksek ozon seviyelerinin gözlendiği bu dönemlerdeki hava hareketleri incelenmiş olup; tümünde hava kütlelerinin kuzeyden başka bir deyişle İstanbul, Batı Avrupa ve Doğu Rusya üzerinden geldiği belirlenmiştir. Episod dönemlerindeki meteorolojik koşulların tahmini için WRF ARW 3.8 modeli kullanılmıştır. Model belirlenen episodlar için sırasıyla 9 km, 3 km ve 1 km yatay çözünürlüğe sahip üç tek yönlü iç içe alan olarak yapılandırılmış ve çalıştırılmıştır. Üretilen sonuçlara göre 1. Episod döneminde yüksek basınç sistemi ve düşük rüzgar hızları hakimdir. 2. Episod ve 3. Episod da bölge üzerinde yüksek basınç sistemi hakim olurken; rüzgar hızları ise düşük-orta seviyelerdedir. Ayrıca 2. episod döneminde Etezyen rüzgarları bölgede hakim olup; öğleden sonraki saatlerde maksimuma ulaşır ve ozonun dağılmasında önemli bir rol oynamaktadır. Model çıktılarına göre 4. ve 5. Episod da yüksek basınç sistemleri ve hafif rüzgarlar bölgede gözlenmektedir. Gerçekleştirilen model çalışmasının güvenilebilirliğini test etmek amacıyla 4 meteoroloji istasyonunun verileri kullanılarak karşılaştırmalar gerçekleştirilmiştir. Model doğrulama çalışmaları sonucunda hava sıcaklığının model tarafından başarılı bir şekilde tahmin edildiği belirlenmiştir (r=0,85). Bölgedeki ozonun taşınımı, dağılımı ve seviyesinin belirlenmesi amacıyla WRF-Chem fotokimyasal modeli kullanılmıştır. Simülasyonlar sonucunda bölgedeki ozonun ana kirletici kaynağının antropojenik emisyonlar olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca biyojenik emisyonların da ozon seviyeleri üzerindeki etkisinin göz ardı edilemeyecek seviyelerde olduğu belirlenmiştir. Bölgedeki biyojenik emisyonların katkısı günlük ortalamada yarı kentsel alan için %6-27 ve kırsal alan için ise %6-23 arasında değişmektedir. Episodlar kendi aralarında karşılaştırıldığında en düşük ozon seviyelerinin genellikle 4. Episod da görüldüğü belirlenmiştir. Bu durumun nedeni olarak episoddaki sıcaklıkların daha düşük seviyelerde; bağıl nem değerinin yüksek olması olabilir. Bölgedeki en yüksek ozon olayı ise 5. Episod gözlenmiştir. Bu durumun oluşmasında en önemli etkenlerin diğer dönemlere kıyasla yerel sirkülasyonların neden olduğu inversiyon, sıcaklıkların çok yüksek ve rüzgar hızlarının da düşük seyretmesi olduğu düşünülmektedir. WRF-Chem modeli sonuçları güvenirliklerinin test edilmesi amacıyla istatistiksel teknikler kullanılarak dört farklı hava kalitesi izleme istasyonunda gözlemlenen saatlik ozon ölçüm verileri ile karşılaştırılmıştır. Hesaplanan ozon konsantrasyonlarının tüm episodlardaki ve konumlardaki karşılaştırılmaları sonucunda uyum indisinin 0,5-0,8 arasında değiştiği hesaplanmıştır. Korelasyon katsayıları ise 0,2-0,9 aralığında hesaplanmıştır. Çalışma sonucunda meteorolojik ve fotokimyasal modeller kullanılarak elde edilen öngörülerin istenilen düzeyde güvenirliğe sahip olduğu düşünülmektedir. Tez çalışması kapsamında uygulanan model doğrultusunda kırsal alanlardaki ozonu etkileyen meteorolojik koşullar ile antropojenik ve biyojenik emisyon kaynaklarının katkıları belirlenmiştir. Geliştirilen bu yaklaşımın, farklı kırsal ve yarı kentsel alanlarda yapılacak hava kalitesi yönetimi çalışmalarına da fayda sağlayacağı düşünülmektedir. Ayrıca bu yaklaşım ile bölgede yer alan floranın da maruz kaldığı ozon seviyeleri belirlenmiş; ulusal standartlardaki sınır değerler ile karşılaştırılarak mevcut durumu ortaya konmuştur. Bu yaklaşım, ülkemizde benzer özellikler taşıyan ve özel öneme sahip kırsal alanlar içinde uygulanabilecek ve bu alanların korunmasına yönelik karar vericilere yol gösterecektir.
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.
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.
Fog analysis for Antalya International Airport

(Graduate School, 2025-01-22) Keskin, Muhammed ; Demirhan, Deniz ; 511201020 ; Atmospheric Science

Fog represents one of the most challenging meteorological phenomena affecting air transportation, exerting considerable influence on flight safety, operational efficiency, and overall passenger experience. Reduced visibility during fog events can lead to flight delays, cancellations, diversions, and, in extreme cases, serious accidents. The resulting financial losses for airlines, coupled with the inconveniences and time delays imposed on passengers, highlight the critical importance of understanding and managing fog occurrences at airports. Although coastal regions often experience frequent and dense fog, Antalya International Airport, situated on the Mediterranean coast of Türkiye, presents a notable deviation from this pattern. The rarity of fog events at this seaside location offers a unique opportunity to investigate the underlying meteorological and microclimatic dynamics that influence fog formation. This thesis provides a comprehensive analysis of fog events recorded at Antalya International Airport between 2001 and 2022. Utilizing a rich dataset derived from Aviation Routine Weather Reports (METAR) and Aviation Selected Special Weather Reports (SPECI), this study examines the frequency, timing, and characteristics of fog occurrences on annual, seasonal, monthly, and hourly scales. Special attention is given to visibility trends and the interplay between regional climatic conditions, particularly wind speed and direction, temperature, and humidity patterns, that collectively govern the onset and dissipation of fog. The results reveal that despite Antalya's coastal setting, the number of fog events is remarkably low, totaling only 11 occurrences over the 22-year study period. Seasonal analysis indicates that fog is most frequently observed in the spring season, with the highest concentrations recorded in April. Furthermore, fog typically forms during the early morning hours, often between midnight and 5 AM, when radiative cooling leads to surface temperature declines and heightened relative humidity levels conducive to condensation. These findings correlate with established meteorological principles that link nocturnal cooling and reduced turbulence to increased fog likelihood. An in-depth examination of visibility conditions during fog events shows that while visibility commonly falls below 1,000 meters, a substantial proportion of fog occurrences maintain visibility levels around 800 meters, allowing the continued use of Instrument Landing Systems (ILS). This moderate reduction in visibility helps mitigate some operational challenges, though flight delays and route adjustments may still be necessary. Wind rose analyses further indicate that fog events are strongly associated with weak northerly winds at speeds generally below 4 m/s. Such calm atmospheric conditions hinder the dispersion of moisture-laden air near the surface, favoring fog formation. By focusing on the unusual infrequency of fog at Antalya International Airport, this research offers valuable insights into the local microclimatic conditions that shape fog dynamics. The interplay between coastal geography, prevailing wind patterns, and the thermal properties of land and sea surfaces emerges as a key driver of the observed patterns. Understanding these factors is essential for air traffic management, as improved forecasting and operational planning can enhance flight safety, reduce delays, and lower economic costs. In conclusion, this study provides a detailed characterization of fog phenomena at Antalya International Airport, illustrating the importance of site-specific meteorological analyses. The findings contribute to the broader knowledge base on fog formation and dispersion processes, potentially guiding the development of more effective operational strategies and advanced forecasting tools at Antalya and other airports with similarly distinctive climatic conditions.
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.
Geomagnetically induced currents over Iznik associated with geomagnetic storms

(Graduate School, 2025-02-21) Dağ, Rana Betül ; Kaymaz, Zerefşan ; 511221009 ; Atmospheric Sciences

Geomagnetic storms are major disturbances that occur in the Earth's magnetotail when there is significant amount of mass and momentum transferred into the magnetosphere from the solar wind as a result of magnetic reconnection. They are erratic in nature in that their occurrences cannot be predicted yet reliably. Thus, the studies in order to understand the geomagnetic storm characteristics is crucial in order to understand their behavior. Geomagnetically Induced Currents (GICs) are one of their direct results that one can observe through instruments and measure. GICs are electrical currents flowing from the magnetosphere to the ground along magnetic field lines through the ionosphere. They cause electrical power outages on the ground and cause economic damage. The purpose of this study is to investigate the GICs statistically in detail using the geomagnetic field observations recorded in Iznik magnetic observatory since 2005. Geomagnetic storms are global phenomena and their effects are seen over the globe in various ways starting from the high latitudes towards low latitudes. This study explores the geomagnetic storm effects on the ground magnetic field disturbances which are associated with the GICs. It is the first study in its kind exploring the geomagnetic storm effects over Türkiye located at mid-latitudes. Since the geomagnetic phenomena is global itself, the results obtained here have importance in order to understand their character as well as their effects, especially over the midlatitudes, to better deal with its adverse effects, such as electrical power problems that the companies have to cope with. The GICs are directly related to the changes in the geomagnetic field over time, in other words, the time derivative of the geomagnetic field (dH/dt). Any change in the configuration of the magnetic field is associated with an electrical current through the Faraday Law of Maxwell equations. Taking this as an advantage, it is possible to address the GICs by studying the variations in the ground magnetic fields since the magnetic fields are much easier to measure than measuring the electric fields at a region on the ground as the electric currents on the ground may be caused by various phenomena, artificial and/or natural, and thus require more sophisticated methods to record. This study explores the disturbances in the Iznik ground magnetic field statistically that occur in response to the geomagnetic storms from 2015 to 2023. First, the geomagnetic storm events were determined using the magnetic index Dst and the 68 magnetic storm event were determined. These events were made sure that they either correspond to a sudden commencement (SC) or sudden impulse in the solar wind. Following this, geomagnetic storm phases were determined for each storm event as well as the accompanying solar wind plasma and its magnetic field called as Inteplanetary Magnetic Field (IMF B) was obtained. Since the ultimate deriver of all variations both in the magnetosphere, in the ionosphere and on the ground is the solar wind plasma, the connection to the solar wind was also studied. The characteristics of the GICs, such as the strength, occurrence rate etc. and their dependence on the geomagnetic storm phases, solar wind plasma and IMF were determined. Solar win and IMF data used in this study were obtained from CDAWeb services at GSFC/NASA. It is shown that GICs over Iznik occur more frequently and stronger during the main phase of the geomagnetic storms as associated with the SC resulting from the solar wind compression of the magnetosphere. The magnitudes of GICs varies between 4 to 6 nT/min but GICs reaching to 83 nT/min are also observed. One of the unexpected results of this study is that GICs are found to occur as more frequently during the recovery phase as they occur during the main phase of the storm. While more GICs occur during the initial phase, the occurrence rates of GICs during the main and recovery phases are very close to each other. The analysis solar dependence of GICs were searched using solar wind dynamic pressure, speed, and density, and total IMF and southward component of the magnetic field (negative IMF BZ). Among these the highest correlation was found with the solar wind dynamic pressure. Between speed and density, it was shown that density is more influential compared to the speed as the correlations with speed is found to be much lower. The next solar wind parameter which affects GICs is found to be southward IMF BZ. Southward IMF BZ is responsible for the occurrence of geomagnetic storm and especially the strength of the main phase of the storm. Timely and accurate predictions of space weather phenomena are crucial in order to both understand the physical processes that lead to the space phenomena as well as for the purpose of taking precautions to reduce the economic damage and harm. Following the statistical analysis, the simulations were carried out for the selected three GIC events that involve SC by using Space Weather Modeling Framework (SWMF) and Calculate Magnetic Perturbations on the Ground from magnetosphere and ionosphere electrodynamics (CalcDeltaB) models from NASA's Community Coordinated Modelling Center (CCMC). The model that gives the magnetic field perturbations on the ground is the CalcDeltaB model and thus allows one to compare with the observations. Overall, it was found that the CalcDeltaB model overestimates the magnetic field variations on the ground and thus the GICs based on the relative errors. The level of the peak variations from the model was found to match with those observed, however, the time of the peaks were not correctly predicted. In general, when one compared the magnitude of the variations from the model, it can be seen that the model caught the general trend and magnitudes. However, because of the disagreements on the time of the variations result in high relative error calculations. The model agreed better when the ground disturbances were smaller. The model also provides the contributions from different magnetospheric currents on the occurrence of GICs. Detail examination on the results from the model for different current systems show that the most influential current system is the magnetopause currents (MPC), followed by field aligned currents (FAC), and these are followed by the ionospheric currents. The least effective current system is seen to be ionospheric currents which are ionospheric Hall currents (IHC) and ionospheric Pedersen currents (IPC). Between the two, it was found that IHC contributes more on the ground GICs and gives contribution as high as FACs do. All these differences between the observed and modelled GICs indicate where the model needs to be improved. In addition, it allows us to understand the physical causes of the ground disturbances during the magnetic storms resulting in GICs. This thesis has six chapters. The first chapter, Chapter 1, presents the terminology and gives some background on the space environment that is related GICs and literature survey on the subject. Second chapter (Chapter 2) gives data and methodology while third chapter (Chapter 3) presents the results from the analysis of the ground magnetic field data. The fourth chapter (Chapter 4) presents the correlations with magnetic storm phases, the fifth chapter (Chapter 5) model comparisons and the last chapter, Chapter 6 summarizes and concludes the study.
Hava kalitesi üzerindeki meteorolojik ve emisyon etkilerinin belirlenmesinde makine öğrenmesi tabanlı meteorolojik normalleştirme yönteminin uygulanması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-06-27) Denizoğlu, Muhamemed ; Toros, Hüseyin ; 511211020 ; Atmosfer Bilimleri

Tez No İndirme Tez Künye Durumu 887355 Pdf dosyası Hava kalitesi üzerindeki meteorolojik ve emisyon etkilerinin belirlenmesinde makine öğrenmesi tabanlı meteorolojik normalleştirme yönteminin uygulanması / Application of machine learning-based meteorological normalization to quantify meteorological and emissions impacts on air quality Yazar:MUHAMMED DENİZOĞLU Danışman: PROF. DR. ALİ DENİZ Yer Bilgisi: İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı Konu:Meteoroloji = Meteorology Dizin: Onaylandı Yüksek Lisans Türkçe 2024 85 s. Hem antropojenik hem de doğal emisyonların bir sonucu olan hava kirliliği, insan sağlığı, çevre ve iklim üzerinde olumsuz etkileri olan küresel bir sorundur. Kirleticilerdeki mekansal ve zamansal değişiklikler meteorolojik olaylardan ve atmosferin dinamik yapısından önemli ölçüde etkilenmektedir. Bu nedenle emisyonların modellenmesinde atmosferik koşulların etkisinin çok iyi bilinmesi gerekmektedir. Bu çalışmada Türkiye'nin en gelişmiş bölgesi olan Marmara Bölgesi'ndeki 10 şehirdeki Hava Kalitesi İzleme İstasyonlarından 2013-2020 dönemine ait saatlik PM10 verilerini açıklamak için meteoroloji istasyonlarından alınan meteorolojik gözlem, sınır tabaka yüksekliği ve zamansal değişkenleri kullanılarak ağaç tabanlı makine öğrenmesi yöntemi olan random forest (RF) modelleri kurulmuştur. Marmara Bölgesi'nde meteorolojinin ve emisyonların hava kalitesindeki değişiklikler ve trendler üzerindeki etkisini belirlemek amacıyla random forest modelleri meteorolojik normalleştirme işleminde kullanıldı. Meteorolojik olarak normalleştirilmiş PM10 konsatrasyonları ile ölçüm PM10 konsantrasyonları Theil-Sen trend analizinde kullanıldı. Bu çalışmada yapılan analize göre Marmara Bölgesi'ndeki 10 şehrin tamamının yıllık ortalama değerleri Dünya Sağlık Örgütü yıllık limit değerinin çok üstündedir. Dünya Sağlık Örgütü günlük limit değerlerini aşan gün sayısı çalışma periyodu boyunca en az Çanakkale (283) ve en çok Bursa (2182) tespit edilmiştir. Model performansı determinasyon katsayısı (R2) değeri için %60 ile %73 arasında değişirken Hataların Karesinin Ortalamasının Karekökü (RMSE) değerleri için 13,85 ile 34,93 arasında değişti. Jülyen günü, sınır tabaka yüksekliği ve sıcaklık genellikle PM10 konsantrasyondaki değişimi açıklayan en önemli değişkenlerdi. Çalışma periyodu boyunca 10 şehirden 7'sinde PM10 konsantrasyonlarının uzun vadeli trendi -5,07 µgm−3 ile -0,27 µgm−3 arasındaki değerler ile azalan bir trend göstermiştir. Meteorolojik olarak normalleştirilmiş PM10 konsantrasyonlarının uzun vadeli trend değerleri 8 şehirde −0,02 µgm−3 ile −5,1 µgm−3 arasındaki değerler ile negatif bir trend göstermiştir. Yıllık ortalamalarda meteorolojinin etkisi nispeten sabit devam ederken bölgenin genelinde kirlilik emisyondan kaynaklanan konsantrasyonlar ile açıklanır. Son yıllarda ölçülen konsantrasyonlardaki düşüş azalan emisyonlar ile ilişkilidir. Bu analiz yoluyla emisyonların ve meteorolojik koşulların etkisinin sınırlarının bilinmesi bölgenin hava kalitesinin iyileştirilmesinde faydalı olacaktır. Bu çalışmanın amacı hava kirliliğini daha iyi analiz ederek hava kalitesi ve iklim değişikliği konusundaki bilgimizi arttırmaktır.
Havalimanlarında sis hadisesinin CAT kategorileri temelinde incelenmesi ve yeni bir yaklaşım olarak rüyetografların geliştirilerek uygulanması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-02-07) Tek, Osman ; Şahin, Ahmet Duran ; 511201040 ; Atmosfer Bilimleri

Gelişen havacılık sektörü, modern toplumların kültür, ekonomi ve ulaşım alanlarındaki gelişimini etkileyen bir anahtar olmuştur. Bu sektörün yarattığı etkiler, insan yaşamını zenginleştiren bir dizi faktörü içermektedir. Her alanda olduğu gibi havacılıkta birçok riski bünyesinde barındırır. Bu risklerin en önemlilerden biri meteorolojik koşullar olmaktadır. Fırtınaların, yoğun sisin, kar yağışının ve şiddetli rüzgarların etkisiyle uçuş güvenliği ciddi bir şekilde tehlikeye girebilmekte, uçuşların iptal edilmesine veya gecikmeli olarak gerçekleşmesine neden olabilmektedir. Bu tür olumsuz durumları önceden tahmin ederek ve önleyerek havacılık sektörünün ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla, meteorolojinin özel bir dalı olan havacılık meteorolojisi geliştirilmiştir. Bu alandaki uzmanlar tarafından, hava koşullarını dikkatle izleyerek güvenli uçuş koşullarını sağlamak için stratejiler geliştirip uçuş operasyonlarını etkileyebilecek herhangi bir olumsuz durumu önceden tespit etmek hedeflenmiştir. Havacılıkta önemli risklerden olan meteorolojik koşulların başında; tahmini zor ve meteorolojik koşullardan en karmaşık faktör olan, sis hadisesi gelmektedir. Sis hadisesi, görüş mesafesini kısıtlayarak pilotların ve hava trafik kontrolörlerinin karar alma süreçlerini zorlaştırabilmektedir. Özellikle iniş ve kalkış aşamalarında, sisin varlığı uçuş güvenliği üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Bu sebeple, havalimanlarında uçakların düşük görüş koşullarında güvenli bir şekilde iniş yapmalarına olanak sağlayan, Aletli İniş Sistemi (ILS) bulunmaktadır. ILS; kategori I, kategori II ve kategori III olmak üzere üç yaklaşımdan oluşmaktadır. Bu tez kapsamında, 2015-2023 yılları arasında ocak, şubat, kasım ve aralık aylarında gerçekleşen sis hadiseleri için Türkiye'nin farklı bölgelerinde bulunan; Batman Havalimanı, Diyarbakır Havalimanı, Mardin Havalimanı, İstanbul Sabiha Gökçen Havalimanı, Ankara Esenboğa Havalimanı ve İstanbul Havalimanı olmak üzere altı havalimanı, ILS kategorilerine göre, sis hadisesinin en etkili olduğu kasım, aralık, ocak ve şubat aylarındaki RVR (Pist Görüş Mesafesi) verileri kullanılarak yeni bir yaklaşım olarak rüyetografların geliştirilmesi ve uygulanması yapılmıştır. Ancak 2018- 2023 yılları arasındaki verilerden 2023 yılına ait yalnızca ocak ve şubat ayları verileri kullanılmıştır. Ayrıca İstanbul Havalimanı 2018 yılında açıldığından, bu çalışmada sadece bu tarihten sonraki veriler dikkate alınmıştır. Bu günlerde yaşanan sis hadisesini daha etkili bir şekilde anlamak ve uçuş planlaması sırasında olası sorunları en aza indirmek amacıyla, her bir sis hasisesini üç aşamaya (başlangıç evresi, kritik evre, dağılma evresi) ayıran bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntemde başlangıç evresi, sisin düşmeye başladığı anı temsil eder ve CAT (550m, 350m, 200m) sınırına ulaşana kadar olan süreyi kapsar. Kritik Evre, sisin CAT (550m, 350m, 200m) sınırını geçip daha sonra tekrar bu sınıra geri dönme süresidir. Dağılma Evresi ise sisin dağılmaya başladığı ve pist görüş mesafesinin CAT (550m, 350m, 200m) sınırlarının üzerine çıktığı süreyi temsil etmektedir. Daha sonrasında, R programı kullanılarak her bir evre için sisin etkilerini daha iyi anlamak amacıyla dağılımın yüzde 50'si ve yüzde 80'i kullanılarak AYDF (Ampirik Yığışımlı Dağılım Fonksiyonu) analizi gerçekleştirilmiştir. Bu analizler, çalışılan her havalimanı için başlama, kritik ve dağılma evrelerinde geçen süreleri dakika cinsinden ortaya koymuştur. Ek olarak çalışılan her havalimanı için CAT I kategorisi baz alınarak pist görüş mesafesinin 550m altında olduğu kritik evrenin başlangıç ve bitiş saatleri belirlenip frekans analizi yapılarak riskli saatler belirlenmiştir. Frekans analiziyle uçağın inemediği saat dilimleri içinde riskli saatler "en riskli", "orta riskli" ve "az riskli" olarak belirlenmiştir. Frekans analizinin amacı, uçuş planlaması yapılırken en uygun saatleri seçerek uçuşların rötara uğramasını, divert ve iptal edilmesini en aza indirmek için havayolu şirketlerine ve havalimanı işletmecilerine rehberlik edebilmektedir. Yapılan bu analizler sonucunda, çalışılan her bir havalimanının sisin yıl boyunca nasıl değiştiğini göstermek amacıyla; CAT I, CAT II, CAT III kategorilerine göre, dağlımın %50'si ve %80'i için; bir akarsuda meydana gelen taşkın olayını, sis hadisesinin bir bölgedeki birikmesi ve görüşü kapatması olarak düşünülmüştür. Bu sebeple, taşkın olayında kullanılan birim hidrograf modelinden geliştirilen, yeni bir yaklaşım modeli olan "rüyetograf" oluşturulmuştur. Rüyetograflar CAT kategorileri sınırını baz alarak başlangıc, kritik ve dağılma olmak üzere üç aşamalı şekilde oluşturulmuştur. Oluşturulan rüyetograf sayesinde havalimanlarında yaşanan sis hadisesinin karmaşık yapısını tahmin edebilmek, planlayabilmek ve standartlaştırılmış hale getirilmesi mümkün kılınmıştır. Tez sonuçlarına göre; Ankara Esenboğa Havalimanı için 04:30-07:00 (UTC), Batman Havalimanı için 02:00-06:00 (UTC), Diyarbakır Havalimanı için 00:00-06:30 (UTC), İstanbul Havalimanı için 02:30-03:30, Mardin Havalimanı için 04:00-06:30 (UTC), İstanbul Sabiha Gökçen Havalimanı için 00:30-02:00 ve 04:00-06:00 zaman dilimlerinin sis hadisesinin gerçekleşme ihtimalleri açısından en riskli saatler olduğu belirlenmiştir. Altı havalimanında da sis hadisesinin yaşandığı riskli saatler yeryüzeyinin soğumaya başladığı saatlerden itibaren güneşin doğuşuna kadar olan zaman dilimi olduğu görülmektedir. Bu duruma aykırı bir hadise görülmemektedir. CAT III kategorisine sahip olan Ankara Esenboğa Havalimanında, sis hadisesi yaşanan günlerin genellikle başlangıç evreleri dağılma evrelerinden daha uzun sürdüğü sonucuna varılmıştır. Mardin Havalimanında radyasyon sisi etkisinin hâkim sürmesi ve sis hadiseleri çok ani bir şekilde CAT kategorileri sınırlarının atına indiği belirlenmiştir. Diyarbakır Havalimanı ve Batman Havalimanı yakınından geçen nehir, sis hadisesinin ani bir şekilde yaşanmasına sebep olmaktadır. İstanbul Havalimanı ve İstanbul Sabiha Gökçen Havalimanı'nda deniz etkisi altında olduğu görülmektedir ancak konum sebebiyle birbirileri ile benzerlik göstermemektedir. Yeni bir yaklaşım modeli olarak "rüyetografların" geliştirilmesi ve uygulanması, her bir havalimanı için özelleştirilmiş olarak, havayolu endüstrisi için kapsamlı bir kaynak olma potansiyeline sahiptir. Sis olaylarının yıl boyunca nasıl değiştiğini anlamak, operasyonel maliyetleri azaltmak ve uçuş planlamasını optimize etmek amacıyla stratejiler geliştirmeye yönelik olarak kullanılabilirler. Frekans analizleri, havayolu şirketleri ve havalimanı işletmecileri için önemli bir kaynak olabilir, çünkü uçuş planlaması sırasında en uygun saatleri seçmek ve uçuşların rötara uğramasını, divert olmasını ve iptal edilmesini en aza indirmek amacıyla kullanılabilir.
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.

Gözat

Başlık ile LEE- Atmosfer Bilimleri Lisansüstü Programı'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri