LEE- Atmosfer Bilimleri-Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

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

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.
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.
Ankara, İstanbul ve İzmir illerine ait karbon ayak izi hesaplaması ve Monte Carlo simülasyonu ile belirsizlik analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Yakut, Sena Ecem ; Şahin, Ahmet Duran ; 511191022 ; Atmosfer Bilimleri Programı

Atmosferde bulunan sera gazları dünya açısından oldukça önemlidir. Sera gazı olmayan bir dünyada kavurucu sıcaklar ve aşırı soğuk geceler yaşanırken, dünyanın yaşanabilir özelliği daha az olurdu. Ancak doğal faaliyetlerin etkisiyle atmosferde bulunan sera gazları dünya sıcaklığının 15°C olmasını sağlayarak, daha yaşanabilir bir dünya sağlamaktadır. Sanayi Devrimi ile birlikte sera gazı konsantrasyonları her geçen gün artmaya başlamıştır. Sanayi Devriminden önce sera gazı konsantrasyonu 285 ppm iken 2022 yılında 417 ppm'e kadar yükselmiştir. İnsan kaynaklı sera gazı konsantrasyonlarının artmasına en büyük neden ise enerji sektörüdür. Enerji sektöründen sonra tarım, orman ve diğer arazi kullanımı, endüstri, ulaşım ve inşaat sektörleri de sera gazı konsantrasyonlarını arttırıcı etki yaratmaktadır. İklim değişikliğinin etkileri hissedildikçe, konu hakkında yapılan çalışmalar artmaya başlamıştır. İklim değişikliği ile mücadeleye yönelik uluslararası olarak yapılan ilk sözleşme Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesidir. Sözleşmenin amacı, iklim sisteminde antropojenik etkiyi ve dolayısıyla atmosferdeki insan kaynaklı sera gazı konsantrasyonlarını azaltmaktır. Sözleşme, taraf olan ülkelere zorunluluk yüklememektedir. Kyoto Protokolü iklim değişikliği ile mücadele konusunda yapılacak faaliyetlerin somutlaştırılması yönünden önem taşımaktadır. Taraf olan ülkelere sera gazı azaltımları yönünden çeşitli sınırlama yükümlülükleri getirmiştir. Son yapılan Paris Antlaşması'nda ise ilk defa uzun dönemli sıcaklık hedefi konmuştur. Antlaşmanın amacı öncelikle küresel sıcaklık artışının Sanayi Devrimi öncesine göre 2°C'nin altında tutulması ve hatta 1.5°C ile sınırlandırmasıdır. Küresel ısınma küresel ölçekte pek çok değişikliğe sebep olmaktadır. Deniz ve kara yüzeylerinde ve hava sıcaklığında artışı, deniz seviyesinin yükselmesi, buzulların erimesi ve hacimlerinin azalması, ekstrem hava olaylarının görülme sıklığının artması, biyoçeşitliliğin azalması bu değişiklikler arasındadır. Sera gazlarındaki artışa bağlı olarak yaşanan iklim krizi tüm dünyanın ortak sorunudur. Pek çok ülke küresel ısınmayı azaltmak için işbirliği yaparak çözüm bulmaya çalışmaktadır. Bunun için öncelikle atmosfere verdikleri zararı ölçmeye başlamışlardır. Dünya genelinde ülkeler, kurumlar ve kişiler tarafından atmosfere verilen sera gazları karbondioksit eşdeğeri (CO2e) cinsinden hesaplanmakta ve bu karbon ayak izi (KAİ) olarak adlandırılmaktadır. Küresel veya şehir ölçeğinde, kurumsal veya bireysel olarak atmosfere verilen karbon miktarının hesaplanıp takip edilmesi, emisyonu azaltmak için geliştirilecek stratejilerin ve eylem planlarının temelini oluşturmaktadır. KAİ, bireylerin, kurumların veya ülkelerin yaptıkları faaliyetler sonucunda atmosfere verdikleri sera gazlarının CO2 cinsinden karşılığı olarak tanımlanmaktadır. KAİ, birincil ve ikincil ayak izi olarak ikiye ayrılmıştır. Birincil ayak izi; ulaşım ve enerji tüketimi gibi faaliyetlerde fosil yakıtların kullanılması sonucu doğrudan ortaya çıkan CO2 emisyonlarını ifade ederken; ikincil ayak izi, kullanılan bütün ürünlerin yaşam döngüsü içinde üretiminden bozulma sürecine kadar olan dolaylı CO2 emisyonlarını ifade etmektedir. KAİ'nin zamanla artması bölgesel ve küresel ölçekte doğrudan veya dolaylı olarak canlılara ve dünyaya zarar vermektedir. Bunu önlemek için öncelikle KAİ hesaplanmalı ve hesaplamalar doğrultusunda gerekli önlemler alınmalıdır. Dünya'daki toplam emisyon miktarı 2020 yılında 34.807 milyon ton karbondioksit eşdeğeri (MtCO2)'dir. Türkiye'nin de 1990 yılındaki sera gazı emisyonu 220 MtCO2e iken 2020 yılında 524 MtCO2e yükselmiştir. Yıllar içerisindeki nüfus artışı, ekonominin gelişmesi, ulaşım araçları, tüketimin artması ve bunlar gibi pek çok sebep bu yükselişe sebep olmuştur. Gönüllü Karbon Piyasalarında yer alan Türkiye, zorunluluğu bulunmamasına rağmen emisyon hesaplamaları yapmaya başlamıştır. Bireysel, kurumsal, şehir ölçeğinde veya ülke genelinde hesaplanan bu emisyon miktarları, Türkiye'nin iklim değişikliği mücadele konusundaki çalışmalarının temelini oluşturmaktadır. Şehirler pek çok çalışmada sera gazlarının başlıca sorumlusu olarak görülmektedir. Dünya genelinde kentsel alanlar kırsal alanlarının önüne geçmiştir. Kentsel nüfusun artışı beraberinde ısınma amaçlı tüketilen yakıt miktarını, sanayideki üretimi, taşıt kullanımını, oluşan atık miktarını, hayvansal ürünlerin üretim ve tüketim miktarını arttırmaktadır. Tüm bu süreçler doğaya KAİ olarak dönmektedir. Bu nedenle şehir ölçeğinde sera gazı emisyonlarını hesaplamak önem kazanmaktadır. Şehirlerden ortaya çıkan sera gazı emisyonu hesaplamak ve bu hesaplanan miktarları birbirleri ile kıyaslamak için çeşitli kılavuzlar geliştirilmiştir. Bu tez çalışması kapsamında IPCC 2006 Kılavuzuna göre hesaplama yapılmıştır. Kılavuzun önerisine göre hesaplamalar üç aşama olarak hesaplanabilir. Tier 1 olarak ifade edilen yöntem en basit olandır, yalnızca yakıt tüketimine bağlıdır. Emisyon faktörleri (EF) olarak kılavuzdaki değerler alınmaktadır. Tier 2 yönteminde ise ülkeye özgü EF'leri kullanılmaktadır. Tier 3, kullanılan yakıta, yanma teknolojisine, çalışma koşullarına, kontrol teknolojisine, bakım kalitesine ve yakıtın yanması için kullanılan ekipmanın yaşına bağlıdır. Bu çalışmada Tier 3 yönteminin gerektirdiği verilere erişilemediği için hesaplamalar Tier 1 ve Tier 2 yöntemleri ile yapılmıştır. Türkiye'de nüfus, gayrisafi yurt içi hasıla, taşıt sayısı, ısınma amaçlı tüketilen yakıt, sanayideki üretim ve atık üretimi gibi pek çok konuda Ankara, İstanbul ve İzmir ilk üç sırada yer almaktadır. Üç şehrin birbirlerinden farklı bölgelerde bulunması, iklimsel farklılıkları, farklı sosyo-ekonomik özelliklere sahip olması nedeni ile bu üç şehir üzerinde çalışma yapılmış, 2010-2020 arasındaki emisyonlar hesaplanarak birbirleri ile kıyaslanmıştır. IPCC 2006 Kılavuzunda yer alan sabit yanma, mobil yanma, enterik fermantasyon, katı atıkların bertarafı ve biyolojik arıtımları alt sektörleri için hesaplama yapılmıştır. Bu sektörlerden atmosfere verilen CO2, metan (CH4) ve nitröz oksit (N2O) hesaplanmıştır. IPCC'nin 5. Değerlendirme Raporu'na göre CH4'ın küresel ısınma potansiyeli 28 ve N2O'in 265 olarak alınmıştır. Bu değerler kullanılarak emisyon miktarları CO2e olarak hesaplanmıştır. Sabit yanma sektörü altında konutlarda tüketilen doğal gaz, kömür, fuel oil ve elektrik ticari ve resmi kurumlarda tüketilen doğal gaz ve elektrik, sanayi ve enerji endüstrisindeki doğal gaz ve elektrik, sokak aydınlatması, tarımsal sulamadan kaynaklanan sera gazı emisyonları hesaplanmıştır. Sonuçlara göre Tier 1 ve Tier 2 yöntemleri arasında çok küçük farklar olduğu görülmüştür. Sabit yanmadan kaynaklanan emisyon miktarları Ankara'da 2015 senesinde 16 bin ktCO2e, 2020 yılında 20 bin ktCO2e, İstanbul'da 2015 senesinde 43 bin ktCO2e, 2020 yılında 45 bin ktCO2e ve İzmir'de 2015 senesinde 22,3 bin ktCO2e, 2020 yılında 22,8 bin ktCO2e'dir. Mobil yanmadan kaynaklanan Tier 1 emisyonları hem şehir içi hem de transit geçişteki yakıt tüketimine bağlı olarak hesaplanmıştır. Ankara'da ulaşımda tüketilen yakıt miktarına bağlı olarak 2010 senesinde 5,3 bin ktCO2e, 2020 yılında 8,2 bin ktCO2e, İstanbul'da 2010 senesinde 11,5 bin ktCO2e, 2020 yılında 14,3 bin ktCO2e ve İzmir'de 2010 senesinde 4 bin ktCO2e, 2020 yılında 5,5 bin ktCO2e salım gerçekleşmiştir. Karayolu için Tier 2 ile yapılan hesaplama sonuçları daha düşük çıkmıştır. Havayolu için de iniş-kalkış sayılarına göre Tier 2 yöntemi ile emisyon hesabı yapılmıştır. En yüksek iniş-kalkış sırasındaki emisyonun İstanbul'da gerçekleştiği gözlenmiştir. Enterik fermantasyondan kaynaklanan emisyon miktarına göre üç şehirde de en yüksek emisyonun sığır türünden kaynaklandığı hesaplanmıştır. Enterik fermantasyon kaynaklı emisyon en fazla İzmir şehrinde, en düşük ise İstanbul'da gözlenmiştir. Katı atık bertarafından kaynaklanan emisyonlar, şehir sınırları içerisinde toplanan katı atık miktarı ve katı atık kompozisyonuna bağlı olarak hesaplanmıştır. Katı atık bertaraf sahalarında büyük oranda CH4 emisyonu oluşmaktadır. Toplanan CH4 gazından elektrik enerjisi üretilmektedir. Bu sayede atık bertarafı için harcanan enerji geri kazanılmaktadır. Atık miktarı en fazla İstanbul'da olduğu için en yüksek emisyon İstanbul'da gözlenmiştir. Ayrıca İstanbul'da bulunan kompostlaştırma tesislerindeki CH4 ve N2O emisyon miktarları da hesaplanmıştır. Orman amenajman planlarına göre 2010 senesine ormanlarda depolanan karbon miktarı hesaplanmıştır ve en yüksek karbon depolamasının İzmir ilinde olduğu gözlemlenmiştir. Son olarak Monte Carlo Simülasyonu ile faaliyet verileri ve EF'lerindeki belirsizlik aralıklarına göre yapılan hesaplamaların güven aralığında olup olmadığı kontrol edilmiştir. Belediye Başkanları Sözleşmesine taraf olan bazı belediyeler envanter ve azaltım planları oluşturmaya başlamıştır. Envanter hazırlama sürecinde pek çok kurumdan veri toplanması gerekmektedir. Ülkemizde veri toplama sürecinin kolaylaştırılması ile emisyon envanteri hazırlamanın kolaylaşacağı düşünülmektedir.
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.
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.
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.
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.
Investigation of spacecraft surface charging for a telecommunication satellite at geosynchronous orbit

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

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

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

Bu çalışmada toz taşınım konusu Marmara Bölgesi için araştırılmaya çalışılmış olup, taşınım ile kirlilik artışları yaşanan bölgelerde bu artışların ne kadar olduğu ve etkileyebildiği istasyonlar belirlenmeye çalışılmıştır. Marmara Bölgesi'ndeki taşınım durumları, Edirne ve İstanbul'a ait kirlilik ve meteorolojik veriler incelenerek araştırılmıştır.
Measurement and analysis of sky brightness in tae-3: A case study in Antarctica

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

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

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

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

Gözat

Başlık ile LEE- Atmosfer Bilimleri-Yüksek Lisans'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri