LEE- Atmosfer Bilimleri-Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 8
-
ÖgeYüzer güneş enerjisi santrallerinin (YGES) konuşlandırılmasında bulanık örtüştürmeye dayalı bir optimizasyon metodolojisi: YGES elverişli rezervuar yüzeyi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-11-23)Son yıllarda iklim değişikliğinin etkileri tüm dünyada giderek yaygınlaşmaktadır. Ekstrem meteorolojik koşulların hem görülme sıklığı hem de şiddetindeki artışlar olarak hissedilen bu etkilerin başında da, küresel sıcaklık ortalamalarındaki artışlar gelmektedir. Sıcaklık ile beraber havanın taşıyabileceği su miktarı da artmaktadır. Bu da beraberinde özellikle su rezervuarlarından gerçekleşen buharlaşmayı artırmaktadır. Birbirini destekleyen, pozitif olarak besleyen bu iklim mekanizması nedeniyle tüm dünyada kullanılabilir su kaynakları, kuraklık riski ile daha fazla karşı karşıya kalmaktadır. Dünyada iklim değişikliğinin en önemli gerekçelerinin başında, atmosfere salınan sera gazı emisyonları gelmektedir. Sera gazları her türlü aktivite ile üretilerek atmosfere salınsa da, kömür ve doğalgaz gibi fosil yakıt tüketerek enerji üretimi sonrasında en yüksek miktarlarda emisyon üretilmektedir. Sera gazları ayrıca hava kirliliğine de neden olduğundan, toplum sağlığı açısından doğrudan bir tehlikedir. Son 30 yıldır yaygınlaşan yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı, atmosfere salınan sera gazı emisyon miktarını azaltmayı hedeflese de ülkelerin gelişmişlik ve ekonomik refah amaçlı politikaları, bunu pek mümkün kılmamaktadır. Başta sayılan küresel ısınmaya bağlı kuraklık tehdidi ve sera gazı emisyonlarından kaynaklı diğer etkiler başta rüzgar ve güneş enerjisi olmak üzere yenilenebilir enerji uygulamalarını gezegen ve canlılığın devamı için artık bir zorunluluk haline getirmiştir. En dikkat çekici yenilenebilir enerji uygulamalarından birisi, "Yüzer Güneş Enerjisi Santralleri (YGES)"dir. YGES'ler, kurulu oldukları su rezervuarlarında fotovoltaik panellerle ilgili olarak termal soğutma etkisi ile güneş enerjisi üretimini artırır. Ayrıca kurulu oldukları yüzer platform, güneş ile su rezervuarının doğrudan iletişimini kestiğinden dolayı buharlaşmayı azaltıcı bir rol oynamaktadırlar. Ancak kurulum ve kullanımı tüm dünyada giderek yaygınlaşan YGES'ler için uygun tesis yerlerinin belirlenmesi önemli bir sorundur. Diğer bir deyişle, dünya genelinde herhangi bir su rezervuarının üzerinde kurulacak bir YGES'in mikro-konuşlandırılmasında uygulanabilecek ortak bir yöntem eksikliği vardır. Coğrafi olarak baraj, gölet vb. su toplama rezervuarları farklı morfometrik yüzey alanlarına sahiptir. Bu nedenle tüm dünyada karşı karşıya kalınabilecek ortak doğal kısıtların mekânsal olarak çözümlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, Türkiye'nin güneybatısında Antalya ili sınırlarındaki Manavgat Baraj Rezervuarı'nda barajın rezervuarı üzerinde güneş ışınımı, rüzgar hızı ve dalga yüksekliği olmak üzere üç temel doğal kısıt, yapılan kapsamlı ve yüksek yatay çözünürlüklü mekânsal çalışmalarla çözümlenmeye çalışılmıştır. YGES kurulumu için; güneş ışınımının yüksek, rüzgar hızı ile dalga yüksekliğinin düşük olduğu yerler uygun olarak değerlendirilmiştir. Bu amaçla çalışma kapsamında ilk olarak, çevredeki topoğrafyanın rezervuar üzerindeki gölgeleme etkileri nedeniyle rezervuar alanının tamamında güneş ışınımı miktarı belirlenmiştir. Güneş Işınımı için yaygın kullanılan CBS platformlarından birisi olan QGIS ve eklenti olarak sunulan r.sun modülünden yararlanılmıştır. Bu modülün seçilmesinin nedeni büyük projelerde kullanılmış bir eklenti olmasıdır. "r.sun" ile rezervuar üzerine gelen yıllık toplam güneş ışınımı, farklı radyasyon bileşenleri ile hesaplanmıştır. İkinci aşamada, bölgesel olarak ekstrem rüzgar koşullarının görüldüğü fırtına-hortum vb. koşullar sonucunda rezervuar yüzeyinde görülebilecek şiddetli rüzgarların mekânsal olarak çözümlenmiştir. Bunun için bölgede 2019 yılında yaşanan 3 günlük bir fırtına olayı seçilmiş, bu fırtınanın öncelikle sekiz farklı varyasyonda fizik parametreleri ile yapılandırılan sayısal hava tahmin modeli WRF/ARW simülasyonları koşturulmuştur. Bölgedeki otomatik meteoroloji istasyonlarındaki rüzgar hızı ile ilgili gözlemlerle en uyumlu olduğu istatistiksel göstergelerle belirlenen model çıktıları, rezervuar sahası için yeterli yatay çözünürlüğe sahip olmadığından, WindNinja yazılımında sunulan kullanımı pratik hesaplamalı akışkan dinamiği yaklaşımı ve araçları ile rezervuar için 50m x 50m yatay çözünürlükte mekânsal rüzgar hızı katmanı elde edilmiştir.Üçüncü olarak da rüzgara bağlı meydana gelen su dalgalarının yüksekliği kabul görmüş yöntem ve araçlar kullanılarak analiz edilmiştir. Dalga yüksekliği öncesinde feç mesafesi de mekânsal olarak belirlenmesi gerektiğinden bu konuda bütünleşik çalışan bir araç için ArcGIS for Desktop platformunda çalışabilecek bir eklenti olan Waves araç kutusundan faydalanılmıştır. Böylelikle hakim rüzgar yönündeki feç mesafesi ve tespit edilen maksimum rüzgar göz önüne alınarak dalga yüksekliği mekansal olarak elde edilmiştir. Sayılan bu 3 doğal kısıtın (ya da kriterin) teker teker çözümlenmesinin ardından üçünü birden değerlendirmek için bulanık örtüştürme yaklaşımına başvurulmuştur. En temelde her birisi mekânsal birer raster harita olan bu 3 kısıtın çıktıları, 'bulanık örtüştürme' yönteminde yer alan bulanık toplam operatörü ile bir araya getirilmiştir. Böylelikle kendi birimlerinden bağımsız 0 – 1 aralığında değerler içeren harita katmanları elde edilmiştir. Bulanık örtüştürme ve bulanık operatörlerle işlem yapmak için, ArcGIS for Desktop platformundaki "Model Builder" ve Arctoolbox'daki "fuzzy overlay" araçları kullanılmıştır. Çalışma sonunda mekânsal olarak "Yüzer Güneş Enerjisi Santrali Elverişli Rezervuar Yüzeyi (YGES-ERY)" olarak adlandırılan bir harita katmanı üretilmiş ve yorumlanmıştır. Sonuç olarak Manavgat Barajı'nda YGES-ERY dikkate alındığında özellikle kıyıya yakın ve baraj gövdesinin yer aldığı güney kesimlerinde tesis kurulumunun çok uygun olmadığı, benzer şekilde kuzeye gidildikçe su derinliğinin azalması sonucunda, oluşan dalga yüksekliklerinin artması da bu bölgelerin YGES için uygun olmadığını göstermiştir. YGES için en uygun bölgelerin, rezervuarın orta kısımlarında, su derinliğinin fazla, kıyıdan uzak, etrafında ada olmayan güneydoğu kesimleri olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak bu tez çalışması kapsamında YGES tesislerinin bir baraja ait su rezervuarında uygun kurulum sahasının belirlenmesi için temel bir çerçeve sunan yeni bir yöntem önerisi uygulamalı olarak sunulmuştur.
-
ÖgeÇanakkale'nin Biga ve Lapseki bölgesi özelinde kırsal alanlardaki troposferik ozon seviyelerinin değerlendirilmesi ve meteorolojik-fotokimyasal modellerin uygulanmasıyla dağılımının belirlenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-17)Dünya genelinde büyük kentlerin yanı sıra kırsal alanlarda da partikül madde, karbon monoksit, azot dioksit, kükürt dioksit ve ozon gibi kirleticilere karşı kalınan maruziyet gün geçtikçe artmaktadır. Emisyon kaynaklarının bulundukları bölge dışında uzun mesafeli atmosferik taşınımları sonucunda yüzlerce kilometre uzaklıktaki alanları da etkileyebilmesi bu durumun sebeplerinden biri olarak tanımlanabilir. Kaynaklardan çıkan kirleticiler bu taşınım sırasında değişmeden atmosfere dağıldığı gibi fiziksel ve kimyasal mekanizmaların etkisiyle farklı kirleticilere de dönüşebilmektedir. Bu tarz dönüşümler sonucu meydana gelen ve ikincil bir kirletici olarak tanımlanan ozon, insan sağlığı, tarım ve ekosistemler üzerindeki zararlı etkileri nedeniyle karar vericilerin üzerinde durmasını ve gerekli önlemleri almasını gerektirecek bir gazdır. Tez çalışması kapsamında Türkiye'de Marmara Bölgesi'nin Biga Yarımadası'nın kuzey batısında yer alan Çanakkale'nin Biga ve Lapseki ilçelerindeki yüksek ozon konsantrasyonlarının oluşmasına neden olan atmosferik koşulların rolünü anlamak ve detaylı bir şekilde karakterize etmek için geri yörünge modeli, meteorolojik-fotokimyasal modelleri ve hava kalitesi ölçümlerini içeren bir hava kalitesi yönetim modeli kurgulanması hedeflenmiştir. Bu model ile kırsal bir alandaki ozon seviyelerinin tespiti ve kaynakların katkısının belirlenmesine yönelik bölgeye özgü bir yaklaşım geliştirilmesi amaçlanmıştır. Yarımadanın dağlık, kırsal ve yarı-kentsel bölgelerinde üç yıl boyunca (2013-2015) izleme istasyonlarında ozon konsantrasyonları ölçülmüş ve elde edilen sonuçların geçmişte Akdeniz Havzası için yapılan benzer çalışmalar sonucunda üretilen değerlere yakın düzeylerde olduğu tespit edilmiştir. Bölgedeki en yüksek ozon değerleri emisyon kaynaklarından uzaktaki dağlık alanlarda ölçülmüştür. Dağlık alandaki yüzey ozonunun Temmuz'da büyük bir zirveyi ve Nisan'da ikincil bir zirveyi temsil ettiği gözlemlenmiştir. Kırsal alanda ölçülen saatlik yüzey ozon konsantrasyonların ise genellikle yarı kentsel bölgesinden daha yüksek olduğu belirlenmiştir. İzleme noktalarında ölçülen yıllık ortalama ozon seviyeleri noktaların deniz seviyelerinden yükseklikleri ile karşılaştırıldığında r=0,67'lik bir uyum gözlenmektedir. Bölgedeki yüzey ozonu konsantrasyonları genellikle Temmuz-Ağustos aylarında maksimum seviyelere ulaşırken, Ekim-Aralık dönemlerinde ise minimum değerleri görmektedir. Biga Yarımadası'nda yıllık ortalama yüzey ozon konsantrasyonları 48-117 μg/m3, yaz dönemlerindeki aylık ortalamalar ise 78-187 μg/m3 arasında ölçülmüştür. Bölgede gerçekleştirilen ölçümler incelendiğinde ulusal sınır değerlerin aşıldığı tespit edilmiştir. Ayrıca yapılan AOT40 hesaplamaları sonucu, ozonun bölgedeki bitki ve ormanlar üzerinde zarar verici boyutta bir etkisinin olabileceğini göstermektedir. Hava kirleticilerinin oluşumu, taşınması ve dağılmasında meteorolojik koşullar önemli bir rol oynamaktadır. Bölgedeki ozon seviyelerinin meteorolojik koşullar ile ilişkisi incelediğinde özellikle sıcaklıkla arasında yüksek bir korelasyon (r=0,6) olduğu görülmektedir. Ozon konsantrasyonları ile bağıl nem değerleri arasında ise negatif bir korelasyon (r=-0,5) olduğu belirlenmiştir. Ayrıca yüzey ozonun oluşumuna yerel kaynakların yanı sıra bölgesel taşınımın da etkisinin olabileceği düşünülerek bölge için ozon gülleri hazırlanmıştır. Bölgedeki en yüksek ozon konsantrasyonlarının rüzgar akışının KD yönünden olduğunda meydana geldiği tespit edilmiştir. HYSPLIT modelinin kümeleme algoritması kullanılarak bölgeye gelen hava hareketleri belirlenmiş ve ana rotanın %44 ile Doğu Avrupa ve İstanbul üzerinden olduğu tespit edilmiştir. Toplamda hava hareketlerinin yaklaşık %72'sinin bölgeye kuzey yönlerden gelmekte olduğu ve bu hareketlerin gerçekleştiği dönemlerde yüksek ozon değerlerinin görüldüğü belirlenmiştir. Hava kütlelerinin kalan kısmı ise bölgeye güney yönünden, Akdeniz bölgesinden gelmekte olup; bu hareketlerin olduğu dönemlerdeki ozon seviyeleri genellikle daha düşüktür. Bölgede gerçekleştirilen hava kalitesi ölçümleri sonucunda 2013-2015 yılları arası için 5 episodik ozon dönemi tespit edilmiştir. Bu episodlar için WRF/HYSPLIT modeli kullanılarak yüksek ozon seviyelerinin gözlendiği bu dönemlerdeki hava hareketleri incelenmiş olup; tümünde hava kütlelerinin kuzeyden başka bir deyişle İstanbul, Batı Avrupa ve Doğu Rusya üzerinden geldiği belirlenmiştir. Episod dönemlerindeki meteorolojik koşulların tahmini için WRF ARW 3.8 modeli kullanılmıştır. Model belirlenen episodlar için sırasıyla 9 km, 3 km ve 1 km yatay çözünürlüğe sahip üç tek yönlü iç içe alan olarak yapılandırılmış ve çalıştırılmıştır. Üretilen sonuçlara göre 1. Episod döneminde yüksek basınç sistemi ve düşük rüzgar hızları hakimdir. 2. Episod ve 3. Episod da bölge üzerinde yüksek basınç sistemi hakim olurken; rüzgar hızları ise düşük-orta seviyelerdedir. Ayrıca 2. episod döneminde Etezyen rüzgarları bölgede hakim olup; öğleden sonraki saatlerde maksimuma ulaşır ve ozonun dağılmasında önemli bir rol oynamaktadır. Model çıktılarına göre 4. ve 5. Episod da yüksek basınç sistemleri ve hafif rüzgarlar bölgede gözlenmektedir. Gerçekleştirilen model çalışmasının güvenilebilirliğini test etmek amacıyla 4 meteoroloji istasyonunun verileri kullanılarak karşılaştırmalar gerçekleştirilmiştir. Model doğrulama çalışmaları sonucunda hava sıcaklığının model tarafından başarılı bir şekilde tahmin edildiği belirlenmiştir (r=0,85). Bölgedeki ozonun taşınımı, dağılımı ve seviyesinin belirlenmesi amacıyla WRF-Chem fotokimyasal modeli kullanılmıştır. Simülasyonlar sonucunda bölgedeki ozonun ana kirletici kaynağının antropojenik emisyonlar olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca biyojenik emisyonların da ozon seviyeleri üzerindeki etkisinin göz ardı edilemeyecek seviyelerde olduğu belirlenmiştir. Bölgedeki biyojenik emisyonların katkısı günlük ortalamada yarı kentsel alan için %6-27 ve kırsal alan için ise %6-23 arasında değişmektedir. Episodlar kendi aralarında karşılaştırıldığında en düşük ozon seviyelerinin genellikle 4. Episod da görüldüğü belirlenmiştir. Bu durumun nedeni olarak episoddaki sıcaklıkların daha düşük seviyelerde; bağıl nem değerinin yüksek olması olabilir. Bölgedeki en yüksek ozon olayı ise 5. Episod gözlenmiştir. Bu durumun oluşmasında en önemli etkenlerin diğer dönemlere kıyasla yerel sirkülasyonların neden olduğu inversiyon, sıcaklıkların çok yüksek ve rüzgar hızlarının da düşük seyretmesi olduğu düşünülmektedir. WRF-Chem modeli sonuçları güvenirliklerinin test edilmesi amacıyla istatistiksel teknikler kullanılarak dört farklı hava kalitesi izleme istasyonunda gözlemlenen saatlik ozon ölçüm verileri ile karşılaştırılmıştır. Hesaplanan ozon konsantrasyonlarının tüm episodlardaki ve konumlardaki karşılaştırılmaları sonucunda uyum indisinin 0,5-0,8 arasında değiştiği hesaplanmıştır. Korelasyon katsayıları ise 0,2-0,9 aralığında hesaplanmıştır. Çalışma sonucunda meteorolojik ve fotokimyasal modeller kullanılarak elde edilen öngörülerin istenilen düzeyde güvenirliğe sahip olduğu düşünülmektedir. Tez çalışması kapsamında uygulanan model doğrultusunda kırsal alanlardaki ozonu etkileyen meteorolojik koşullar ile antropojenik ve biyojenik emisyon kaynaklarının katkıları belirlenmiştir. Geliştirilen bu yaklaşımın, farklı kırsal ve yarı kentsel alanlarda yapılacak hava kalitesi yönetimi çalışmalarına da fayda sağlayacağı düşünülmektedir. Ayrıca bu yaklaşım ile bölgede yer alan floranın da maruz kaldığı ozon seviyeleri belirlenmiş; ulusal standartlardaki sınır değerler ile karşılaştırılarak mevcut durumu ortaya konmuştur. Bu yaklaşım, ülkemizde benzer özellikler taşıyan ve özel öneme sahip kırsal alanlar içinde uygulanabilecek ve bu alanların korunmasına yönelik karar vericilere yol gösterecektir.
-
ÖgeBitki yüzeylerinde Eddy kovaryans yöntemiyle ölçülen ve modellenen karbon değişiminin analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-10-25)Ülkeler arası yapılan iklim değişikliği ile ilgili protokollerde, ulusal ve küresel sera gazı emisyonlarının azaltılmasına ve yutak miktarının arttırılmasına yönelik çalışmaların gerekliliği vurgulanmaktadır. Bu kapsamda, karbon ayak izinin azaltılması birincil amaçtır. Ülkeler, sera gazı bütçelerini IPCC tarafından belirlenen üç aşamadan birine göre hesaplamak durumundadır. Bu aşamalardan birincisi, kendi bitkilerine özgü emisyon ve yutak katsayıları olmadığı durumda ülkelerin kullanması gereken katsayıları sağlayan en alt aşamadır. İkinci ve üçüncü aşamalar ise ülkelerin kendi ülkelerinde geliştirilmiş araştırmalara ve modellere dayanarak yapılan sera gazı hesaplamalarına dayanır. Genellikle ülkelere özgü emisyon ve yutak katsayıları yok ise Hükümetler Arası İklim Değişikliği Paneli (IPCC) tarafından kendilerine önerilen yöntem veya başka ülkelerdeki çalışmalardan elde edilen katsayılardan uygun olanı seçip kullanma zorunluluğu oluşmaktadır. Bu durum, ülkelerin ulusal sera gazı emisyon ve yutaklarının; dolayısıyla sera gazı bütçelerinin tam olarak doğru tespit edilmesinde önemli bir engel oluşturmaktadır. Ülkemizde de sera gazı emisyon ve yutak katsayılarının olmadığı sektörler ve alt bileşenlerinde IPCC tarafından önerilen yöntem ve katsayılar ile ulusal sera gazı bütçemiz hesaplanmaktadır. Ülkemiz sera gazı bütçesinde tarım alanlarından kaynaklanan CO2 eşdeğeri yaklaşık %14 gibi büyük bir paya sahiptir. Bu konuda yapılacak çalışmalar için de öncelikle yersel verilerin elde edilmesi, net ekosistem değişiminin ve bileşenlerinin belirlenmesi ilk adımı oluşturmaktadır. Bu konuda yapılacak çalışmalar için de öncelikle yersel verilerin elde edilmesi, net ekosistem değişiminin ve bileşenlerinin belirlenmesi ilk adımı oluşturmaktadır. Bu tür çalışmaların genişletilmesiyle birlikte önce küçük çapta daha sonra da büyük çapta karbon bütçeleri oluşturulabilir. Ortaya çıkacak sonuçlar, bitkilerin mikrometeorolojik anlamda atmosfere etkileri hakkında bilgilendirme yapabileceği gibi tarım ve iklim politikalarının belirlenmesinde yer alan planlayıcı kurum ve kuruluşlara da katkıda bulunabilecektir. Gelecekte, bu çalışma kapsamında belirlenecek yutak ve emisyon katsayıları, bölgede tarımla uğraşan çiftçilere devlet teşvikleri sağlanması ile ilgili politikalarda kullanılabilir. Bu tez çalışmasının ana amacı; enerji akılarını belirlemede uluslararası literatürde en yaygın kullanılan yöntemlerden biri olan Eddy Kovaryans tekniği ile kanola bitkisi yüzeyinden ölçümler alınarak, toprak ve atmosfer arasındaki sera gazı değişimlerinin belirlenmesidir. Ayrıca, ekili bitkinin fotosentez ve solunum bileşenleri göz önüne alınarak, karbon yutak ve emisyonu bakımından atmosfere nasıl bir etkide bulunacağının belirlenmesi hedeflenmiştir. Sonuç olarak, elde edilen net ekosistem değişimi (NEE)'nin farklı veriler yardımıyla ve istatistiksel yöntemlerle modellenmesi ve model sonuçlarının ölçümlerle karşılaştırılarak en uygun yöntemlerin literatüre kazandırılması amaçlanmıştır. Ayrıca NEE ölçümlerinin yaygın olmaması sebebiyle, ihtiyaç duyulduğunda eldeki farklı değişkenlerle tahmininin yapılabilmesi aracılığıyla, literatürde sıklıkla kullanılan istatistiksel yöntemlerin kullanılabilirliğinin araştırılması da amaçlanmıştır. Bu amaçla hem lineer hem de nonlineer analizlerle yüksek ilişkiler sağlanabilecek yöntemler seçilmiştir. Bu yöntemlerin uygulanabilmesi için farklı veri setlerinin kullanıldığı senaryoların oluşturulması planlanmış, test edilmiş ve daha sonra uygulamaları yapılmıştır. Tez kapsamında, Kırklareli ilindeki Atatürk Toprak, Su ve Tarımsal Meteoroloji Araştırma Enstitüsü arazisinde (41°41'53''K, 27°12'37''D, 170 m), İTÜ Meteoroloji Mühendisliği Bölümü Tarımsal Meteoroloji Araştırma Ekibi tarafından kurulmuş olan Eddy Kovaryans (LI-7500, LI-COR Biosciences) sisteminden 10 Hz zaman çözünürlüğünde veri toplanmış ve analizleri yapılmıştır. Eddy Kovaryans yöntemi; tarım alanları, ormanlık alanlar, şehir alanları, su yüzeyleri gibi farklı ekosistemlerde uygulanabilen bir yöntemdir. Aynı arazide bulunan tarımsal meteoroloji istasyonundan alınan meteorolojik veriler, arazi çalışmalarından elde edilen tarımsal veriler ve MODIS uzaktan algılama verileri de bu çalışmada yapılan analiz ve karşılaştırmalar için kullanılmıştır. Çalışma kapsamında, Dünya çapında önemli bir yağ bitkisi olarak bilinen kanolanın (Brasicca napus Oleifera sp.), 15 Ekim 2015-29 Haziran 2016 tarihleri arasındaki gelişme dönemini kapsayan veri kullanılmıştır. Veri, kanola ekili arazi üzerinden gelişme dönemi boyunca eksiksiz olarak toplanmıştır. Kanola, ülkemizde hem kışlık hem yazlık olarak yetiştirilebilen bir bitkidir. Kısa gelişme dönemiyle birim alandan yüksek ürün ve yağ sağlanması sebebiyle tüm dünyada uzun yıllardır tarımsal üretimde tercih edilen bir bitkidir. Yağlı tohumuyla üretimde avantaj sağlayan bu bitkinin, karbon salınımı bakımından da avantajlarının araştırılmasının hem üreticiler hem de karar vericiler için bilgilendirici olacağı düşünülmektedir. Ülkemizde, üretim miktarlarına göre üreticilere sağlanan primler belirlenirken verim üzerinde durulmaktadır. Fakat iklim değişikliği ve hava kirliliği gibi artmakta olan çevresel sorunlar göz önüne alındığında, gelecek yıllarda üretimi yapılan bitkilerin çevreye olan katkıları da göz önünde bulundurularak bu primlerin belirlenmesi mümkün olabilir. Bunun sağlanması için öncelikle bitkilerin atmosferle ve çevreyle etkileşimlerinin ayrı ayrı incelenmesi gerekmektedir. Bu bağlamda, bu tez çalışmasının da içeriğini oluşturan karbon akılarının bilinmesi bir noktada daha ön plana çıkmaktadır. Çalışmada öncelikle EC verisi ve aynı zamanda meteorolojik veri toplanarak analiz edilmiştir. Tüm veriler için kalite kontrol işlemleri gerçekleştirilmiş olup; aykırı verinin veri setinden uzaklaştırılması, doldurulması ve filtrelenmesi gibi işlemler her veri setine özel olarak uygulanmıştır. Gelişme dönemi boyunca araziden alınan örnek ve fotoğraflarla fenolojik dönemler belirlenmiş ve analizlerde bu dönemler ayrı ayrı incelenmiştir. Bitki gelişiminin göstergeleri olan veriler de belirli aralıklarla toplanmış ve daha sonra uzaktan algılama verisiyle karşılaştırılmıştır. Arazide ekili kanola bitkisinin, gelişme dönemi boyunca atmosferden bünyesine ne kadar CO2 gazı indirdiğini ve atmosfere ne kadar CO2 gazı saldığını belirlemek için EC sisteminden alınan ölçümlerle NEE belirlenmiştir. Bu çalışma, ülkemizde kanola bitkisinin NEE değişimlerinin belirlendiği ve dolayısıyla yaygın olarak yetiştirilen bu bitkinin karbon bütçesine etkisinin belirlendiği ilk çalışmadır. Ölçüm sonuçlarından elde edilen analizlere göre; NEE'nin negatif değerlerinin en yüksek olduğu (bitkinin bünyesine CO2 indirdiği) zamanlar, kanola bitkisinin yapraklanma, çiçeklenme ve tohum oluşturma dönemlerinde gerçekleşmiştir. Diğer fenolojik dönemlerde ise salınan CO2 miktarları indirilenden fazladır. Bitki, 258 günlük gelişme dönemi boyunca m2 başına atmosferden yaklaşık olarak 116,3 gram karbon indirmiştir. Kanola gelişme dönemindeki günlük NEE değerlerinin ortalaması -0,47 g C m-2 olarak hesaplanmıştır. NEE'nin gelişme dönemi boyunca belirlenmesinin ardından, diğer değişkenlerle ilişkileri incelenmiştir. Tarımsal meteorolojik değişkenlerle ilişkiler incelendiğinde; NEE'nin en yüksek ilişkileri sıcaklık, toprak su içeriği ve global radyasyon verisiyle gösterdiği görülmüştür. Bitki büyüme ölçütlerinden bitki boyu, LAI ve kuru biyokütle ile de istatistiksel olarak anlamlı ilişkilere ulaşılmıştır. Daha sonra, farklı istatistiksel yöntemlerle NEE'nin tahmini ve modellenmesi üzerine çalışılmıştır. Meteoroloji, tarım ve uzaktan algılama verisinin bir arada kullanıldığı lineer ve nonlineer yöntemlerle NEE verisinin validasyonu ve tahmini için analizler yapılmıştır. NEE'nin modellenmesi amacıyla, farklı değişken setlerini içeren senaryolara göre çoklu lineer regresyon, destek vektör makineleri, nonlineer regresyon ve yapay sinir ağları yöntemleri kullanılmıştır. Senaryolar oluşturulurken; NEE'nin en yüksek ilişkili olduğu değişkenler, meteoroloji ölçüm istasyonlarında en yaygın ölçülenler, tarımsal meteorolojik ölçümlerin de hesaba katılması gibi birtakım ölçütler göz önünde bulundurulmuştur. Farklı senaryolara ait sonuçlar ayrı ayrı irdelenmiştir. Orijinal NEE verisiyle tahminler kıyaslandığında, tüm senaryolar için en yakın sonuçları nonlineer regresyon analizleri vermiştir. Diğer analizlere göre korelasyonlar daha yüksek, hata terimleri daha düşük çıkmıştır. NEE'nin en tutarlı tahmininin elde edildiği senaryo; en az değişkenin ele alındığı ve yapay sinir ağları ile yapılan analiz sonucu elde edilmiştir. En yüksek determinasyon katsayısı (R2=0,80), bu analiz sonucunda elde edilmiştir. Sonuç olarak, çalışma bulguları; kanola bitkisinin karbon salınımı davranışı, fotosentez ve solunum aktiviteleri çerçevesinde NEE'nin meteoroloji, bitki ve uzaktan algılama verilerine göre analizi, tahmini ve kullanılabilecek istatistiksel yöntemler ile birlikte tahminlerin hangi veriler ele alındığında iyileştirilebileceğine dair önemli sonuçları ortaya koymuştur.
-
ÖgeAir-Sea Interactions in the Formation of Thunderstorms over Marmara Region: Physical Processes and Modelling(Graduate School, 2022-10-28)Thunderstorm and sea-effect snow (SES) are meteorological events that adversely affect both daily life and the transportation sector, and occur as a result of air-sea interaction. Thunderstorm, is a meteorological phenomenon that usually contains strong winds and causes strong precipitation (e.g., rain, hail) accompanied by lightning. Intense atmospheric instability, high humidity, vertical triggering mechanisms, and wind shears are essential components for thunderstorm formation. Thunderstorms caused by cumulonimbus clouds occur both with precipitation and without precipitation. On the other hand, they occur not only with rain, but also with snow and hail. This phenomenon, known as a severe weather event, occurs as a result of convectional movements. For this reason, the increasing differences between the upper atmospheric level air parcel temperature and the sea or lake surface temperatures play an intensifying role in thunderstorm activities. SES occurs as a result of atmospheric instability, which occurs as a result of dry and cold air masses gaining heat and moisture fluxes as they pass over warmer water bodies. As a result of the instability of very cold and dry air parcels of arctic or polar origin during their passage over the Black Sea located in the north of our country, the Marmara Region and the Black Sea Region are exposed to SES in the winter months. Although SES cause heavy snowfalls in regions where they are effective as severe weather events, they do not need synoptic-scale systems to occur. SES that occur in a region where synoptic-scale systems are currently dominant are called as snowfall with increased sea effect. This type of snowfall causes more intense snow on the regions where the SES bands pass. In our country, there are studies on both severe weather events mentioned above. There are both case studies and climatological analyses in the literature regarding the thunderstorm event. However, climatological analyses and short-term forecast models are limited in terms of their effects on the Marmara Region and especially on the aviation sector. On the other hand, there are a very limited number of studies in the literature regarding the SES events for our country. There is no climatological comprehensive analysis or a prediction mechanism established for certain sectors for this event, where only a few assessments and case studies are included in the international literature. Both a knowledge and a scientific base are needed for this severe weather event, which is very effective in the northern parts of our country during the winter months and directly affects both daily life and transportation activities. In this context, in this thesis, a total of nine articles, two on thunderstorm events and seven articles on SES, were published in six different internationally refereed journals. In the first article, a short-term forecast of the thunderstorm that occurred at Istanbul Atatürk International Airport on February 2, 2015 was made. It has been determined that the thunderstorm and its severity can be predicted in the range of 42-57 minutes in advance by analysing radar images, Lightning Detection Tracking System (LDTS), sea surface temperature information, and surface/upper level atmospheric information. It has been revealed that this result is important for the decision makers working in the meteorology office. In the second article, various 15-year long-term statistics of thunderstorm events were investigated at 11 airports in the Marmara Region. Atmospheric conditions in which thunderstorm events occur and the effects of air-sea interaction were examined. Intraday, monthly, and annual distributions were analszed. No trend was determined on an annual basis, and the most observations were made in September on a monthly basis. In the daytime thunderstorm distribution, the most observations occurred between 1100-1900 hours. 72% of thunderstorms occurred with rain and 22% without any precipitation. One of the most important results of the study is that the Convective Available Potential Energy (CAPE) is zero in approximately 50% of the events. In the third article, the morphological classification of SES bands was made for the Danube Sea Area (western Black Sea) in the Black Sea. Between 2009 and 2018, SES bands were observed over the region in a total of 83 days, and these bands caused snowfall within the borders of the Marmara Region in 75 days. Various satellite and radar images obtained from the Turkish State Meteorological Service (TSMS) were used for the detection of SES bands. In total, five different types of SES bands have been defined for the region. The most common type of band among all events was Type-2 SES band with 85%. The most important reason for this is that this band type consists of parallel bands in the longitudinal direction. The north-south movements of polar and arctic air masses along the long fetch distance of the western Black Sea have created suitable atmospheric conditions for the Type-2 band. On average, the lowest sea surface temperatures (SESs) occurred in the northernmost part of the Danube Sea Area. This region is the region where SES bands mostly begin to form and are of weak intensity. The intensity of the bands increased due to the increasing SST towards the south. In the fourth article, the analysis of vortex (Type-5) SES bands that occurred in the western Black Sea on January 30-31, 2012 was carried out. The vortex band, which was detected with various images of two different satellites (Terra and MSG satellites), continued its effect on the region for approximately 24 hours. The structure of the vortex was analysed by analysing the surface level meteorological data obtained from 12 airports, 16 meteorological stations, and 5 radiosonde stations belonging to the countries surrounding the western Black Sea and various charts of the upper atmospheric levels. The 24 cm of snow depth was measured at the İnebolu meteorology station, where the SES bands connected to the vortex were effective, and a total of 102 flights were canceled across the countries surrounding the western Black Sea. In addition to these, many traffic accidents have also occurred due to heavy and sudden snowfalls. The surface and upper level atmospheric conditions that create the vortex were found as follows: presence of a strong/deep inversion layer between the surface and 700 hPa, the wind direction change being limited to a maximum of 50° in the same vertical range, the temperature difference reaches 25.8 °C in between the sea surface and 850 hPa at the point where the vortex core is located. In addition, in the analyses made with the synoptic charts, it was determined that the vortex was formed during the two-day period and there was a low pressure centre in the region where the core is located. In the fifth article, the statistical characteristics of SES events for the western Black Sea were analysed for the years 2009-2018. The main purpose of the study is to determine the meso- and synoptic-scale structures of SES events for the region in general and to create knowledge for nowcasting and forecasting applications to be made later. A total of 95 events were detected using satellite and radar images. These events were determined according to four different scale categories. As a result, 36 events (38%) are determined as Black Sea (BS) Events, 24 (25%) as Synoptic-scale (SYNOP) Events, 23 (24%) as Over Sea Convergence (OSC) Events, and 12 (13%) as Transition (TRANS) Events. While the average duration of SES events in four different categories was 15.9 hours, the longest time was 59 hours in the SYNOP Events. Except for the OSC Events, the prevailing wind direction under the inversion layer was northerly in all three categories. Inversion layer was detected in most of the BS Events and SYNOP Events, and the sea surface and upper level temperature difference was 4 °C to 6 °C higher on average compared to the other two categories. The highest number of events occurred in January with 51, and the lowest in March with 2. In the sixth article, the effect of short-wave troughs on the formation and development of SES bands in the western Black Sea was investigated. Between 2010 and 2018, a total of 48 short-wave troughs and long waves were detected in the presence of SES bands throughout the region. The most important role of long waves has been realized as a result of determining the direction of short-wave troughs. Afterwards, short-wave troughs and long waves were classified based on their direction of motion. Five different types of short-wave troughs and five different types of long waves were determined, and their monthly and annual statistics, and their durations were revealed. In addition, the temperature differences between sea surface and upper atmospheric levels were analysed for each type, and inversion conditions were examined. The average duration of short-wave troughs was found to be 27.8 hours, and the longest time was observed in LWT type with 60 hours. In 77% and 79% of all events, respectively, short-wave troughs and long waves were found to have the same direction of motion as the current SES bands. In the seventh article, thundersnows occurring in the Marmara Region within a 22-year period were investigated. For these events, the formation mechanisms, suitable surface, sea, and upper level atmospheric conditions were investigated. Based on the reports of 11 airports in the region, a total of 19 incidents were identified. In 17 of these events, the SES mechanism was found to be effective. After statistical temporal analysis, the predictability of these events was investigated with atmospheric stability indices. Accordingly, the most successful stability indices were Total Total Index and TQ Index. In the eighth article, a comparison of SES and non-SES for two international airports in Istanbul is made. A SES event prediction algorithm was developed for both airports using 10 years of atmospheric data. At the same time, suitable atmospheric conditions were determined according to the snow depths. Finally, in the ninth article, historical extreme winters in Istanbul were investigated. The events that took place within the scope of the 17-century period are shown, and based on the events that took place in the last few centuries, heavy snowfall and harsh winter forecasts are made for the period up to 2050 and 2100.
-
ÖgeAtmosferik koşullar yardımıyla kar yağışı ile yağmuru ayıran kritik sıcaklığın Türkiye genelinde belirlenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-08-19)Son yıllarda etkisini iyice hissettiren küresel iklim değişikliği ve sıcaklık artışı, insan yaşamını birçok alanda etkilemektedir. Bu etkilerin başında şiddetli yağışlar sonucunda meydana gelen taşkın olayları ve şiddetli kuraklıklar yer almaktadır. Ülkemizin de içinde bulunduğu Akdeniz Havzası, küresel iklim değişikliğinin olumsuz etkilerine en fazla maruz kalması beklenen bölgelerin başında gelmektedir. Sıcaklık artışının, ülkemizin de içinde bulunduğu orta enlemlerde meydana gelen yağışların türü üzerinde de etkili olması beklenmektedir. Son yıllarda ülkemizde yapılan çalışmalar sonucunda özellikle Doğu Anadolu Bölgesi başta olmak üzere, birçok bölgede kar yağışlı gün sayısının toplam yağışlı gün sayısına oranında anlamlı derecede azalışlar olduğu görülmüştür. Bu değişimin de sıcaklık artışı ile doğrudan ilişkili olduğu ortaya çıkarılmıştır. Önceki çalışmalardan elde edilen sonuçlar doğrultusunda, kar yağışı ve yağmur ile ilgili daha detaylı çalışmalar yapma zorunluğu doğmuştur. Kritik sıcaklık kavramı, kar yağışı ile yağmurun eşit olasılıkta gerçekleştiği sıcaklık olarak tanımlanmaktadır. Bir başka deyişle, iki yağış türünün de oluşma olasılığının %50 olduğu sıcaklık değeri kritik sıcaklık olarak adlandırılır. Kritik sıcaklık değerinin tarihsel gelişimi incelendiğinde, önceki yıllarda kritik sıcaklık olarak sabit bir eşik sıcaklık değeri kullanıldığı görülmektedir. İlerleyen yıllarda ise, dünya genelinde farklı yaklaşımlarla kritik sıcaklık değeri tespitleri yapılmıştır. Dünya genelinde kritik sıcaklık ile ilgili yapılan çalışmalarda çoğunlukla yağışın türünü etkileyen en önemli faktör olan hava sıcaklığının üzerinde durulmuştur. Bunun yanı sıra; bağıl nem, ıslak hazne sıcaklığı, hava basıncı ve yere yakın seviyede yer alan enversiyon gibi etkenlerin de yağış türü üzerinde etkisi olduğu çeşitli çalışmalar sonucunda ortaya koyulmuştur. Bu çalışmanın amacı; Türkiye genelinde kar yağışı ile yağmuru ayıran kritik sıcaklık değerlerinin ortaya çıkarılması, kritik sıcaklıklarda zamansal ve alansal olarak herhangi bir değişimin olup olmadığını ortaya konması ve kritik sıcaklıkları etkileyen değişkenlerin belirlenmesidir. Çalışma kapsamında kritik sıcaklık değerleri hem hava sıcaklığı, hem de çiy noktası sıcaklığı için tespit edilmiştir. Çalışmada kullanılan veriler Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden temin edilmiştir. Talep edilen veriler sinoptik gözlem yapan istasyonlara ait yağış devam saatleri (yağışın türü, başlangıç ve bitiş saatleri), saatlik hava sıcaklığı ve saatlik bağıl nem verileridir. Kullanılan veri periyodu, hava sıcaklığı için 1997-2016, çiy noktası sıcaklığı için 2007-2016 yılları arasını kapsamaktadır. Kar yağışı ile yağmuru ayıracak olan sıcaklıklar hesaplanacağı için, hem kar yağışı hem de yağmurun birlikte gerçekleştiği kış mevsimi dikkate alınmıştır. Çalışmada yağış türleri olarak kar, kar sağanağı, yağmur ve yağmur sağanağı kullanılmıştır. Tüm istasyonlar için değerlendirildiğinde, 8 farklı kış periyodu olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada ilk olarak, Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden temin edilen yağış devam saatleri istasyon bazında yağış türüne göre ayrılmıştır. Yağışın başladığı ana ait sıcaklık verileri kullanılacağı için, elde yer alan saatlik sıcaklık değerleri kullanılarak interpolasyon yapılmıştır. İnterpolasyon gerçekleştirebilmek için de, yağışın başlama saatinin tam saatini de içerek şekilde 5 ardışık saatteki sıcaklık değerlerini bir araya getiren bir makro oluşturulmuştur. Bu makro sonucunda yağış devam saatleri bilgileri ile 5 ardışık saatteki sıcaklık değerleri aynı dosyada birleştirilmiştir. Daha sonra yağışın tam olarak başladığı zamandaki sıcaklık değerleri, FORTRAN yazılımı kullanılarak gerçekleştirilen interpolasyon ile tespit edilmiştir. Bulunan bu sıcaklık değerleri de, yağışın türüne göre (kar ve yağmur) ayrılmıştır. Çiy noktası sıcaklığı ayrımı için interpolasyon prosedürünün aynısı bağıl nem değerlerini bulmak için de uygulanmıştır. Yağış türüne göre (kar ve yağmur) yağışın başlangıcındaki sıcaklık ve bağıl nem değerleri elde edildikten sonra, önceden belirlenmiş sıcaklık aralıkları kullanılarak her bir yağış durumu sayılmış, kar ve yağmur için olasılık dağılımları ortaya çıkarılmıştır. Kritik hava sıcaklığı için 20 yıl olan çalışma periyodu 10'ar yıllık iki periyoda ayrılmış ve iki on yıllık dönem arasındaki değişim de incelenmiştir. Bununla birlikte, yüksekliğin ve bağıl nemin kritik sıcaklık türlerine etkisi de incelenmiştir. Çalışmada 1997-2006 dönemi kritik hava sıcaklığı değerleri hesaplandığında, 67 adet istasyonun 55 tanesinde kritik hava sıcaklığı değeri tespit edilmiş olup, bunların 51 tanesinde kritik sıcaklık değeri 0.5°C ile 2.0°C arasındadır. Tüm istasyonların kritik sıcaklık ortalaması ise 1.2°C olarak bulunmuştur. 2007-2016 döneminde ise, 80 adet istasyonun 68 tanesinde kritik hava sıcaklığı değeri tespit edilmiştir. Bu istasyonların 62 tanesinde kritik sıcaklık değerinin 1.0°C ile 2.5°C arasında olduğu görülmüştür. Bu periyot için tüm istasyonların kritik sıcaklık ortalaması ise 1.7°C olarak tespit edilmiştir. Çalışma periyodunun tamamı incelendiğinde, 20 yıllık verisi olan 68 adet isatsyonun 50 tanesinde kritik hava sıcaklığı değerinin 0.5°C ile 2.0°C arasında olduğu görülmüştür. 20 yıllık dönem için tüm istasyonların kritik sıcaklık ortalaması ise 1.4°C olarak tespit edilmiştir. Kritik hava sıcaklığının 10'ar yıllık kıyaslamasına bakıldığında; her iki on yıllık dönemde de kritik değere sahip olup, karşılaştırması yapılabilen 52 adet istasyonun 39 tanesinde kritik hava sıcaklığı değerlerinde artış olduğu görülmektedir. Bu artışların 31 tanesi ise, 0.0°C ile 1.0°C arasında gerçekleşmiştir. Tüm istasyonlar için kritik hava sıcaklığı değerlerinde ortalama 0.4°C'lik bir artış gözlenmektedir. 2007-2016 dönemi için kritik çiy noktası sıcaklığı değerleri hesaplandığında ise, kritik değer tespit edilebilen 42 adet istasyonun 31 tanesinde kritik çiy noktası değerinin -0.5°C ile 1.0°C arasında olduğu görülmüştür. Tüm istasyonlar için kritik çiy noktası sıcaklığı ortalaması ise -0.2°C olarak hesaplanmıştır. Çalışmada son olarak ise; kritik sıcaklık değerleri ile yükseklik, bağıl nem ve basınç ilişkileri incelenmiştir. Her iki kritik sıcaklık türü için, yükseklik değerleri ile anlamlı olmayan ters ilişki olduğu görülmüştür. Her iki sıcaklık türü ile basınç arasında, anlamlı olmayan bir doğrusal ilişki bulunmuştur. Kritik sıcaklıkların bağıl nem ile olan ilişkileri incelendiğinde ise, bağıl nem ile kritik çiy noktası sıcaklığı arasında istatistiksel olarak anlamlı bir doğrusal ilişki ortaya çıkarılmıştır. Bu çalışma, ülkemizde kar yağışı ile yağmuru ayıran kritik sıcaklığın incelendiği ilk çalışma olma özelliğine sahiptir. Çalışmada elde edilen sonuçların; hem ülkemizde hem de ülkemizin de içinde bulunduğu Akdeniz Havzası'nda yapılacak çalışmaların sonuçlarına katkı sunması hedeflenmektedir. Çalışmada elde edilen sonuçların, su kaynaklarının korunması ve daha etkin kullanılması konusunda karar vericilere bilgi desteği sağlaması amaçlanmaktadır. Ayrıca elde edilen sonuçlarla uzaktan algılama, hava tahmini, vb. alanlar için de araştırmacılara bilgi desteği sağlanması hedeflenmektedir.