The impact of climate change on future extreme precipitation in Turkey

thumbnail.default.placeholder
Tarih
2021-08-06
Yazarlar
Albayrak, Derya
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Yayınevi
Graduate School
Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
Özet
This study investigates the impact of climate change on extreme precipitation in Turkey with the aid of both historical and model-based future projection data. Firstly, we have applied the equidistant quantile matching method and generated bias-adjusted extreme precipitation daily and sub-daily time series of 73 stations in Turkey from a 14 member CMIP6 ensemble. The resulting data are utilized for deriving the Intensity-Duration-Frequency curves for two future periods (2020-2050 and 2070-2100) and results are spatially presented. Thus, annual extreme precipitation with 1-hr, 2-hr, 6-hr, 12-hr, and 24-hr durations over Turkey are examined for 10-yr, 25-yr, 50-yr, and 100-yr return periods in two future periods through a CMIP6 ensemble-based analysis. The impacts of climate change on annual extreme precipitation in the regions of Turkey are estimated. Our CMIP6-ensemble analyses reveal that for the reference period 1970-2000 the highest impacts over Turkey are estimated for shorter duration (≤ 6-hr) generally higher-frequent annual extreme precipitation which may be attributed to the thermal enhancement due to the mean temperature increase in Turkey. Moreover, for all durations and frequencies covered here, till the mid-century, change in regional medians varies between 4.6-10.4% in the Marmara region, 4.9-8.4% in south-eastern Anatolia, 7.4-10.4% in the Aegean region, -1.8-0.8% in central Anatolia, 6.8-12.1% in eastern Anatolia, 5.2-7.2% in Black Sea region, 4-14.2% in Mediterranean region. Due to the high spatial variability of the extreme precipitation, both decreasing and increasing relative changes occur in the regions. However, by the end-century, the impact of annual extreme precipitation in the regions noticeably intensifies, relative regional medians raise to 18.5-21.7% in Marmara region, 14.8-18.7% in south-eastern Anatolia, 10.2-13.9% in Aegean region, 13.4-16.6% in central Anatolia, 19.3-23.3% in eastern Anatolia, 16.2-20.7% in Black Sea region, 15.1-21.1% in Mediterranean region. Coastal regimes in Turkey receive a higher amount of annual extreme precipitation than the continental parts, especially local extremes that are noticeable on the coastal line, which is projected for all future periods and extreme precipitation durations presented in this study. Moreover, according to the median of the relative changes among the regions, the south and north coasts of Turkey are subject to the impact of different annual extreme precipitation durations. Northern coastal regimes are projected to have the highest impact by the intensification of the short-duration annual extremes (≤ 2-hr annual extreme precipitation). Southern coastal regimes are estimated to have the highest impact by the longer duration (≥ 6-hr) annual extreme precipitation events. Central Anatolia, the only region with persistent decreasing median changes till the mid-century, experiences a substantial increase in the impact of the 1-hr and 2-hr high-frequent convective precipitation extremes at the end-century. Crucial for adaptation and mitigation strategies, our current practice of deriving and implementing Intensity-Duration-Frequency curves rely on the historical data, which may be insufficient for capturing the variable impacts of climate change. Consequently, underestimating the impact of climate change on extreme precipitation may result in a decrease in the capacity of the numerous hydrological systems to deliver the required services at their optimum. Thus, decision and policymakers should evaluate and consider the intensification of different extreme precipitation durations among both the regions and the future periods to eliminate the exacerbated vulnerability of the hydrological systems to climate change-related extreme precipitation events and manage adverse socio-economic consequences.
Bu çalışmada, iklim değişikliğinin Türkiye'de ekstrem yağışlara etkisi hem tarihsel istasyon verisi hem de küresel iklim modeli tabanlı gelecek projeksiyonları vasıtası ile araştırılmıştır. Türkiye, iklim değişikliğinin olumsuz etkilerine en fazla maruz kalan bölgelerden Akdeniz havzasında yer almaktadır. Ülkemizde yapılan çalışmalar toplam yağışların özellikle güney havzalarında azalma eğiliminde olduğunu ve yağış rejiminin değişmekte olduğunu belirtmektedir. Yağış rejimi değişirken, günümüzde gerçekleşmekte olan ekstrem yağış olaylarının şiddeti ve sıklığının artması beklenmektedir. Ekstrem yağışlar lokal etkileri yüksek, gerekli öngörü, planlama ve denetim olmaksızın toplum ve çevre üzerinde yıkıcı etkileri olan hadiselerdir. Bu nedenle, Türkiye'de gelecek dönemlerde, ekstrem yağışların farklı yağış süreleri ve gerçekleşme sıklıkları ile ekstrem yağış örüntüsündeki değişimlerin bilgisi önem arz etmektedir. Bu çalışmanın amacı, iklim değişikliğinin gelecekteki ekstrem yağışlar üzerindeki etkisini değerlendirmek ve gelecekteki ekstrem yağış örüntüsünde zamansal değişiklikler hakkında bilgi edinmektir. Ayrıca burada, Türkiye'nin coğrafi bölgelerinde gelecekteki aşırı yağışlar bölgesel medyan değerleri üzerinden incelenmektedir. Böylelikle, iklim değişikliğinin gelecekteki günlük ve özellikle günlük altı aşırı yağış örüntüleri üzerindeki mekânsal ve zamansal etkisi ülke ölçeğinde incelenmiştir. Bu kapsamda, Türkiye'de 73 ilin tarihsel veri seti Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden temin edildi. Veri setinden 1 saat, 2 saat, 6 saat, 12 saat ve 24 saat süreli yıllık ekstrem yağışlar için 1970-2000 aralığını kapsayan zaman serileri kullanıldı. Ekstrem yağışların gelecek dönem bilgisi ise küresel iklim modeli tabanlı gelecek projeksiyonlarından elde edildi. Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli'nin Birleştirilmiş Model Karşılaştırma Projesi altıncı fazından (Coupled Model Intercomparison Project Phase 6, CMIP6) 14 adet SSP5-8.5 emisyon senaryosu iklim modeli verisi kullanıldı. Azaltım politikaları öngörmeyen, yüzyıl sonunda en yüksek emisyon değerlerini içeren CMIP6 senaryo simülasyonlarının günlük bazda yıllık maksimum yağış zaman serileri, 73 istasyon koordinatında 14 küresel iklim modelinden 1970-2100 aralığı için oluşturuldu. Ardından eş-mesafe kantil eşleştirme metodu kullanılarak 2015-2100 aralığını kapsayan 1 saat, 2 saat, 6 saat, 12 saat ve 24 saat süreli yıllık ekstrem yağışlara ait zaman serileri 14 iklim modeli verisi için türetildi. Eş-mesafe kantil eşleştirme metodunun ana önermesi küresel iklim modellerinin geçmiş dönem verisi ile aynı dönemi kapsayan istasyon verisi arasındaki kantiller arası farkın, küresel iklim modeli gelecek verisi içinde geçerli olduğudur. Bu anlamda metot, veriler arası kantil eşleştirmede lineer bağlantı kullanır. Bu çalışmada, Gumbel dağılımı kullanılarak istatistiksel lineer bağlanım en küçük kareler regresyonu bazlı global optimizasyon ile sağlandı. Verinin iç değişkenliğinin korunması için de delta düzeltmesi gerçekleştirildi. Eş-mesafe kantil eşleştirme metodu ile hem küresel iklim modellerinin günlük bazda yıllık maksimum yağış zaman serilerinden 1 saat, 2 saat, 6 saat, 12 saat ve 24 saat süreli yağış serileri türetildi hem de iklim modellerin yanlılık düzeltmesi gerçekleştirildi. Böylelikle bu çalışmada, Türkiye'de 73 ilin, 1 saat, 2 saat, 6 saat, 12 saat ve 24 saat süreli yıllık ekstrem yağışlar için tarihsel istasyon (1970-2000) ve gelecek dönem (2015-2100) veri setleri ile çalışıldı. Tarihsel istasyon (1970-2000) ve iki gelecek dönem (2020-2050 ve 2070-2100) için Şiddet-Süre-Frekans eğrileri uç değer analizi ile dağılım metodu (Gumbel dağılımı) kullanılarak 1 saat, 2 saat, 6 saat, 12 saat ve 24 saat süreli yıllık ekstrem yağışların 10 yıllık, 25 yıllık, 50 yıllık ve 100 yıllık frekansları için oluşturuldu. Gelecek dönemlere ait Şiddet-Süre-Frekans eğrilerinde 14 küresel iklim modelinin medyan değeri kullanıldı. Burada, tarihsel veri seti, iklim değişikliğinin etkilerini gelecek dönemlere kıyasla en az içeren gözlem verisi olması ile farklılaşmaktadır. Bu kapsamda, 1970-2000 dönemi referans olarak alınarak gelecek iki dönemde Türkiye ve coğrafi bölgelerinde iklim değişikliğinin gelecek ekstrem yağışlara etkisi ortaya çıkarılmıştır. Türkiye'de ekstrem yağışların örüntüsü değişmektedir. Yapılan analizler ve değerlendirmeler sonucunda, özellikle yüzyıl ortasından itibaren, Türkiye'de ortalama sıcaklık artışına paralel en yüksek etkiye sahip ekstrem yağışların kısa süreli genellikle yüksek frekanslı yağışlar olduğu görülmektedir. Yüzyılın ortasına kadar tüm yağış süreleri ve frekansları için, ekstrem yağış etkilerinde bölgesel medyan bazlı değişimin Marmara bölgesinde %4,6-10,4, Güneydoğu Anadolu'da %4,9-8,4, Ege bölgesinde %7,4-10,4, İç Andolu bölgesinde %-1,8-0,8, Doğu Anadolu bölgesinde %6,8-1,1, Karadeniz bölgesinde %5,2-7,2, Akdeniz bölgesinde %4-14,2 olacağı tahmin edilmiştir. Ekstrem yağışların mekânsal değişkenliğinin yüksek olması nedeniyle bölgelerde hem azalan hem de artan nispi değişimler meydana gelmektedir. Yüzyılın sonuna gelindiğinde ise ekstrem yağışların bölgelerdeki etkisinin belirgin şekilde arttığı ve artış oranlarının; Marmara bölgesinde %18,5-21,7, Güneydoğu Anadolu'da %14,8-18,7, Ege bölgesinde %10,2-13,9, İç Anadolu'da %13,4-16,6, Doğu Anadolu bölgesinde %19,3-23,3, Karadeniz bölgesinde %16,2-20,7, Akdeniz bölgesinde %15,1-21,1 olacağı tespit edilmiştir. Türkiye'de kıyı rejimleri, karasal iç kesimlerden daha fazla miktarda ekstrem yağış almaktadır; özellikle bu çalışmada sunulan tüm gelecek dönemler ve ekstrem yağış süreleri için kıyı şeridinde öngörülen lokal artışlar göze çarpmaktadır. Ayrıca, Türkiye'nin güney ve kuzey kıyıları farklı yıllık ekstrem yağış sürelerinin etkisine tabidir; güney kıyısında 6 saatlik, 12 saatlik ve 24 saatlik ekstrem yağışlar en yüksek etkiye sahipken, kuzey kıyısı 1 saatlik ve 2 saatlik ekstrem yağışlardan daha fazla etkilenmektedir. Yüzyılın ortalarına kadar en az değişimin olduğu ve azalan medyan değişimlerin en baskın olduğu tek bölge olan İç Anadolu bölgesinin yüzyılın sonunda 1 saatlik ve 2 saatlik yüksek frekanslı konvektif ekstrem yağışların etkisinde önemli bir artış yaşayacağı tahmin edilmiştir. Her ne kadar sonuçlarımız yanlılık düzeltmesi gerçekleştirilmiş gelecek verileri üzerinden elde edilmiş olsa da yağışın mevsimselliği, termal ve dinamik bileşenler olmaksızın tek değişkenin bilgisi üzerine çıkarımlar yapılmıştır. Ayrıca, hem küresel iklim modellerinin medyan değerlerinin alınması ile uç değerlerin bastırılması hem de uç değer analizindeki belirsizlik miktarı göz önünde bulundurulmalıdır. Bu nedenle burada sunulan uç değer analiz sonuçları nümerik olarak değil göreli olarak değerlendirilmeye daha uygundur. Yine de burada sunulan analizler küresel iklim modeli topluluk üye sayıları artırılarak ve farklı emisyon senaryoları dahil ederek Türkiye'de gelecekteki ekstrem yağış tahminlerini geliştirme potansiyeline sahiptir. Gelecekteki araştırmalar için özellikle gün-altı aşırı yağış serilerinde durağan olmayan etkilerin araştırılması ve durağan olmayan sekanslar için burada sunulan eş-mesafe kantil eşleştirme algoritmasının genişletilmesi, Türkiye'nin ekstrem yağış klimatolojisi hakkında daha fazla bilgi edinmemizi sağlayabilir. Ayrıca bu çalışmada, kompleks orografinin rüzgarönü ve rüzgaraltı istasyonlarda mekânsal olarak ayrışan aşırı yağış derinlikleri oluşturduğu Türkiye'nin coğrafi bölgelerine göre değerlendirme yapıldı. Orografik marjinler dikkate alınarak mekânsal ayrıştırma yapılması farklılaşan ekstrem yağış örüntüsüne dair daha tutarlı öngörüler sunabilir. İklim değişikliği altında Şiddet-Süre-Frekans eğrilerinin oluşturulması ve kullanılmasında yerleşik pratiklerimizin de gözden geçirilmesi uygun olacaktır. Şiddet-Süre-Frekans eğrileri su yapılarının proje ömürleri dahilinde kriter olarak alınan maksimum yağış şiddeti bilgisini sunmakta, doğal ve insan yapımı tüm su yapılarının bakım, onarım, kontrol, denetleme ve koruma çalışmalarında kullanılmaktadır. Ancak bu eğriler iklim değişikliğinin etkilerinin görece az olduğu geçmiş dönem verisinden elde edilmektedir. Oysa iklim değişikliğinin kendisi, özellikle uç değerler için geçmiş ve gelecek arasında böyle bir durağanlık varsayımının geçerli olamayabileceğini belirtmektedir. İklim değişikliği etkisini göz ardı etmek mevcut kırılganlığı arttırarak hidrolojik sistemlerin optimum koşullar dışında bulunmasına sebebiyet verebilir. Küresel iklim modellerinin gelecek aşırı yağışlar için simüle ettiği yüksek değişkenlik göz önüne alınmalıdır. Bu nedenle, bu modellerden elde edilen verilerin toplamlar dahilinde aşırı yağış şiddet değerleri (minimum, maksimum, medyan ve ortalama değer) ve karşılık gelen en geniş güven aralıklarının eklenmesiyle gelecek döneme ait Şiddet-Süre-Frekans eğrilerinin de değerlendirilmeye dahil edilmesi uygun olacaktır. Politika yapıcılar ve karar vericiler Türkiye'de konut ve sanayi yerleşimlerinin yüksek olduğu kıyı bölgelerinin gelecekte şiddetli yağış olaylarında artış yaşayacağını ve hidrolojik sistemlerin iklim değişikliğine bağlı aşırı yağış olaylarına karşı mevcut kırılganlığının artacağını dikkate almalıdır. Azaltım ve uyum stratejileri kapsamında, hidrolojik sistemlerin iklim değişikliğine bağlı ekstrem yağış etkilerine karşı artan kırılganlığını ortadan kaldırmak ve olumsuz sosyo-ekonomik sonuçları yönetmek için bölgeler ve gelecek dönemler arasında farklılaşan ekstrem yağış sürelerini göz önünde bulundurmalıdır.
Açıklama
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Graduate School, 2021
Tez (Yüksek Lisans)-- İstanbul Teknik Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021
Anahtar kelimeler
Climatic changes, Precipitation, İklim değişiklikleri, Yağış
Alıntı