İklim değişikliği senaryoları altında erozyon risklerinin rusle modeli ile tahmini ve küresel atmosferik salınımların yağış erozivitesine etkileri

Abstract

Toprak, ekosistemlerin işleyişi ve insan yaşamının sürdürülebilirliği açısından temel doğal kaynaklardan biri olup, erozyon süreçleri bu kaynağın nicelik ve nitelik kaybına yol açan başlıca çevresel sorunlar arasında yer almaktadır. Yağış kaynaklı toprak erozyonu, özellikle şiddetli ve yüksek enerjili yağış olaylarının etkisiyle hızlanmakta olup toprak verimliliğinin azalması, sediment taşınımının artması ve su kaynaklarının olumsuz etkilenmesi gibi çok boyutlu sonuçlar doğurmaktadır. Bu çalışmada, Küçük Menderes Nehir Havzası'nda yağış erozivitesinin uzun dönemli zamansal özellikleri, büyük ölçekli atmosferik salınımlara bağlı değişimleri ve iklim değişikliği koşulları altında toprak erozyonundaki olası değişimler bütüncül bir yaklaşımla incelenmiştir. Bu kapsamda, 1974–2023 dönemine ait aylık yağış verileri kullanılarak yağış erozivitesini yansıtan Modifiye Fournier İndeksi (MFI) hesaplanmıştır. Aylık ve yıllık ölçekte zaman serileri oluşturularak MFI değerlerinin istasyonlar arası dağılım özellikleri, erozyon eşik sınıflarına göre görülme sıklıkları ve ekstrem davranışları analiz edilmiştir. MFI zaman serileri kullanılarak aylık ve yıllık ölçekte Modifiye Mann–Kendall testi ile trend analizleri yapılmıştır. Ayrıca sezonsal etkileri ayrıştırmak amacıyla aylık bazda trend analizleri gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar mekânsal haritalar üzerinde görselleştirilmiştir. İklim değişikliğinin toprak erozyonu üzerindeki etkilerini değerlendirmek amacıyla, Yenilenmiş Evrensel Toprak Kaybı Denklemi (RUSLE) modeli kullanılmıştır. Bu kapsamda, Ortak Sosyo-Ekonomik Yollar (SSP) arasından seçilen SSP2-4.5 ve SSP5-8.5 senaryoları altında, yüksek çözünürlüklü ve ölçek küçültme işlemi uygulanmış Birleştirilmiş Model Karşılaştırma Projesi Aşama 6 (CMIP6) tabanlı iklim projeksiyonları kullanılarak yakın (2021–2040), orta (2041–2060), geç (2061–2080) ve yüzyıl sonu (2081–2100) dönemleri için analizler gerçekleştirilmiştir. RUSLE modelinde kullanılmak üzere yağış erozivite (R) faktörünün belirlenmesi amacıyla, yüksek zamansal çözünürlüklü gözlemsel yağış verilerine dayalı olarak 10 farklı ampirik denklem karşılaştırmalı biçimde test edilmiş olup gözlemsel verilerle uyumu en yüksek ve Akdeniz iklim koşullarını en iyi temsil eden yaklaşım havza özelinde belirlenmiştir. Model belirsizliğini azaltmak amacıyla 13 adet yüksek çözünürlüklü CMIP6 Küresel Dolaşım Modeline dayalı çoklu model ortalamaları kullanılmıştır. RUSLE modeli kullanılarak farklı iklim senaryoları ve dönemler için toprak kaybının mekânsal dağılımı belirlenmiştir. Ayrıca 60 alt havza ölçeğinde yıllık ortalama toprak kaybına dayalı erozyon riski sınıflandırması yapılarak mekânsal risk haritaları oluşturulmuştur. Böylelikle, havzadaki erozyon riskinin hem zamansal hem de mekânsal ölçekte analiz edilmesi sağlanmıştır. Çalışmanın bir diğer bileşeni, yağış erozivitesinin büyük ölçekli atmosferik salınımlarla olan ilişkilerinin incelenmesidir. Bu amaçla Kuzey Atlantik Salınımı (NAO) ve El Niño–Güney Salınımı (ENSO) fazları dikkate alınmış olup yağış erozivitesi piklerinin zamanlaması, olasılık yoğunluğu ve büyüklüğü, bu çalışma kapsamında önerilen 3 Boyutlu Dairesel Şiddet Histogramı (3D Circular Magnitude Histogram; 3D-CMH) yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. Bu yaklaşım, yağış erozivitesi riskinin zamanlama, büyüklük ve olasılık yoğunluğu gibi farklı bileşenlerinin tek bir analitik çerçevede birlikte değerlendirilmesine ve büyük ölçekli atmosferik salınımların erozyon riskini yıl içinde hangi dönemlerde yoğunlaştırdığının incelenmesine olanak sağlamıştır. Çalışma kapsamında, uzun dönemli ortalama MFI değerleri kullanılarak, NAO ve ENSO fazlarına göre ortalamalar hesaplanmış ve erozivite değerlerinin bu büyük ölçekli atmosferik salınımlara nasıl tepki verdiği belirlenmiştir. Elde edilen bulgular, uzun dönemli yağış erozivitesinin aylık ve yıllık ölçekte dalgalı bir yapıya sahip olduğunu göstermiştir. Trend analizleri kapsamında, istasyonların çoğunda anlamlı bir artış veya azalış eğilimi bulunmadığı, bazı istasyonlarda ise belirli dönemlerde zayıf pozitif veya negatif eğilimlerin gözlendiği tespit edilmiştir. Mevsimsel değerlendirmelerde ise yaz aylarında artan, kış aylarında ise azalan trendler öne çıkmıştır. RUSLE sonuçları, 1970–2000 referans döneminde ortalama yıllık toprak kaybı 29,56 t ha⁻¹ yıl⁻¹, sediment verimi 6,81 t ha⁻¹ yıl⁻¹ ve R faktörü 1250,4 MJ mm ha⁻¹ h⁻¹ yıl⁻¹ olarak hesaplanmıştır. SSP2-4.5 senaryosunda toprak kaybı yüzyıl boyunca sınırlı dalgalanmalarla belirgin bir U-şekilli desen sergilerken, SSP5-8.5 senaryosunda özellikle yüzyıl sonuna doğru azalan yağışlarla ilişkili belirgin düşüşler öngörülmüştür. Zamansal değişimlere rağmen erozyon riski mekânsal olarak büyük ölçüde korunmuş; yüksek eğimli alanlarda sürekli yüksek, daha düz bölgelerde ise görece düşük kalmıştır. Bu bulgular, iklim projeksiyonlarının toprak kaybının büyüklüğünü etkilediğini, ancak yüksek risk alanlarının mekânsal dağılımının hâlâ büyük ölçüde havzanın topoğrafik özellikleriyle belirlendiğini göstermektedir. Havzada yağış erozivitesi pikleri kış aylarında yoğunlaşmıştır. NAO– evresinde mevsimsel yoğunluk belirli aylara sıkışarak artarken, NAO+ ve ENSO fazlarında sonbahar–kış dönemine daha geniş bir zamana yayılmış ve yoğunluk azalmıştır. NAO– fazında ortalama MFI yaklaşık %5 artmış ve erozivite riskinin belirgin biçimde yükseldiği tespit edilmiştir.