Türkiye üzerinde rüzgar şiddetinin ekstrem değer analizi ve sinoptik paternlerle ilişkisi

Abstract

Günümüz koşullarında karşılaşılan güçlü rüzgarlar ve şiddetli fırtınalar, modern toplumların geliştirdiği varlıklar için önemli bir risk oluşturmaktadır (Kunz ve diğ, 2010). Son yıllarda rüzgar fırtınaları ve şiddetli fırtınaların değerlendirilmesi için klimatoloji ve orta enlem siklonlarına odaklanan çalışmaların sayısında artış görülmektedir. Bu bağlantıyı görsel olarak temsil etmek için küresel veya bölgesel iklim modellerinden yararlanılmaktadır. Bu modeller yardımıyla siklonların sıklığı ve şiddeti ile şiddetli rüzgârlar arasındaki bağlantı anlaşılmaya çalışılmaktadır. Kunz ve diğ, (2010) ve Ulbrich ve diğ, (2009) tarafından yapıla bir araştırmaya göre Avrupa'da şiddetli rüzgârlar yirminci birinci yüzyılın sonuna göre daha sık görülmekte ve bu modelin devam etmesi beklenmektedir. Rüzgar şiddetinin artışıyla beraber ekstrem rüzgarlar da bu şiddetli hava olayları içerisinde incelenmesi gereken önemli bir meteorolojik parametre haline gelmiştir. Ekstrem rüzgar olayları büyük toplumsal ve ekonomik hasara neden olabilmektedir. Özellikle bu etkilerinin yanı sıra yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan rüzgar enerji santralleri açısından da önemli etkiye sahiptir. Bu nedenle ekstrem rüzgarların toplumsal ve sektörel etkisi göz önüne alındığında, bu rüzgarları oluşturan dinamiklerin bölgesel olarak etkilerinin belirlenmesi, uzun dönemli planlamaların gerçekleştirilmesi ve önlemlerin alınması açısından önem taşımaktadır. Bu amaçla bu çalışmada Türkiye genelinde şiddetli rüzgarların bölgesel olarak sınıflandırılması ve sinoptik ve büyük ölçekteki örüntüler (paternler) ile olan ilişkisi uluslararası literatürdeki çalışmalar da dikkate alınarak incelenmiştir. Bu çalışmada, Türkiye'de ekstrem rüzgarların desenleri ve sinoptik desenler arasındaki ilişki, kümeleme analizi tekniği kullanarak araştırılmaktadır. Aşırı rüzgarların yüzey desenlerini tespit etmek için k-ortalamalar algoritması kullanılmaktadır. Ek olarak, 500 hPa seviyesindeki jeopotansiyel yükseklik, 850 hPa seviyesindeki ortalama sıcaklık ve ortalama deniz seviyesi basınç değerlerini kümeleyebilmek için Kendini Düzenleyen Haritalar (Self-Organized Map, SOM) tekniği kullanılmıştır. Yüzey seviyesindeki hava koşullarını analiz etmek için Yeni Avrupa Rüzgar Atlası (New European Wind Atlas, NEWA) Projesi'ndeki veri seti ve yukarı seviye hava koşullarını incelemek için ERA5 veri setleri kullanılmıştır. k-ortalamalar algoritması Türkiye'deki yer seviyesi verilerine uygulandığında altı farklı kümeyi tanımlamaktadır. Ülkenin güneyinde doğu-batı doğrultusunda uzanan Toros Dağ sıralarının üzerinde ve Karadeniz'e kıyısı olan bölgenin kuzey doğusu benzer bir patern göstermektedir. Bu kümelerden, ülkemizin güneyinde doğu-batı doğrultusunda uzanan Toros Dağ sıralarının üzerinde görülen patern ile ülkemizin kuzeyinde Karadeniz'e kıyısı olan bölgenin kuzey doğusunda görülen patern benzerlik göstermektedir. Diğer bir kümedeki patern ise Doğu Akdeniz'den Doğu Karadeniz'e doğru bir hat boyunca uzanmaktadır. Bir başka kümede ise Karadeniz Bölgesinden Marmara'nın doğusuna kadar devam eden bir hat boyunca bir patern oluşturmaktadır. İç Karadeniz Bölgesinden başlayarak İç Anadolu'nun güneyini kapsayan kümede farklı bir patern görülmektedir. İç Karadeniz ve İç Anadolu'da tespit edilen paternin benzeri iç Ege'de de görülürken farklı bir patern de Ege kıyıları boyunca görülmektedir. Akdeniz ve Karadeniz üzerinde ise farklı bir yapı görülmektedir. Tüm bu kümelere bakılınca yüzeydeki paternlerin topografyaya bağlı olarak şekillendiği görülmektedir. Yukarı seviye verileri analiz etmek için ise ERA5 veri setinden seçilen parametrelerden Ortalama Deniz Seviyesi Basıncı (Mean Sea Level Pressure, MSLP), 500 hPa jeopotansiyel yükseklik (Z500), 850 hPa sıcaklık (T850) değişkenlerinin verilerine Ampirik Ortogonal Fonksiyonlar (Empirical Orthogonal Function, EOF) uygulanmıştır. Rüzgar gibi oldukça stokastik olan ve çalkantı barındıran bir meteorolojik değişkenin davranışını açıklayabilmek oldukça zordur ve uğraş gerektirir. Bundan dolayı EOF yaklaşımı ile boyutu indirgenmiş veriler kullanılarak uygulanan SOM yöntemi sinoptik paternler ile ilişkilendirilebilir sonuçlar vermiştir. Çalışma kapsamında, zaman içinde değişen atmosferik olayların anlaşılmasının öneminin vurgulanması amacıyla, farklı mevsimlere özgü meteorolojik değişkenlerin ve zamansal desenlerin incelendiği bir araştırma gerçekleştirilmiştir. Her bir mevsimin detaylı bir şekilde ele alınması, araştırmacıların farklı atmosferik özellikleri ve zamansal desenleri tanımlamasını sağlamaktadır. Ayrıca, atmosferik süreçlerin mekansal ve zamansal dinamiklerine dair önemli bulgular sunmaktadır. Türkiye'deki kış mevsimi baz alınarak yapılan çalışmanın sonucunda Türkiye'nin güneybatı, kuzeydoğu, kuzeybatı ve güneydoğu ile kuzey, güney yönleri olmak üzere etkili olan basınç çiftlerinin kış aylarında daha baskın olduğu ve bu basınç alanlarının oluşturduğu kuvvetli gradyanların topografyanın da etkisiyle kuvvetli rüzgar alanlarının oluşmasında etkili olduğu görülmüştür. İlkbahar mevsimi, kış ile yaz mevsimleri arasındaki bir geçiş dönemi gibi davranmaktadır. Kış mevsiminden sonra en şiddetli rüzgarların görüldüğü bu mevsimde kuvvetli basınç gradyanlarının yanı sıra, basınç çiftlerinin ve yukarı seviye kısa dalga oluğunun varlığı etkendir. Yaz ayları irdelendiğinde, ilişkili atmosferik desenlerin incelenmesi, bölgesel hava dinamiklerinin karmaşıklığını açığa çıkarmaktadır. Yaz aylarında özellikle batı bölgelerinde, dinamik oluşumlu yüksek basınç ve termik oluşumlu alçak basınç sistemlerinin etkileşimi ile oluşan basınç gradyanları bu bölgelerde kuzey yönlerden kuvvetli akımlar oluşturmaktadır. Ülkenin büyük karasal alanlarını etkileyen termik alçak basınç alanları da atmosferde daha kararsız koşullar oluşturarak etkilenen bölgelerdeki şiddetli rüzgar olaylarının sıklığını arttırmaktadır. Bu etkileşimin karmaşıklığına dair anlayışımız, bölgesel ve küresel atmosferik olayların bir araya geldiği yaz aylarındaki sinoptik paternlerin anlaşılmasında önemli bir rol oynamaktadır. Sonbahar mevsimi, ilkbahar mevsiminde olduğu gibi yaz ile kış mevsimlerinde meydana gelen paternler arasında bir geçiş dönemidir ve artan rüzgarlı günlerin belirli bölgelerin odak noktası haline geldiğini göstermektedir. Genel olarak, bu kapsamlı analiz, mevsimsel geçişlerin karmaşıklığını vurgulayarak, mevsimsel değişkenliklerin ve hava dinamiklerini etkileyen temel mekanizmaların anlaşılmasında bütünsel yaklaşımların önemini vurgulamaktadır.