Doğrusal olmayan kıyı ve okyanus dinamiklerinin seyrek tanılanması (Sinecod): Sindy algoritması kullanarak öncü analizler

Abstract

Okyanus ve kıyı bölgelerindeki hidrodinamik etkilerin modellemesi, kıyı erozyonu, kirlilik ve müsilaj yayılımı gibi önemli olayları anlamak ve tahmin etmek için kritik öneme sahiptir. Bu tür alanlarda, gemi ve tekne sürüklenmesi, akıntı bloklaması gibi çeşitli olayların mekanizmalarını anlamak, kritik altyapı ve doğal kaynakların korunması için hayati önem taşır. Bu amaçla, hesaplamalı analiz teknikleri ve deneysel sistemler, örneğin Lagrange sürüklenicisi ve kablosuz duyarga ağları gibi çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Son yıllarda, ARGO gibi çok uluslu projelerin uygulanmasıyla birlikte, küresel ölçekte eşzamanlı Lagrange sürüklenicisi gözlemleme çalışmaları da gerçekleştirilmektedir. Bunlar, deniz hidrodinamiğinin daha iyi anlaşılması ve modellemesi için önemli veri sağlamaktadır. Ancak, deniz koşullarının sürekli değişmesi, hesaplamalı yöntemlerin batimetri haritaları üzerinde tekrarlanmasını gerektirmekte ve bu da modelleme sürecini yavaşlatabilmektedir. Karmaşık veri ve parametrelerin kullanılması bazen tutarsız sonuçlar doğurabilir. Rüzgâr, dalga, akıntı ve batimetri gibi birçok değişkenin etkileşimi, modelleme çalışmalarında belirli zorluklar yaratabilir. Bu nedenle, daha güvenilir ve tutarlı sonuçlar elde etmek için modelleme tekniklerinin ve veri kullanımının geliştirilmesi sürekli olarak araştırılmaktadır. Bu çalışmada, kıyı ve okyanus hidrodinamik süreçlerinin mekanizmalarını modelleme amacıyla Seyrek Nonlineer Dinamik Sistem (SINDy) algoritmasının kullanılabilirliğini araştırılmıştır. SINDy yaklaşımı, nesnelerin ve partiküllerin sürüklenme yollarını, hesaplama veya ölçüm teknikleriyle belirlenen en az sayıda seyrek bileşenli basit diferansiyel denklemlerle açıklamayı hedefler. Bu amaçla Pasifik Okyanusu'ndaki bir sürükleniciden elde edilen verileri analiz ederek sürüklenme yollarını ve zaman serilerini yeniden oluşturuyoruz. Özellikle okyanus ve kıyı hidrodinamik etkilerin modellemesinde SINDy algoritmasının uygulanabilirliğini inceliyoruz. Çalışmamız, bölgesel hidrodinamik denklemleri hızlı ve doğru bir şekilde tahmin edebilen bir SINDy tabanlı algoritmik yaklaşımın önerilebileceğini savunmaktadır. Tezin birinci bölümünde konu ve kapsamı, amacı ve önemine değinilmiş, metodolojki genel olarak anlatılmıştır. İkinci bölümünde, SINDy algoritması ile yapılmış önceki çalışmalar kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Özellikle, SINDy algoritmasının teorik temelleri, mevcut uygulamaları ve hidrodinamik modelleme alanındaki potansiyel katkıları ele alınmıştır. Hidrodinamik sistemlerde kullanılan farklı modelleme teknikleri karşılaştırılarak, SINDy algoritmasının bu alanda sunduğu yenilikler ve avantajlar vurgulanmıştır. Üçüncü bölümde, çalışmanın metodolojik yaklaşımı detaylı bir şekilde açıklanmıştır. Öncelikle, Lagrange sürüklenici verilerinin elde edildiği kaynaklar belirtilmiş ve bu verilerin SINDy algoritmasıyla nasıl analiz edileceği adım adım açıklanmıştır. Veriler Amerika Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi (NOAA) Fiziksel Okyanusografi Bölümü (PhOD) web portalından elde edinilmiştir. Portal, https://www.aoml.noaa.gov/phod/gdp/realtime-data.php adresinden erişilebilir. SINDy algoritmasının temel prensipleri ve uygulama süreçleri, trigonometrik terimlerin kullanılması ve kullanılmaması durumlarına göre iki farklı senaryo altında incelenmiştir. Bu bölümde, kullanılan veri analiz teknikleri ve hesaplamalı yöntemler detaylandırılmıştır. Dördüncü bölümde, yapılan analizler sonucunda elde edilen bulgular sunulmuş ve SINDy algoritmasının kıyı hidrodinamiği modellemesine uygunluğu tartışılmıştır. Elde edilen sonuçlar, SINDy algoritmasının karmaşık modellemeye gerek kalmadan bölgesel kıyı hidrodinamiği denklemlerini hızlı ve doğru bir şekilde belirleyebileceğini göstermektedir. Bu sonuçların, kıyı hattı erozyon gelişim süreçleri, kirlilik yayılımı, gemi ve tekne sürüklenmesi gibi olayların modellemesinde kullanılabileceği vurgulanmıştır. Ayrıca, SINDy algoritmasının pratik uygulamaları, potansiyel kullanım alanları ve gelecekteki araştırma fırsatları değerlendirilmiştir. Bu bağlamda, elde edilen verilerin gemi kazaları ve çeken akıntı boğulmaları gibi durumlarda da kullanılabileceği öne sürülmektedir. Bu tez çalışması, SINDy algoritmasının okyanus ve kıyı hidrodinamik süreçlerinin modellemesinde etkin bir araç olabileceğini göstermektedir. Çalışmanın bulguları, okyanus ve kıyı mühendisliği yanında nehir hidroliği gibi çeşitli alanlarda da önemli katkılar sunabilecektir. Gelecekteki araştırmalarda, bu algoritmanın daha geniş veri setleri ve farklı hidrodinamik koşullar altında test edilmesi önerilmektedir. Bu sayede, modelleme tekniklerinin geliştirilmesi ve uygulama alanlarının genişletilmesi mümkün olacaktır.