Havza ölçeğinde kuraklık analizi: Entegre iklim ve hidrolojik perspektifleri

Birleşmiş Milletler Çevre Programı (BMÇP) ve Dünya Meteoroloji Teşkilatı (DMT) tarafından 1988 yılında gerçekleşen Hükumetlerarası İklim Değişikliği Paneli (HİDP), iklim değişikliğine sistematik değerlendirmeler, etkiler, muhtemel riskler, sınırlamalar için seçenekler ve ona uyum sağlamak hakkında karar ve politika uygulayanlara içgörü sağlamak için düzenlenmiştir. Bilim insanlarının artan Sera Gazları (SG) hakkındaki endişesi hala devam etmektedir, örneğin, SG'nın salınımının yarısını oluşturan karbon monoksit yoğunluğu, Nisan 2018 de 410 ppm i aşmıştır ve bu da sanayi öncesi döneme göre yüzde 30'luk bir artışa sebep olmuştur. Temsili Konsantrasyon Yolları (TKY), 2000 yılında yayımlanan Emisyon Senaryoları Özel Raporu (ESÖR) tahminlerinin üzerine HIDP'in 2014'teki beşinci Değerlendirme Raporu (DR5) tarafından kabul edilen, kapsanan dört SG konsantrasyonu (emisyonu değil) takip etme yöntemidir. TKY, gelecekte nekadar SG'nın salındığına bağlı olarak hepsinin gerçekleşmesi muhtemel olan dört potansiyel iklim perspektifini açıklayan iklimsel modellemeler ve araştırmalar için geliştirilmiştir. Küresel İklim Modelleri (KİM) ve Bölgesel İklim Modellerinin (BİM) sonuçları, birçok alanda gelecekteki analizler için farklı parametrelerin miktarını ve değişkenliğini tahmin etmek için kullanılmaktadır. Son zamanlarda, muhtemelen değişmekte olan iklime göre, dünyanın farklı bölgelerinde aşırı iklimsel olayların sıklığı önemli ölçüde artmıştır. HİDP DR5 sentez raporuna göre, TKY'lerin çoğu Türkiye'deki yüzey sıcaklığında ciddi artışa ve toplam yağışın miktarında yer yer azalmayı göstermektedir. Yağış paternlerindeki değişim, kar yağışında azalmaya, nüfus artışı gibi doğrusal insanoğlu kökenli etkilerle paralel bir şekilde sıcak hava dalgalarındaki artış, yer altı sularını aşırı suiistimalleri ve çölleşme doğrultusunda gerçekleşen ortalama sıcaklıklardaki yükselme, Türkiye'nin 21. yüzyılda su krizleriyle karşı karşıya kalmasına neden olmaktadır. Bu nedenle, son yıllarda pek çok bölgede farklı kuraklık olaylarıyla karşılaşıldığı ve iklim değişikliğiyle ilgili endişe verici bir duruma girildiği için, bilim insanları ve politikacıların üzerine düştüğü bir konu haline gelmiştir. Bu doğrultuda, Türkiye'nin iç Anadolu'da yer alan, Konya Kapalı Havzası (KKH) için son yıllarda aşırı yeraltı suyu çekimi, nüfus artışı, sıcaklık artışı ve kar yağışının azalması dikkat çekmektedir. Kuraklık indeksleri, kuraklık ile ilgili etkileri ve sonuçları izlemek ve öngörmek için olması gerekenlerdendir. İndeksler ayrıca, planlamacılar ve karar vericiler için bütünsel referans sağlayabilecekleri için başka bir kritik rol oynayabilmektelerdir. Son zamanlarda, araştırmacılar, yeni teknikleri içeren birden fazla değişkenli kuraklık indeksi olarak bilinen iki veya daha fazla göstergenin (yağış, sıcaklık, yüzey akış vb.) sağladığı bilgileri kullanmaya odaklı eski indeksler dışında yeni indeksler geliştirmeye çalışmışlardır. Bu araştırmanın temel amacı, KKH üzerinde çeşitli yaklaşım ve metotlar ile kuraklık analizini bir havza ölçeğinde incelemektir. İlk aşamada, meteorolojik, hidrolojik ve tarımsal kuraklık türleri için çeşitli, tanınan kuraklık indekslerinin geliştirilmesi parametrik ve parametrik olmayan yöntemlerle yapılmaktadır. Eskiden önerilen meteorolojik parametrik kuraklık indeksleri (SYİ ve SYBİ), ilk olarak, hesaplanması kolay ve ikinci olarak, KKH'daki önceki çalışmaların tekrar gözden geçirilmesi ve son olarak, çalışma alanı üzerinde yoğunlaştırılmış kuruluk koşullarında sıcaklığın rolünün gösterilmesi için seçilmiştir. Sonuçlar, özellikle 2000 yılından sonra kuraklık şiddetinde artışa neden olan bölgedeki sıcaklık artışının rolünü açıklamaktadır. Şaşırtıcı bir şekilde, 2000 ve 2010 yılları arasında, çoğu istasyonun kuraklığı farklı şiddetlerde yaşandığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, parametrik olmayan meteorolojik, hidrolojik ve tarımsal kuraklık indeksleri, KKH'daki bütünsel tarihsel kuraklıklarını değerlendirmek için kullanılmıştır. Üstelik trend analizleri, hidrolojik ve tarımsal indeksler üzerinde, iki parametrik olmayan kuraklık indeksini kullanılarak değerlendirilmiştir. Sonuçlar 3 ve 6 aylık zaman ölçeğinde farklı alanlarda çeşitli kuruma trendleri göstermektedir. Diğer yandan, çapraz dalgacık analizleri, hidrolojik ve tarımsal kuraklık indekslerinin, çalışma alanındaki çeşitli anlamlı bağlılıkları ortaya çıkaran Büyük-Ölçekli Atmosferik Salınımlarla (BÖAS) muhtemel uzaktan-bağlantılarını araştırmak için incelenmiştir. Çeşitli zaman aralıklar ve farklı buyukluklerle her bir BÖAS'ın 6-aylık hidrolijik ve tarımsal kuraklık indekslerine bağıntıları açıklanmıştır. İkinci aşamada, tarihsel parametrik olmayan Çok Değişkenli Standartlaştırılmış Kuraklık İndeksi (ÇDSKİ), bağlar aracılığıyla yağış ve toprak nemi bilgileri kullanılarak değerlendirilmiştir. ÇDSKİ 'nin iki değişkenli kuraklık özellikleri, uygulanan geri dönüş Süresi senaryolarında tarihsel kuraklık geri dönüş sürelerine ulaşmak için birkaç bağ tipi ile birlikte ele alınmıştır. Tarihsel parametrik olmayan kuraklık indeksi üzerine yapılan bağ analizi, BB6 bağ tipinin, KKH'ye göre kuraklık özelliklerinin ortak bağımlılığını modellemede üstünlüğünü ortaya koymaktadır. Genel olarak, KKH'deki tüm kuraklık sınıflarında, 3 aylık zaman ölçeğindeki bölgenin güneydoğu ve güneybatı kısımların, 6 aylık zaman ölçeğinde kuzey ve kuzeybatı kısımlarının tam tersine en tehlike altında olan kısımlarının olduğu görülmektedir. ÇDSKİ özelliklerinin gelecek süreç için (2019-2100) bağ yoluyla ortak bağımlılığını modellemek için, ilk olarak, farklı CMIP5 KİM'ler tarafından üretilen yirmi iki EURO-CORDEX birlik simülasyonuna dayanan göstergelerin (yağış ve toprak nemi serileri) performansı değerlendirilmiştir. Bu amaçla, çeşitli veri istatistiklerini kullanan eski tek değişkenli ölçüler kullanılmıştır. Ek olarak, EURO-CORDEX birlik simülasyonlarının son teknoloji, entropi-tabanlı performans analizi, KKH üzerine değerlendirilmiştir. Sonuçlar IPSL-IPSL-CM5A-MR-RCA4, MPI-M-MPI-ESM-LR-REMO2009 ve MPI-M-MPI-ESM-LR-RCA4 veri setlerinin gelecek dönemdeki yağış ve toprak nemi serilerinin modellenmesindeki üstünlüğünü göstermektedir. İstatistiksel karşılaştırma ayrıca önerilen entropi-tabanlı yaklaşımın KKH'deki mevcut seriler arasındaki en iyi modelleri çok iyi yakalayabildiğini göstermektedir. Daha sonra, seçilen modellerde olası yanılmalarını ortadan kaldırmak için, seçilen serilere parametrik, parametrik olmayan ve güçlü parametrik olmayan yüzdelik dağılım haritalama ve doğrusal ölçeklendirme yöntemi ile dört Önyargı Düzeltme (ÖD) yöntemi uygulanmıştır. Her bir girdinin performansı, Hataların Ortalama Kare Kökü (HOKK), HOKK yüzdesi (HOKKY), Ortalama Mutlak Hata (OMH), Önyargı Yüzdesi (ÖY) ve Nash-Sutcliffe Verimliliği (N-SE) Yöntemleri ile değerlendirilmiştir. ÖD yaklaşımlarının sonuçları, parametrik olmayan ve güçlü parametrik olmayan ÖD yöntemlerinin, seçilen modellerindeki KKH'na göre analizinde üstün olduğunu belirtmiştir. Seçilen sonuçlar, daha sonra iki zaman aralığında, 2019-2059 ve 2060-2100, ve bunların arasındaki dönem için, ÇDSKİ serisini belirgin bir şekilde oluşturmak için girdi olarak kullanılmıştır. Ayrıca, tarihsel döneme benzer şekilde, 3 ve 6 aylık zaman ölçekleri üzerinden bağ analizleri uygulanmış ve çeşitli kuraklık risk sınıflarına dayalı kuraklık geri dönüş periyodları geliştirilmiştir. Kuraklık dönüş periyod analizi ile farklı sınıflarından elde edilen sonuçların aralığı, bazı istasyonlar üzerinde önemli bir kuraklık riski olduğunu belirterek, incelenen dönemlerde en kötü sınıfların minimumu için önemli bir düşüşü göstermektedir. 242 ve 192 numaralı istasyonlar ise, tüm kuraklık sınıfları yüksek riskli bölgelere işaret ederken, IPSL-RCA4/TKY4.5 ile elde edilen 3 aylık ÇDSKİ serisine göre güney bölgelerde yer alan istasyonlar için daha az risk öngörülmüştür. Çeşitli kuraklık tetikleyicileri ve kuraklık olayları arasındaki sebep-sonuç ilişkisini araştırmak için, bu analiz farklı kuraklık indeksleri ve istatistiksel analizler kullanarak bütünsel bir görünüm vermektedir. Genel olarak, bu çalışmadan elde edilen sonuçların, KKH için etkili bir kuraklık hafifletme stratejisi elde etmesine yardımcı olması beklenmektedir. Kuraklık olaylarının evrimi, kuraklığın bütünsel nitelendirmesi, sahip olduğu muhtemel riskin büyüklüğü ve ortaya çıkma sıklığı hakkında bilgi sahibi olmak, insanoğlunun kuraklığa neden olabilecek pek çok yıkıcı sonucu engellemesine veya en azından daha iyi hazırlanmasına yardımcı olacaktır.