33
Arşivlenen Tez
0
DOI Atanmış
0%
DOI Oranı
Anabilim Dalı
Çemişgezek Cevizlidere Barajı ölçeğinde çevresel akış tayini yöntem analizi
Su, hayatın devamı için alternatifi olmayan bir maddedir. Bilinen tarih boyunca insanoğlu, suya olan bağımlılığı dolayısıyla yerleşim yerlerinin konumlandırılması, tarım faaliyetlerinin sürdürülebilirliği, enerji ihtiyacının karşılanması gibi birçok konuda su kullanımının planlanmasına ihtiyaç duymuştur. Dünya genelinde artan nüfus, tüketim alışkanlıklarındaki olumsuz değişimler ve değişen iklim şartları mevcut akarsuların sucul habitatlarındaki olağan akış seyrinde yetersiz kalmasına sebep olmuştur. Özellikle tarımsal faaliyetlerde ihtiyaç duyulan suyun tarım arazilerinden karşılanamıyor olması sulama ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. Türkiye'nin Doğu Anadolu Bölgesi'nde, Güney Doğu Anadolu Projesi kapsamında ivmelenen sulama faaliyetleri, bu konuda yetkili Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü'nün öncülüğünde sürmektedir. Bununla birlikte enerji ihtiyacını karşılama, içme suyu temini ve taşkın kontrolü amacıyla inşa edilen su yapılarının sayısı gün geçtikçe artmaktadır. Akarsularımızda inşa edilen barajların sağladıkları faydaların yanında, akarsu ve çevresine verdikleri zarar da bilinmektedir. Baraj inşalarında ortaya çıkan, akarsuların olağan akış seyrinin değiştirilmesi, akarsu çevresindeki doğal döngünün tahrip edilmesi gibi etkiler uzun vadede içindeki canlılarla birlikte akarsuların yok olması tehdidini doğurmaktadır. Bu sebeple baraj projelerinde sağlanacak faydadan ziyade var olan doğal döngünün sürdürülebilirliği öncelikli olmalıdır. Türkiye ve dünyadaki baraj projelerinde, akarsu yatağındaki ekolojik hayatın devamı için gerekli miktarda suyun akarsu mansabına bırakılması şeklinde özetlenebilecek çevresel akışların belirlenmesi çalışmaları 20. yüzyılın en önemli konularından biri olmuştur. Bilinen en eski çevresel akış belirleme yöntemi olan Tennant Yöntemi ile başlayan süreçte değişen ihtiyaçlar ve gelişen teknolojiyle birlikte temel kabul edilen Tennant Yöntemi'nin onlarca modifikasyon geçirmesinin yanında farklı yaklaşımları esas alan birçok yöntem geliştirilmiştir. Bazı ülkeler çevresel akışları yalnızca tek bir yöntemle belirlerken birçok ülkede bütünleşik yöntemlerin kullanımı gerekli görülmüştür. Türkiye'de 2003 yılında çıkarılan yönetmelikle birlikte çevresel akışların belirlenmesinde Tennant Yöntemi'nin kullanılması uygun bulunmuştur. Buna göre baraj projelerinde akarsuyun mansabına bırakılacak çevresel akış miktarı, son on yıla ait aylık ortalama akışın %10'u ile sınırlandırılmıştır. İklim değişkenleriyle yapılan çalışmalarda herhangi bir bölgenin iklimi ile ilgili bilgi verebilmesi açısından en az otuz yıllık veriye ihtiyaç duyulduğu bilinmektedir. Bununla birlikte bir veri setinin istatistiksel anlamlılığını tayin edebilmek, veri setinin yeterli uzunluğa sahip olmasıyla mümkündür. Tüm bu argümanlar dikkate alındığında on yıllık ortalama akışların, asgari ömrü 50 yıl olarak belirlenen baraj projeleri için iklimsel ve istatistiksel bir anlamlılık ifade etmesi şüphe uyandırıcıdır. Ayrıca bu yaklaşım baraj projelerine esas olan baraj öncesi doğal akışların değişebilirliğini göz ardı etmektedir. Bu çalışmada, çevresel akışların belirlenmesinde tek bir yöntemin kullanılmaması gerektiği ve farklı akış rejimine sahip akarsularda farklı yöntemlerin uygulanabileceği incelenmiştir. Tunceli ili Çemişgezek ilçesinde bulunan Cevizlidere Barajı çevresel akış miktarı tayini için 1985 – 2012 yıllarında kaydedilen baraj öncesi akışlar ve aynı periyotta kaydedilen meteorolojik parametreler kullanılmıştır. Çalışmada Türkiye'de hidrolojik model geliştirme konusunda gerekli insan gücünün ve dünya literatüründe yer alan mevcut modellerin çalıştırılmasında ihtiyaç duyulan veri türünün sağlanması için yeterli ölçüm ve gözlem ağının bulunmaması sebebiyle salt baraj öncesi akış verisi kullanılmıştır. Baraj öncesi akış verisi kullanılarak Islak Çevre, Akuatik Baz Akım, Debi Süreklilik Eğrisi ve Düşük Akım İndisleri yöntemleriyle farklı çevresel akış miktarları hesaplanmıştır. Buna göre Cevizlidere Barajı mansabında bırakılması gereken çevresel akış miktarlarının Ekim, Kasım, Temmuz, Ağustos ve Eylül aylarında Debi Süreklilik Eğrisi Yöntemi'nin Q75 istatistiği ile, Aralık, Ocak, Şubat, Mart, Nisan Mayıs ve Haziran aylarında ise son on yıllık ortalamalarla hesaplanması gerektiği gözlenmiştir. Çalışmada, Türkiye'de kullanılan mevcut çevresel akış yönteminin Cevizlidere Barajı ölçeğinde dahi yetersiz kalması sebebiyle alternatif yöntem ve yaklaşımlara ihtiyaç duyulduğunun gösterilmesi amaçlanmıştır.
Manisa Soma Bölgesi için Meso Ölçek Sayısal Hava Tahmin Modeli (WRF) Sonuçları ile Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Modelleri (Meteodyn ve WindSim) Kullanılarak Kısa Vadeli Rüzgar Enerjisi Tahmini
Orta ölçek sayısal hava tahmin modeli WRF ile hesaplamalı akışkanlar dinamiği modelleri (CFD) olan Meteodyn ve WindSim'in kullanımıyla kısa vadeli rüzgar enerjisi tahminleri gerçekleştirilmiştir. Manisa ili Soma ilçesi sınırları içinde kompleks arazi üzerinde kurulu bulunan Soma Rüzgar Enerji Santrali (RES)'ndeki rüzgar enerjisini, 1 km ve 3 km çözünürlükte ve 24 ile ikinci 24 (48) saatler için tahmin eden bir sistem oluşturulması amaçlanmıştır. Modelleme sonuçları türbin gözlem verileri ile karşılaştırılarak hangi CFD modelin daha iyi performansla çalıştığının analizi yapılmıştır. Karşılaştırma sonuçlarında, mezo ölçek model ile CFD modellerinin her iki çözünürlük senaryolarında 24 saat sonuçlarının 48 saat sonuçlarına göre daha az hatalı olduğu gözlenmiştir. Bu durum, tahmin süresinin uzamasıyla WRF modelin tahmin yapma becerisinin azalması ve buna bağlı olarak hata oranlarının yükselmesidir. Çözünürlük sonuçlarının analizinde, tüm modeller için 3 km çözünürlüğün 1 km çözünürlüğe göre daha az hatalı sonuçlar vermiş olduğu gözlenmiştir. Elde edilen sonucun, mezo ölçekli model ile buna kuple edilen CFD modellerinin kullanmış olduğu yükseklik ve arazi kullanım verisindeki ölçek farklılığından kaynaklanan sönümleme veya rüzgar şiddetini artırıcı etki olduğu düşünülmektedir. Ayrıca mezo model WRF, kompleks saha yapısından etkilenmektedir. CFD modelleri ile mikro ölçek etkilerin daha iyi çözümlenip hata oranlarının düşmesi beklenirken WRF modeli daha iyi ya da CFD modellerine çok yakın sonuçlar vermiştir. Bu durum iki model arasındaki yükseklik ve arazi kullanım verisinin ölçek farklılığındaki sonuçlara olan büyük etkisini göstermektedir. Yapılan mevsimsel analizlerde; mezo model ve CFD modeler için, çözünürlük ve zaman koşullarında, kış mevsimi'nin en yüksek hata değerlerine ve yaz mevsimi'nin en düşük hata değerlerine sahip olduğu gözlenmiştir.
Havalimanlarında meydana gelen sis olaylarının oluşum mekanizmasına göre sınıflandırılması ve zamansal dağılımının incelenmesi ve atatürk havalimanı rüyetografının elde edilmesi
Havayolu ulaşımının atmosferde meydana gelen hava olaylarından doğrudan etkilenmesi, havalimanlarında uçuculuğu etkileyen meteorolojik olayların incelenmesini önemli hale getirmektedir. Havalimanlarında yapılan uçuculuk faaliyetlerinin düzenli ve emniyetli bir şekilde icra edilebilmesi için meteorolojik koşulların belirlenen kıstaslar içerisinde olması gerekmektedir. Meteorolojik koşulların belirlenen kıstasları olumsuz yönde aşması durumunda havalimanı işletmeleri tarafından yapılan uçak iniş-kalkış süreleri, uygulanan pist CAT kategorisi gibi planlamalarında meydana gelen bozulmalar, uçak seferlerinde gecikmeler, divert (yönlendirme), iptallerin ve en önemlisi kaza-kırım meydana gelmesine neden olmaktadır. Havacılıkta meydana gelen birçok kaza-kırımın ve hatta ölümcül kaza meteorolojik kaynaklı olumsuz hava olaylarının yol açtığı bilinmektedir. Bu tür olumsuz hava koşulları havalimanlarında uçuş kapasitelerini düşürülmesi veya kaza-kırım gibi olumsuz durumlara özellikle büyük havayolu şirketlerinde çok büyük maddi kayıpların meydana gelmesine, havalimanı işletmesine plansız kitlesel boyutta yolcu misafir etmeye bağlı olumsuzluklar ve yolcularda ise zamansal kayıplara bağlı olumsuzlukların meydana gelmesine neden olmaktadır. Kuvvetli rüzgar, sis, gök gürültülü sağanak yağış, çok alçak seviye bulutluluk vb. meteorolojik hadiseler hava ulaşımında aksamaların meydana gelmesine neden olan başlıca olumsuz hava olaylarıdır. Sis, görüş mesafesini lokal bazda büyük ölçüde kısıtlayarak hava ulaşımını olumsuz yönde etkileyen en önemli meteorolojik hadisedir. Sis hadisesinin gözlemlendiği havalimanında diğer olumsuz meteorolojik hadiselere göre daha uzun süreli etkili olması ve mevsimselliğe bağlı olarak daha sık meydana gelmesi daha fazla uçuşun olumsuz etkilenmesine yol açmaktadır. Ayrıca sis hadisesinin meydana gelmesinde çevresel faktörlerin (deniz, göl, nehir, tepe, yamaç vb.) etkili olmasına bağlı lokal bazda oluşması öngörülebilirliğinin diğer meteorolojik hadiselere nazaran daha karmaşık ve daha zor hale getirmektedir. Sis tahmin edilmesi en zor hadise olması nedeniyle, havalimanlarında ani öngörülemeyen görüş mesafesinde önemli düşüş ile birlikte uçuşların tüm operasyonlarında aksamlarının meydana gelmesine sebep olmaktadır. Ayrıca sis nedeni ile görüşün düşmesi hem kara hem de deniz ulaşımında da önemli olumsuzlukların meydana gelmesine neden olur. Bu çalışmada Türkiye'de tüm havalimanlarında meydana sis hava olayı incelenmiştir. Havalimanlarında meydana gelen sis hadiseleri havacılık amaçlı yapılan METAR-SPECi gözlemleri incelenerek meydana gelme sıklık analizleri ve sis hadisesinin oluşum mekanizması ve havalimanının bulunduğu çevresel faktörler göz önünde bulundurularak gözlemlenen sis hadisesi türlerine göre sis sınıflandırması yapılmıştır. Ayrıca sis meydana geldiği periyotlardaki sıcaklık, rüzgar, basınç gibi parametreler incelenmiştir. Havalimanlarında pist CAT kategorisi gözlemlenen sis hadisesinin görüş mesafesini ne ölçüde daralttığını ortaya koymak için incelenmiştir. Havalimanlarında gözlemlenen sis hadiselerinin frekans analizi ile özellikle havayolu şirketlerine her havalimanında sis hadisesinin ne zaman ne kadar süre etkili olduğunu ve sis hadisesinin sınıflandırılması ile tahmin edilebilirliğini kolaylaştırılması amaçlanmıştır. Ayrıca Atatürk (LTBA) havalimanında, hidrolojik birim hidrograf yaklaşımını baz alarak sis oluşumdan dağılma sürecine kadar olan zaman aralığını görüş mesafesine bağlı olarak değerlendirmek için rüyetograf (görüş mesafesi birim grafiği) olarak elde edilmesi amaçlanmıştır. Türkiye'deki havalimanlarında bulunana METEOROLOJİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ' ne ait meteoroloji ofislerinde yapılan havacılık amaçlı METAR ve SPECİ gözlemlerinin 2008-2016 yılları arası gözlem verisi incelenerek sis ve sis kombinasyonu hadiseler ayıklanarak her havalimanında sis hadisesinin meydana gelme sıklık-frekans analizleri; yıllık, aylık ve günlük yapılmıştır. Ayrıca sis hadisesinin gözlendiği periyotlarda sıcaklık, rüzgar ve basınç gibi meteorolojik parametrelerinin değişimleri belirlenmiştir. Bu çalışmada üzerinde durulması gereken diğer önemli konu ise her bir havalimanında görülen sis hadisesinin oluşum mekanizmasına dayanan basit objektif bir algoritma sınıflandırılması kullanılarak sis hadisesi karakteristiğine göre yaygın olarak kullanılan 6 sis çeşidine göre sınıflandırılarak, frekans analizleri yapılmıştır. Basit sınıflandırma algoritmasına göre sis hadisesinin başlanan (onset) ilk metar veya speci raporundan en az 6 önceki metar veya speci, sis dağılma (dissipate) ilk metar veya speci raporundan 6 sonraki metar veya speci raporu incelenerek; rüzgar, bulut tabanı yüksekliği, bulut kapalılığı, sıcaklık gibi parametreler incelenerek gözlemlenen sis hadisesi yaygın olarak kullanılan 5 sis çeşidine göre sınıflandırılmıştır. Eğer gözlemlenen sis hadisesi bu algoritmaya göre herhangi bir sınıfa dahil edilememiş ise belirlenemeyen sis ("UNK") türü olarak adlandırılarak sınıflandırmaya dahil edilmiştir. Ayrıca sadece Atatürk havalimanı (LTBA) için rüyetograf elde edilerek sisli aylara göre incelenmiştir. Çalışmada yapılan analizlere göre bölgesel olarak ele alındığında Marmara bölgesinde kurulu bulunan havalimanlarında sis olayının daha sık meydana geldiği görülmüştür. Lokal olarak bakıldığında sis hadisesinin en fazla sisli gün sayısının Batman (LTCJ), Kocaeli Cengiz Topel (LTCQ), Balıkesir (LTBF), Bursa Yenişehir (LTBR), Ağrı (LTCO) havalimanlarında, en az sisli gün sayısının ise Muğla Imsık (LTBV), Yalova (LTBP), Balıkesir Edremit (LTFD), İzmir Kalkıç (LTFA) havalimanlarında gözlendiği ortaya konulmuştur. Türkiye'deki havalimanlarında sis olayları sonbahar sonu ve ilkbahar başlarına kadar olan periyotlarda daha sık gözlendiği sonucuna varılmıştır. İstanbul Atatürk (LTBA) havalimanında rasat edilen sis olayları %48.1 radyasyon sisi (RAD), %38.9 adveksiyon (ADV) sisi, %11.1 bulut tabanı alçalması (CBL), %1.0 yağış (PCP) sisi oranlarında sınıflandırılmıştır. Afyon (LTAF), Atatürk (LTBA), Bandırma (LTBG), Balıkesir (LTBF), Erzurum (LTCE), Konya (LTAN), Diyarbakır (LTCC), Bursa (LTBR) havalimanlarının CAT kategorisi sınıflandırmasına göre CAT III kategori yüzde (%) oranlarının daha fazla ve sırası ile %53.4, %41.9, %55.2, %51.0, %59.0, %49.9, %55.5 oranında sis hadiseleri gerçekleştiğinde havalimanı pist görüş mesafesine göre CAT III kategorisinde uçuş operasyonları yapılmıştır. Atatürk havalimanında yapılan yarım saatlik (30 dk) metar rasatları baz alındığında 2008-2016 yılları arası sis olaylarının başlangıcı, devamı ve dağılması süresi ortalama 5 saat, 03 dakika sürmüştür. Deniz, su yapılarının veya nehirlere yakın alanlara kurulu havalimanlarında adveksiyon sisinin karasal veya kent içerisinde kalmış havalimanlarına göre daha fazla meydana gelmesi doğaldır.
Sensitivity analysis of regional climate model COSMO-CLM over Turkey
The aim of this thesis is to evaluate the performance of the Regional Climate Model COSMO-CLM in simulating spatial characteristics of surface temperature and precipitation over Turkey. Sensitivity of COSMO-CLM is tested by using nine different configurations based on the physical parameterizations, data exchanges and nudging technique. The results are compared with the temperature and precipitation observations taken from Turkish State Meteorological Service (TSMS). The CCLM-Starter Package cclm-sp_2.4 version was used in this study in order to exchange data sets of aerosol optical depth and surface albedo. The ERA-Interim reanalysis data were driven by climate mode of COSMO (COSMO-CLM) with 0.11° (~10-12 km) spatial resolution over 200x100 grid points domain during the period between August 1st, 2007 and December 31th, 2009. The first five months of model runs were assumed as enough time for the spin-up of the model since the model is initiated beginning of the autumn season when the soil moisture is near minimum in the study domain. For both temperature and precipitation variables, 212 common observation stations were used in this study to be used to investigate the model performance. Two extreme climate years in the last decade according to the annual total precipitation data of TSMS, 2008 and 2009, represent dry and wet years during two years simulation period, respectively. Although the temperature averages of dry and wet years are similar, the annual total precipitation averages of all 212 stations over Turkey are 430 mm and 715 mm for 2008 and 2009, respectively. Taking this into consideration, 2008 and 2009 were selected as the dry and wet years. In total, seven COSMO-CLM runs were performed with different options in terms of albedo, aerosol, and vertical variation of critical humidity. Moreover, two runs with spectral nudging method were completed to improve model performance. For analysis of results, the domain was divided in seven regions according to climate zones of Turkey that are redefined by Ünal et al. (2003). Because of the complex topography of Turkey, the elevations of observation stations and model are different at common usage points. Also, this difference depends on the resolution of the simulations. The elevation of the model is higher than the stations' on complex topography over major part of Turkey. Increasing resolution ameliorates the altitudinal representation of the model especially over complex topographical regions. This sensitivity analysis project focuses on 2m temperature and total precipitation in order to present the main climate features over selected region. The sensitivity simulations were compared with reference configuration, observation data and MSWEP precipitation dataset for both dry year and wet year, separately. Model biases and differences between sensitivity configurations and reference run were calculated and presented. The eight sensitivity configurations produce 1-2°C higher results with respect to reference configuration over major part of Turkey during the dry and the wet years, except B1 and C1. Model simulations have cold biases over Turkey domain against observation data for both extreme years. COSMO-CLM simulated higher precipitation amount in the wet year with respect to the dry year. On the other hand, the negative biases of precipitation were observed over major part of Turkey against observation data.
Ekstrem rüzgarların yapay sinir ağları ve çoklu lineer regresyon kullanılarak kısa süreli tahmini
Son yıllarda, küresel ısınmayla birlikte meydana gelen iklim değişikliği, günümüzde hiç de az sayılamayacak araştırmalara konu olmuştur ve olmaktadır da. Bu olay; sıcaklık, yağış ve rüzgar gibi meteorolojik değişkenlerde ekstrem olayların meydana geliş sayısını da arttırmaktadır. Bu yüzden de, rüzgar enerjisi çalışmalarında, ekstrem rüzgar olaylarından zarar görmemek amacıyla yeni araştırmalar yapılmaktadır. Bu tez, 215M387 nolu ve "Yeni Avrupa Rüzgar Atlasında Ekstrem Rüzgarlar ve Türbülans Koşullarının Araştırılması ve Tahmin Sistemlerinin Geliştirilmesi" isimli TÜBİTAK projesi kapsamında gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, ülkemizin Marmara, Ege, Güneydoğu ve Akdeniz Bölgelerinde bulunan 18 farklı Rüzgar Tarlası'na (RT) ait maksimum rüzgar şiddeti verileri temin edilmiştir. Verilerin zamansal çözünürlükleri birbirinden farklı olduğu için her bir RT verisi saatlik olarak işleme alınmıştır. Buna ek olarak, RT ölçüm yüksekliklerinin birbirinden oldukça farklı olması nedeniyle de, bu seviyeler mümkün olduğunca aynı yüksekliğe (80 m – 90 m) taşınmıştır. Çalışmada yöntem olarak, Yapay Sinir Ağları (YSA) ve Çoklu lineer regresyon (ÇLR) metodları kullanılmıştır. Her iki yöntemde de girdi olarak; (t-2), (t-1) ve t zamalarındaki maksimum rüzgar şiddetleri alınmış ve (t+1) zamanındaki maksimum rüzgar şiddeti modellenmeye çalışılmıştır. YSA yönteminin kendisini oluşturan mimariye duyarlı olması nedeniyle de, en uygun YSA mimarisinin belirlenmesi için çalışmada bir hassasiyet analizi gerçekleştirilmiştir. 3 farklı öğrenme algoritması, 2 farklı aktivasyon fonksiyonu, 4 farklı gizli katman ve her bir gizli katmanda 4 farklı sinir hücresi kullanılması nedeniyle, her RT için toplamda 3X2X4X4=96 farklı YSA mimarisi oluşturularak, her RT için en iyi YSA mimarileri belirlenmiştir. Daha sonra ise, hem maksimum rüzgar şiddetleri için hem de ekstrem rüzgar şiddeti olarak belirlenen 20 m/sn üzerindeki rüzgar şiddetleri için analiz ve değerlendirilmelerde bulunularak, elde edilen YSA sonuçları ÇLR sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Kullanım kolaylığı açısından ÇLR, YSA'dan daha pratiktir. Çünkü ÇLR bir denklemden oluşmaktadır. Buna karşın YSA yapısı açısından çok karmaşıktır. Farklı mimariler üzerinden YSA'nın geliştirilebilmesi imkanı olması da YSA'nın avantajınadır. Burada elde edilen YSA ve ÇLR sonuçları genel olarak birbirine yakın olarak elde edilmiştir.
Türkiye hava alanlarının meteorolojik karakteristiklerinin çıkarılması
Hava taşımacılığı bir ülkedeki tüm sektörler ve özellikle ülke ekonomisi için itici güç niteliğindedir. Özellikle turizm sektörünün bel kemiği olan hava taşımacılığı, dünya genelinde turist sayısının % 60' ından fazlasının hava yolu ile taşınmasından dolayı büyük önem arz etmektedir. Dünyada hava yolu taşımacılığındaki büyüme trendi hızla devam etmektedir. 2006 yılından günümüze kadar yolcu trafiği hız kesmeden artmıştır. Hava koşullarına ilişkin riskler uçak emniyeti üzerinde ciddi bir olumsuz etkiye sahiptir. Son araştırmalara göre dünya çapındaki hava kazalarının % 20 ila % 30' undan hava koşulları sorumludur. Avrupa'da hava trafiği gecikmelerinin % 22' si olumsuz hava koşullarından kaynaklanmaktadır. Havacılık için tehlikeli olan çok sayıda meteorolojik risk bulunmaktadır. Bu bağlamda bu çalışmada öncelikle havacılık sektöründe risk teşkil ederek yolcuları mağdur eden ve sektördeki şirketleri zarara uğratan buzlanma, rüzgar, oraj, yağış, bulut tavanı ve görüş mesafesi gibi meteorolojik faktörler uçaklar üzerindeki etkileri, teşhis edilme şekilleri ve tahmin ile azaltma yöntemleri ile beraber ele alınmış, sonrasında MGM'den sağlanan 2010-2014 yılları arasındaki 5 yıllık dönemi kapsayan METAR, SPECI ve TAF verileri ile Türk sivil havacılığındaki özel bir havayolu şirketi tarafından sağlanan 2010-2014 yılları arasında meteorolojik sebeplerden divert eden ve iptal olan sefer verileri incelenerek Türkiye için meteorolojik faktörlerin bölgesel bazda ve havalimanı bazında nasıl bir dağılım gösterdiği ortaya konmaya çalışılmıştır. Bu çalışmada 2010-2014 yılları arasının özellikle seçilmesinin sebebi 2010 yılına girerken 50 milyon dolayında olan iç hat yolcu trafiğinin 2015 yılına girerken 100 milyona ulaşarak 2 katına ulaşması ile sektördeki çarpıcı artışa meteorolojik faktörlerin olumsuz anlamda ne şekilde etki ettiğinin ortaya konmak istenmesidir. Türkiye'de 2010 ila 2014 yılları arasında aktif durumda olan 46 havalimanı çalışma kapsamında incelenmiştir. Özel havayolu şirketinden alınan 01/01/2010-01/01/2015 arasındaki 5 yıllık meteorolojik nedenlerle iptal edilen veya divert eden sefer verileri sırasıyla incelenirken iptal edilen seferler için seferin kalkış meydanı ile varış meydanını kapsayan ve seferin kalkışından en az 3 saat öncesinin TAF tahminleri ile seferin kalkış saatine yakın METAR ve SPECI verileri ile yenilenmiş TAF tahminleri; divert eden seferler için ise seferin kalkışından en az 3 saat öncesinin TAF tahminleri ile seferin beklenen uçuş süreci boyunca mevcut olan METAR ve SPECI rasatları ile yenilenmiş olan TAF tahminleri verilerde mevcut olan yer rüzgarı, yer görüş mesafesi, halihazır hava durumu, bulut bilgileri ile hava sıcaklığı ve işba sıcaklığı grupları gibi meteorolojik kriterler ve özel havayolu şirketinin iç hat havalimanları için yararlandığı meydan yaklaşma usülleri ve yaklaşma minimum değerleri ışığında birlikte ele alınmıştır. METAR, SPECI ve TAF verileriyle eşleştirilen özel havayolu şirketi sefer verilerinin Türkiye için 5 yıllık veri setinde divert eden ve iptal olan seferlerde etkili olan 97 adet meteorolojik parametre, aylık olarak havalimanında meteorolojik parametreden kaynaklanan iptal veya divert eden sefer sayısının o ayki tüm meteorolojik parametrelerden kaynaklanan iptal veya divert eden sefer sayısına oranının alınmasıyla standartlaştırılarak havalimanlarına göre dağılımları belirlenmek üzere Küme Analizi (Cluster Analysis) yöntemi kullanılmıştır. 97 adet meteorolojik parametreye bağlı olarak havalimanları arasındaki benzerlik ilişkilerinin kurulabilmesi amacıyla IBM tarafından sağlanan SPSS Statistics 20 paket programı vasıtasıyla sırasıyla Centroid, Ward, Single Linkage (Nearest Neighbor), Complete Linkage (Furthest Neighbor), Average Linkage (Between-Groups Linkage) ve Average Linkage (Within-Groups Linkage) hiyerarşik kümeleme analiz yöntemleri uygulanmıştır. Dendogram grafikleri, Yığınsal katsayılar (Agglomerative coefficients) ve Havalimanı-Cluster sayısı noktasal diyagramları bir arada incelenmiştir. Yığınsal (agglomerative) algoritmada her bir adımda birbirine en çok benzeyen iki küme yeni bir yığın kümesi oluşturmak üzere bir araya gelip bütün nesneler tek bir kümede toplanana dek tekrarlandığından ve aşama sayısı arttıkça benzerlik azaldığından optimum küme sayıları sırasıyla Ward Metodu' nda 6 ve 8, Average Linkage yönteminde 6 ve 9 ve Complete Linkage yönteminde 6 ve 8 olarak alınmıştır. Yöntemin uygunluğu belirlenirken son olarak da Tek Yönlü ANOVA istatistiği uygulanmış ve % 95 güven aralığı içerisinde hangi yöntemde kaç kümede kaç adet anlamlı parametre dikkate alınarak kümeleme yapıldığı ortaya konmuştur. Her bir yöntemin sırayla incelenmesi sonucunda Ward's Method, Average Linkage (Within-Groups Linkage) ve Complete Linkage (Furthest Neighbor) yöntemlerinin diğerlerine göre daha kullanışlı olduğu tespit edilmiştir. Anlamlılık analizlerine göre de Complete Linkage (Furthest Neighbor) yöntemi ile Ward Metodu' nun daha çok hadiseyi ele almasının bu iki metodu öne çıkardığı söylenebilir. Benzer şekilde elde edilen Dendogramlar ve kümeleme diyagramları da bir arada düşünüldüğünde Ward Metodu ve Complete Linkage (Furthest Neighbor) yönteminin havalimanlarını coğrafi bölgelerdekine benzer şekilde kümelemesi ile daha gerçekçi sonuçlar verdiği görülmüştür. Türkiye'nin 7 coğrafi bölgesi için 01/01/2010-01/01/2015 aralığı için yapılan analizlerde 7 bölgenin Marmara bölgesi haricindeki 6 tanesinde (Ege, Akdeniz, İç Anadolu, Karadeniz, Doğu Anadolu ve Güneydoğu Anadolu) sefer iptallerine ve seferlerin divert etmesine sebebiyet veren ana meteorolojik faktörün sis olduğu ortaya konmuş, sisten sonra gelen bir diğer önemli meteorolojik risk parametresinin 7 bölgenin 5 tanesinde (Marmara, İç Anadolu, Karadeniz, Doğu Anadolu ve Güneydoğu Anadolu) önemli ağırlığı olan kar yağışı hadisesi olduğu görülmüştür. En dikkat çekici meteorolojik risk faktörü olan sis hadisesinin iller bazında özellikle Şanlıurfa, Hatay, Konya, Gaziantep, Batman, Diyarbakır ve Erzurum havalimanlarında daha etkili olduğu tespit edilmiştir. Yapılan bu çalışmada bölgeler bazında en ciddi meteorolojik risk faktörü durumundaki sis ve diğer önemli meteorolojik parametrelerle ilgili risklerin ortadan kaldırılabilmesi için bir takım projelerin geliştirilmesi gerekir. Özellikle sis hadiselerinin çok sık yaşandığı Hatay, Konya, Gaziantep, Batman, Diyarbakır gibi havalimanlarında İstanbul Atatürk Havalimanı ve Ankara Esenboğa Havalimanı'nda mevcut olan ILS CAT3 gibi çok düşük görüş değerlerine kadar meydana iniş yapılabilmesini sağlayan CAT3 aletli iniş sistemlerinin kurulması gibi havalimanları etrafındaki gölet gibi bataklık gibi nem kaynağı oluşturulabilecek alanların kurutulması gibi projeler çok ciddi katkı sağlayacaktır. Benzer şekilde meydana yaklaşma minimum değerinin nispeten daha yüksek olduğu Kahramanmaraş gibi Van gibi Erzincan gibi havalimanlarında seferleri ciddi anlamda etkileyen pus vb. hadiselerin önüne geçebilmek için meydan yaklaşma usüllerinin iyileştirilmesine ve geliştirilmesine yönelik projeler veya yatırımlarda bulunulması risk faktörlerini minimum düzeye indirecektir.
A study on upper atmospheric joule heating using observations and coupled models and a space weather consequence: Geomagnetically induced currents
Space weather has immediate consequences on today's space borne and ground-based technological infrastructure. In the long term, it, as well, affects the health of the aircrew on aircraft and astronauts on space missions. Thus, it is essential to quantify the extent and limits of space weather effects on Earth and near-Earth space environment. In this work, we study the space weather effects on the upper atmosphere and ground level during geomagnetically disturbed time intervals. Following, this thesis comprises three main parts: 1) investigation and comparison of different methods and data that were separately used and presented for JH in previous studies in the literature, 2) thermospheric neutral density variations that occur in response to the elevated temperatures during geomagnetic storms and substorms, 3) detection and initial quantification of low to mid-latitude geomagnetically induced currents using a magnetotelluric station located at Bozcaada, Çanakkale (in geographic coordinates: 37.5oN, 106oE). JH is the frictional heating that arises from the collisions between the neutrals and ions in the ionospheric levels. Thus, it is crucial to have exact information on both species to be able to calculate JH precisely. Its exact determination depends on the simultaneous knowledge of the ionospheric electric fields, conductances, thermospheric neutral wind and ambient magnetic fields or in a second approach, conductances, ion drifts and neutral wind at the high latitudes. Previously, some studies were also conducted by assuming that the neutral wind contribution is negligible. In our study, we investigate the JH with and without the neutral wind effects. For the calculations not involving the neutral wind, we get use of combinative methods. Electric field data from radars and an MHD model and conductance data from ionospheric electrodynamics (IE) module of an MHD model and an empirical model are combined interchangeably to calculate the JH. The most used indice-based methods are also investigated. Our aim is to present the alternative methods that give the best estimate for the JH rate in the absence of the global observations of the parameters needed for the calculation. Observational electric field data comes from Super Dual Auroral Radar Network (SuperDARN) radars and MHD model output is from the Space Weather Modeling Framework/Block-Adaptive-Tree-Solarwind-Roe-Upwind-Scheme (SWMF/BATSRUS, hereafter will be referred to as BATSRUS) model, whereas the conductances come from BATSRUS-IE and OVATION Prime + International Reference Ionosphere 2012 (IRI2012) models. For the calculations without the neutral wind, we find that with respect to the variations in Akasofu's Epsilon parameter, all combinative methods show a time lag varying between 10 to 20 minutes for the peak JH. However, the proxy method, which is based on the AE index, shows the maximum time lag, which varies between 20 minutes to 1.5 hour. Qualitatively, all methods exhibit similar variations. AE proxies show the highest rate of JH while the combinations with International Reference Ionosphere 2012 (IRI2012) conductances result in the lowest. The differences between the combinations with SuperDARN and BATSRUS electric fields are the smallest when SuperDARN has data in the midnight sector. In the second part of this thesis, we investigate the neutral density estimations from the empirical and physics-based IT models for GEM-CEDAR challenge events. We quantify the amount of errors using the neutral density observations from the Challenging Minisatellite Payload (CHAMP) satellite. We show that coupled ionosphere-thermosphere models and empirical models of the ionosphere give different neutral density climatologies and responses during geomagnetic storms. The storm effects are found as superimposed on the climatology. A performance assessment solely on the neutral density maxima leads to misleading performance assessments. A model overestimating the climatology but underestimating the storm-time response might well end up with a good performance record. Real time estimation of the atmospheric drag heavily relies on estimating the storm-time responses right. Following, we apply several techniques to separate the model climatology and storm-time response of the thermosphere from each other. Baselines for the thermospheric neutral densities are determined using the quiet periods preceding geomagnetic storms for both the CHAMP observations and the models. The data were shifted to baseline levels and effects due to the magnetic storm could be extracted. We obtain increases in skill scores up to 113% for the models, which differ from the quiet time climatology. Physics-based model neutral density variations show similar tendencies with CHAMP data. Physics-based models perform the worst for the low KP events, whereas they perform better for high KP events. Either CME or CIR induced, physics-based model results capture the variations in neutral densities very sufficiently. Empirical models are good in capturing the climatology and the baseline shifts do not affect the storm-time response considerably. However, despite attaining close values to the neutral density peaks, the shapes of the response curves are substantially different. For real time calculations of the satellite drag, we suggest using ensemble approach and background removal methods together to obtain reliable neutral density estimates. Furthermore, using the baseline shift method, we investigate the relationship between Joule heating and storm-time neutral density variations. A simple model using linear regression method is constructed by relating the JH estimations of the physics-based models of the thermosphere with CHAMP satellite neutral density observations. In the last part of our work, we study the magnetic and electric field characteristics of the GICs at mid-latitudes using electric field and magnetic field observations in Turkey during the geomagnetically active intervals. A magnetotelluric station consisting of an electrometer and a magnetometer were set up in Bozcaada, Çanakkale (37.5N, 106E). Several cases that show large electric and magnetic field fluctuations during geomagnetic disturbances are selected. The effects of geomagnetic activity are studied using the time derivatives of horizontal component of the magnetic field and the deviations in the magnetic and electric field components from the quiet background. In magnetic field data, quiet day Sq variations are removed using cubic spline fits. Similarly, the magnitude of the deviations in the electric field are determined by subtracting the background electric field determined by using cubic spline. Corresponding to the strong geomagnetic activity identified using KP and Dst indices, high frequency, strong fluctuations in the magnetic field, its derivatives, and electric field are observed. These fluctuations in horizontal magnetic and electric field are compared with those seen during a magnetically quiet day. The close association between the fluctuations of the time derivatives of the horizontal magnetic field and electric field components are demonstrated. Two types of variations in the electric and magnetic fields corresponding to the different phases of the geomagnetic activity are identified: those corresponding to the initial phase including the sudden commencement and those to the main phase of the geomagnetic storm. The fluctuations in both magnetic field and electric field corresponding to the sudden commencement and the initial phase indicate the effects of magnetopause currents driven by the large solar wind dynamic pressure as associated with the coronal mass ejection (CME) events. Each event shows increased levels of ground level magnetic and electric field fluctuations corresponding to the CME compression at the subsolar magnetopause. High frequency, large fluctuations continue subsequently during the main phase in the presence of the geomagnetic storms. GIC occurrences in our latitudes are shown to be associated with the sudden commencement and main phase of the geomagnetic storm activity. To conclude, in this thesis, we analyse our current capabilities of estimating the thermospheric Joule heating and neutral density variations during geomagnetically disturbed intervals. For the first time, the magnetic and electric field variations during geomagnetically active intervals are determined in the Eurasia region for the detection of GICs. Our study aims to contribute to the worldwide understanding and modelling efforts on the space weather effects on the thermospheric altitudes and the ground level.
Rüzgar enerji santralları üretim ve işletme değişkenlerinin çoklu-yarıvariogram yöntemi ile alansal tahmini
Rüzgar kelime anlamı olarak, devir, hengam ve alem anlamlarını taşımaktadır. Meteorolojide anlamı ise, en basit olarak hareket eden havadır. İlk insanlar rüzgarın kaynağının nedenini bilmemekle beraber, onu kullanma yoluna gitmişlerdir. Bu yönde belki ilk uygulamalar, tahıl öğütme ve yelkenli gemilerin yüzdürülmesi ile başlamıştır. Eski Yunanlılar ve onları takiben Romalılar yelkenli gemilerini yüzdürmek için kullanmışsa da, toplumun diğer faaliyetlerinde rüzgar gücünden faydalanma doğu medeniyetinde başlamıştır. Dairesel hareketli yel değirmenlerinden yararlanma Orta ve Doğu Asya toplumlarında görülmüştür. Bunun örnekleri İran, Afganistan, Pakistan, Tibet ve Doğu Asya ve Çin'de karşımıza çıkmaktadır. Özellikle İran'da bulunan yel değirmenleri, Haçlı Seferleri ile beraber, Batı'ya alınmıştır. Rüzgar enerjisinin toplum tarafından yaygın olarak kullanımı, sanılanın aksine Batı Medeniyetlerinde değil; Asya Medeniyetleriden olan Çin, Tibet, Hindistan, Afganistan ve İran'da olmuştur. Rüzgar türbinleri (RT) hakkında ilk yazılı bilgiler, M.Ö. 200 ~ 300 yıllarında yatay eksenli yel değirmenleri ile ilgili olarak yazılmıştır. Ayrıca M.Ö. 700 yıllarında İranlıların da düşey eksenli yel değirmenlerini kullandığı somut kanıtlardan bilinmektedir. Rüzgar gücü kullanım olarak Asya'dan Avrupa'ya 10. yüzyıl civarında geçmiştir. Bu geçişin ilk belirtileri olarak 11. ve 12. yüzyılda İngiltere'de yel değirmenlerinin kullanımı gösterilebilir. 1190'lı yıllarda Alman Haçlıları yel değirmenlerini Suriye'den ülkelerine götürmesi örnek verilebilir. Ortaçağ dönemlerinden bu yana kulanılan yel değirmenleri kuyulardan su çekmek ve tahıl öğütmek amacı ile kullanılmıştır. Hollanda ve Akdeniz'deki bir çok adada bunların örnekleri bulunmaktadır. Tarihçiler, M.Ö. 1700'lü yıllarda Babillilerin Mezopotomya civarında sulama amaçlı yel değirmenlerinin kullanıldığını söylemektedirler. Endüstri devrimi ile beraber, 18. yüzyılda buhar makinalarının ortaya çıkması sonucu, enerji gücünün temini için termodinamik işlemlere dayanan makinalardan yararlanılmaya başlannmıştır. Özellikle kömür, petrol, gaz gibi fosil yakıtların kullanımı ile istenildiği zaman enerji kaynağı sağlanabildiği için bu makinalar daha avantajlı hale gelmiştir. Günümüzde rüzgar enerjisi, enerji açığını kapatabilecek miktarlarda üretilemese bile, kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Bunun temel nedenleri arasında, yerli enerji kaynağı olması, işletme giderlerinin çok düşük ve hammadde gerektirmemesi yatmaktadır. Dünyada 2017 yılı sonu itibarı ile 500.000 MW'a yakın RES kurulu gücü bulunmaktadır. Tezin yazıldığı Haziran 2018 itibarı ile ise, 550.000 MW kurulu güç bulunuyor idi. Böyle büyük bir kurulu gücün üretim ve iletim sistem planlaması büyük önem arz etmektedir. Özellikle Avrupa Ülkeleri konu ile ilgili olarak 1990'lı yıların sonlarına doğru çalışmaya başlamıştır. Rüzgar elektrik santrallarından (RES) kısa süreli rüzgar enerjisi tahmini yapılması ve enerji üretim planlaması çok önemli bir husus olmuştur. Liberalleşen enerji piyasalarında en önemli özellik olarak elektrik enerji üretim ve elektrik enerjisi dağıtım planlamasının yapılması yatmaktadır. AB Ülkelerinin çoğunda elektrik dağıtımı yapan şirketler ülkelerindeki mevzuat gereği enerjinin belli bir kısmını yenilenebilir enerji kaynaklarından (YEK) karşılamak zorundadırlar. Günümüzde YEK kullanımı en fazla rüzgar enerjisi yolu ile olmaktadır. Şirketler bu amaçla planlama yaparken rüzgar elektrik santrallarına ağırlık vererek YEK kullanım portföyünü doldurabilmek için en azından 0-48 saate kadar olan enerji planlamalarını yapabilmek istemektedirler. Geleneksel enerji kaynakları ile çalışan elektrik santrallarında böyle bir sorun bulunmaz iken; RES'lerde bu durum önemli bir sorun teşkil etmektedir. Bu yüzden Avrupa'daki birçok şirket, rüzgar enerjisi tahmin modelleri ile çalışmaktadır. Konu ile ilgili olarak ülkemizde de YEGM bünyesinde 2010 yılında Rüzgar Gücü İzleme ve Tahmin Merkezi (RİTM) kurulmuştur. Bu tezin konusu, rüzgar elektrik santrallarından (RES) yarı-variogram tekniği kullanılarak incelenen nokta ile diğer noktalar arasında farklar temeline dayanan, daha açık bir ifadeyle; bir noktaya diğer noktaların yani alanın etkilerini araştırılmasıdır. Sonuçta elde edilen eğriler ve noktalar arasında verisi eksik bulunan noktaların verileri de hesaplanabilmektedir. Yarıvariogram tekniği, jeoistatistiğin önemli bir ölçüsüdür ve bir konum boyunca alan değişikliğinin oranını ifade etmektedir. Jeoistatistiksel analiz, incelenen verinin uzatsal devamlılığını ve değişiminin modellenmesidir. Rüzgar ve değişkenlerinin alan modellemesi yeni bir konudur. Genel itibarı ile bakıldığında, meteoroloji literatüründe alan çalışmalarında çoğunlukla gridlendirme ve haritalama yöntemleri kullanılmaktadır. Noktalar arasındaki mesafe ve alansal ilişki göz önüne pek alınmamaktadır. Tezin getirdiği önemli bir yenilik ise, yarıvariogram tekniğini geliştirerek Çoklu-variogram (Multi-variogram) tekniğinin kullanılmasıdır. Ölçümü yapılan bütün değişkenlerin hesaba katılarak incelenen RES sahası için "Saha Etki Katsayısı" geliştirilmiştir. Konu ile ilgili literatürde fazla çalışma bulunmamaktadır. Kullanılan veri olarak ise, santral haricinde dışarıdan bir veriye gereksinim duymaması ise, santral işleticileri açısından önemli bir avantajdır. Böyle bir tez çalışmasının temel nedenleri aşağıdaki gibi sıralanabilir; Ülkemizin de enerji piyasasını liberalleştirme yönünde gitmesi ve RES'lerden üretim tahmininin önemli hale gelmesi, RES'lerden incelenen parametrelerin eksik verinin tamamlanması, RES'lerin üretim planlamasının yapılması, Yarı-variogram konsepti geliştirilerek çoklu-variogram tekniğinin uygulanması. RES'lerden üretimin tahmininin diğer önemli yanı da; planlama yaparken RES'lere ağırlık vererek geleneksel kaynakların mümkün mertebe az kullanılarak çevre duyarlılığına önem verilmesidir. Kısa süreli tahminin kullanılmasının en önemli yanlarından birisi de; liberalleşen enerji piyasası ile ortaya çıkan spot piyasa kavramıdır. Spot piyasalarda enerji planlamasının yapılması ve anlık veya kısa süreler için yapılan ikili anlaşmalar yolu ile ortaya çıkan piyasa yapısı, tahmin konusunun önemini arttırmaktadır. Rüzgar enerjisinin üretim tahmini elektrik iletim ve dağıtım şirketleri için büyük önem arz etmektedir. Ayrıca RES işleticisi açısından RES'in bakım planlaması için de üretim tahmini çok önemlidir. Üretimin en az olduğu dönemde bakımın yapılması arzu edilir. Bu amaçla ülkemizin çeşitli bölgelerine bulunan 4 adet RES'e ait işletme verileri kullanılmıştır. Genel itibarı ile bakıldığında, meteoroloji literatüründe alan çalışmalarında çoğunlukla gridlendirme ve haritalama yöntemleri kullanılmaktadır. Noktalar arasındaki mesafe ve alansal ilişki göz önüne pek alınmamaktadır. Variogramlar, jeoistatistiğin temel yaklaşımlarındandır. İncelenen parametrenin veya değişkenin mesafe ve yönle değişim oranını incelemektedir. Birbirine yakın olan 2 değişkenin daha fazla benzer özellikler ve değerler göstermesi beklenir. Yani, yakın değişkenler arasındaki korelasyon, birbirine uzak iki değişken arasındaki korelasyondan daha fazladır. Mesafe arttıkça, iki değişken arasındaki korelasyon azalır ve öyle bir nokta gelirki bu korelasyon sıfır olur. Dolayısı ile variogram grafiği, incelenen değişkenler arasındaki korelasyonun hangi mesafede sıfır olacağını da göstermektedir. Matheron (1963) tarafından önerilen yarı-variogramın en önemli kabullerinin başında durağanlık ve eşit mesafelere bağlı olarak alan ilişkisi gelmektedir. Burada noktasal bir ilişkiden daha çok düzgün dağılım gösteren alansal ilişkiye bakılmaktadır. Durağanlığın bulunmaması durumunda rastgele dağılı noktalar arasındaki ilişkiye, yarı-variogram yaklaşımı doğru sonuçlar vermemektedir. Bu hususun aşılabilmesi için Şen (1989) tarafından yapılan çalışmada noktasal toplam yarı-variogram (NTY) metodu, incelenen değişkenin durağanlığının bulunmaması ve incelenen noktaların rastgele dağılmış olmasına göre nokta ile alan arasındaki ilişki geliştirmiştir. Xr, referans noktası ve, h1….hn bu referans noktası ile diğer noktalar arasındaki mesafeler olmak üzere değişim karesinin beklenen değeri E[(X_r-X_hi )^2 ]≥0 i=1,………n (1) ve yarı-variogram da Y(h_i )=1/2(n-1) ∑_(i=1)^n▒(X_r-X_hi )^2 (2) Alan tahmin hesaplamalarında ise tesir katsayılarının veri ile beraber mesafeye bağlı olarak oluşturdukları ağırlıklı ortalamalar kullanılmaktadır. Dolayısı ile tahminlerin yapılabilmesi için; A=w(h_(st,1) )+w(h_(st,2) )+ ………+w(h_(st,n) ) (3) X_T=1/A ∑_(i=1)^n▒〖X_i w(h_(st,i) ) 〗 değerlerini bulunması gerekmektedir. A, tesir katsayılarının ağırlıklı ortalamaya etkisini temsil ederken, XT ise sonuç olarak alan esaslı ağırlıklı ortalama tahmin değerini vermektedir. Tezde aşağıdaki adımlar izlenmiştir; Referans bir nokta seçilmiş ve seçilen bu nokta ile diğer noktalar arasındaki mesafeler hesaplanmalıdır. Eğer, n tane nokta varsa, mesafe sayısı da n-1 tane olacaktır. Bu noktalar küçükten büyüğe doğru sıralanmıştır, Seçilen referans nokta ile diğer noktalar arasındaki değerlerin farklarının karelerinin ardışık toplamlarının alınması ve yarıvaryogram olabilmesi için her değerin yarıya bölünmesi gerekir, Herbir noktanın mesafe değerlerine (X ekseninde) karşılık gelen NTY değerleri Y ekseninde işaretlenmiştir, Elde edilen fonksiyonun X ekseninde mesafeler ve Y ekseninde ise NTYdeğerleri hesaplanmış olacaktır. Bunların nokta-alan ilişkilendirme hesaplamalarında kullanabilmek için, her bir noktadaki değerler en büyük değerlere bölünerek standart ve birimsiz hale getirilmiştir. Objektif analiz yöntemine göre (Cressman, 1959; Barnes 1964) mesafeler artıkça tesir de azalacaktır. Buna dayanarak standartlaştırılmış değerleri, l'den çıkarılırak ve en büyük değere bölünür SAB (standartlaştırılmış değer) fonksiyonu bulunmuştur. İncelenen her nokta için bulunan SAB fonksiyonunda noktalar arasındaki mesafelere göre ağırlıklı ortalamalar alınır ve alansal tahminler yapılmıştır. Yarı-variogram tekniği geliştirilerek çoklu-yarıvariogram hesaplamaları üzerinden tahminler yapılmıştır. Tezde bütün yarı-variogram ile ilgili olarak hesaplamalar ve grafikler çizdirilerek incelenen değişkenler arasında ilişki bulunmuştur. Burada yapılmaya çalışılan incelenen bütün değişiklikleri kullanarak alansal bir formülasyon geliştirilmesidir. İncelenen değişken için alan bağımlılık katsayısı ve incelenen değişkenin standartlaştırılmış değeri çarpılarak alan bağımlılık toplamına bölünmüştür. İncelenen rüzgar türbini için toplam alandaki değişkenlerin etkisi hesaplanmış ve Saha Etki Katsayısı bulunmuştur. Bu hesaplama çoklu-yarıvariogram tekniği ile yapılmıştır. Yani, her bir türbin ve incelenen değişken için alandaki bütün değişkenlerin de hesaba katıldığı bir katsayı geliştirilmiştir. Yapılan tez çalışmasında İstanbul, Aydın, Balıkesir ve Amasya illerinde işletmede bulunan 4 adet RES'e ait işletme verileri kullanılmıştır. Toplamda 31 adet rüzgar türbini verisi incelenmiştir. 15 adet 2 MW; 16 adet 2.5 MW kurulu gücündeki rüzgar türbinlerinin, aralarındaki mesafe, rüzgar şiddeti, üretim, sıcaklık, jeneratör sıcaklığı, vibrasyon ve reaktif güç verileri incelenmiştir. İncelenen her bir rüzgar türbin verisi %70 eğitim ve %30 test verisine ayrılmış olunup çoklu-variogram %70'e ait saha katsayılarından %30 ölçülmüş veri ile proses edilmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bulunan sonuçlar tahmin doğruluğunun ölçülmüş değere %85-%95 arasında yaklaştığını göstermiştir. RES projeleri için bulunan verilen tahmin aralığı iyi bir yaklaşımdır. Geliştirilen modelin test edilmesi amacı ile çoklu regresyon yaklaşımı da incelenmiştir ve kıyaslanmıştır. Bunlara ek olarak aynı yöntem 1 aylık veri için de uygulanmıştır. 1 aylık incelemede de önerilen çoklu-yarıvariogram yönteminin çoklu regresyon yönteminden saha iyi sonuçlar veridiği görülmüştür.
Perez dış ortam gün ışığı aydınlık modelinin adaptif ağ tabanlı bulanık çıkarım sistemi (ANFIS) temelinde geliştirilmesi
Günümüzde, aydınlatmadan havalandırmaya, cep telefonlarından bilgisayarlara ve evlerden fabrikalara kadar kullandığımız cihazlar için elektrik enerjisi gerekmektedir. Başka bir ifadeyle, hayatımızda elektrik enerjisi vazgeçilmezdir. Enerji üretimi çoğunlukla fosil yakıt yanması ile elde edilmektedir. Bununla birlikte, fosil yakıtların yakılması, küresel ısınmaya ve iklim değişikliğine neden olan CO2, SO2 ve NO2 emisyonlarını arttırmaktadır. Fosil yakıtların olumsuz etkilerinden dolayı, enerji tüketiminde tasarruf sağlamak ve üretim için doğal enerji kaynaklarını kullanmak daha büyük önem kazanmıştır. Güneş tüm canlılar için temel, sınırsız ve en önemlisi en doğal kaynaktır. Gün ışığı ile aydınlatma, konforlu ve yüksek yaşam standartlarının sağlanması için en önemli parametrelerden biridir. Özellikle aydınlatma mühendisleri şehirlerdeki dış ortam koşullarını iyi bilmelidir. Bunun yanında binalardaki elektrik tüketimleri de önemli bir oranı oluşturmaktadır. Yapılarda doğal aydınlatma yerine, genellikle yapay aydınlatma araçları kullanılmakta ve bu durum çok daha fazla elektrik tüketimine neden olmaktadır. Doğal aydınlatma teknolojilerinin geliştirilmesi enerji tasarrufu sağlayacak ve ek katkı olarak insan yaşamına uygun olan sağlıklı koşulların oluşmasını sağlayacaktır. Son zamanlarda doğal gün ışığı birçok bina ve ilgili yapılara uygulanmaktadır. Gün ışığı aydınlık düzeyleri sadece bina tasarımcıları için değil aynı zamanda enerji analizi ile ilgili çalışan herkes için önemlidir. Genellikle meteoroloji birimleri tarafından global güneş radyasyonu ölçümleri rutin olarak yapılmaktadır. Global güneş radyasyonunun bilinmesinin gerekli olduğu kadar aydınlık düzeylerine de ihtiyaç bulunmaktadır. Dünyada ve özellikle ülkemizde malesef yeteri kadar aydınlık düzeyi ölçümü bulunmamaktadır. Dolayısıyla uygulamada bu eksiklik yeterince giderilememektedir. Bu çalışmada, bahsedilen açığın giderilmesi amaçlanarak İstanbul geneli için aydınlık düzeyi kestirimi yapılmıştır. Çalışma 2015-2017 yılları arasında İstanbul'da ölçülen yatay global gün ışığı aydınlık düzeyi verilerini ve İstanbul ve çevresinde ölçülen yatay global güneş ışınımı verilerini incelemektedir. Bu kapsamda ilk aşama olarak İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) meteoroloji gözlem parkına aydınlık düzeyi ölçüm sensörü kurulmuştur. Kurulan aydınlık düzeyi ölçüm sensörü ile birlikte aynı istasyonda daha önceden kurulmuş olan piranometreden eş zamanlı alınan güneş ışınımı ölçümleri değerlendirilmiştir. Sonraki aşamada, İTÜ istasyonu referans alınarak, İstanbul ve çevresinde yer alan 7 istasyonda daha güneş ışınımı ölçümleri yapılmış ve belirlilik katsayısına bağlı olarak aralarındaki bağlantılar ilişkilendirilmiştir. Tüm istasyonlarda ölçülen global güneş ışınımı ve İTÜ istasyonunda ölçülen aydınlık düzeyleri arasında, R2 değerinin zaman zaman 1.0 a yaklaştığı bir ilişki bulunmaktadır. Sonuçlardan yansıyan bu güçlü korelasyon, diğer istasyonlarda ölçülen güneş ışınımı değerlerinin İTÜ'de yapılan aydınlık düzeyi ölçümleriyle karşılaştırılmasına olanak sağlamaktadır. Bir sonraki adımda, bulunan ilişkiler esas alınmak suretiyle, İTÜ istasyonunda ölçülen aydınlık düzeyleri kullanılarak diğer istasyonlar için aydınlık düzeyi değeri hesaplanmaya çalışılmıştır. Ölçüm alınan bölgede veya bölgeden uzak olan alanlar için güneş radyasyonu değerleri Kriging ile interpolasyona tabi tutulmuştur. Bulunan sonuçlar itibari ile İstanbul geneli ve çevresi için aydınlık haritaları oluşturulmuştur. Özellikle İstanbul'un güney kısımlarında gün ışığının makul seviyelerde olduğu değerlendirilmektedir. Sonuç olarak, güneş ışınımı ile dış aydınlık düzeyleri arasında oldukça yüksek bir ilişki vardır. Dolayısıyla güneş ışınımına bağlı olarak aydınlık düzeyi hesabı yapılabilecektir. Günümüzde dış ortam gün ışığı aydınlık düzeyi bilgisi dünyada birçok ülke tarafından araştırılmaktadır. Bunun için uluslararası gün ışığı ölçüm programı çalışmaları yapılmış ve birçok araştırmacı tarafından gün ışığı aydınlık düzeyi modelleri geliştirilmiştir. Bugüne kadar birçok aydınlık düzeyi modeli geliştirilmesine karşın günümüzde en çok bilinen ve sıklıkla referans alınan modellerden biri olan Perez ve ark. tarafından geliştirilmiş aydınlık düzeyi modeli oldukça başarılı bulunmaktadır. Çalışmanın diğer bir adımında, ölçümü yapılan aydınlık düzeyi verileri ile Perez model sonuçları karşılaştırılmış ve ilk bakışta uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Hesaplanan istatistiksel hata sonuçlarında ise başarılı bir modelden beklenenden daha yüksek hata değerleri elde edilmiştir. Bunun için ölçüm değerleriyle gayet uyumlu olan bu model, birtakım iyileştirmeler vasıtasıyla geliştirilmiştir. Meteorolojik değişkenlerden biri olan yağışa geçebilir subuharı miktarının bilinmesi, dış ortam gün ışığı aydınlık düzeyi hesaplamaları için önemli bir adımı oluşturmaktadır. Yukarıda bahsedildiği üzere literatürde en çok kullanılan modellerden biri olan Perez gün ışığı aydınlık düzeyi hesaplama modelinde temel olarak dört atmosferik değişkenden biri olarak yağışa geçebilir subuharı miktarı kullanılmaktadır. Modelde kullanılan yağışa geçebilir subuharı ifadesi yerine daha önce yapılan bir çalışmada İstanbul için özel olarak türetilmiş olan denklem kullanılmıştır. Bu sayede model bölgeye özgü hale getirilebilmiş ve ölçümlere daha yakın sonuçlar elde edilmiştir. Bunun yanında Perez aydınlık modelinde hesaplanan gökyüzü açıklığı ε ifadesinin aldığı değerlere göre gökyüzü kapalılık oranı sekiz kategoride incelenmiştir. Bu ayrık sınıflandırma sonucunda belirlenen modelde kullanılan katsayıların da yine bir sınıftan diğerine atlarken önceki ve sonraki aldığı değer arasında herhangi bir geçiş söz konusu olmamaktadır. Tez çalışmasında aradaki keskin sınıf geçişlerini yumuşatmak için bulanık mantık temelli bir yapay zeka yöntemi olan Adaptif Ağ Tabanlı Bulanık Çıkarım Sistemi (Adaptive-Network Based Fuzzy Inference Systems- ANFIS) yaklaşımı benimsenmiştir. Sonuçta Perez modelinde kullanılan sabit katsayılar yerine, her sınıfta komşuluk ağırlığına göre değişen katsayılar hesaplanmış ve süreklilik konseptini içeren bir bulanık model oluşturulmuştur. Son olarak Perez modelinde kullanılan sekiz ayrık sınıfa alternatif 15, 7 ve 3 sınıflı bulanık modeller ve yine 4 ve 2 ayrık sınıflı bulanık olmayan (klasik) modeller oluşturulmuştur. Bununla birlikte sabit katsayılı ve sabit sınıflı olarak oluşturulan klasik Perez modeli yerine alternatif modellerden istenilenin kulllanılması seçeneği öne çıkmıştır. Tüm modellerden elde edilen sonuçlar, ölçüm değerleri ve klasik Perez ile karşılaştırılmış ve model hatalarına göre değerlendirmeler yapılmıştır. Hata karşılaştırmasında istatistikte en çok kullanılan Yüzde Bağıl Hata (Percentage Relative Error, RE), Yüzde Karesel Ortalama Hatanın Karekökü (Percentage Root Mean Square Error, RMSE) ve Yüzde Ortalama Sapma Hatası (Percentage Mean Bias Error, MBE) değerleri karşılaştırılmıştır. Bunlara ek olarak, hesaplanan sonuçları değerlendirmede "yakalama olasılığı" (probability of detection, POD) ve "yanlış uyarı oranı" (false alarm ratio, FAR) istatistiksel yaklaşımları da kullanılmıştır. Modele yapılan katkılar, olumlu sonuçlar elde edilmesini sağlamıştır. Günümüzde enerji verimliliği konusu oldukça önemli bir yere sahiptir. Bu çalışmanın özellikle enerji verimliliği ve gün ışığı tasarımı konularıyla ilgilenen araştırmacılar için faydalı olacağı düşünülmektedir. Tezde önerilen metot ile ülkemiz menfaatine olarak günümüzde yapılmak istenen enerji tasarrufuna katkı sağlanacaktır.
Şiddetli yağışların karadeniz yüzey sıcaklığına duyarlılığının Artvin/Hopa seli özelinde topluluk simülasyonları üretilerek incelenmesi
Küresel ısınma ve iklim değişikliği sonucunda değişen sıcaklıkların global ve lokal olarak etkilerinin araştırılmasının önemi her geçen gün artmaktadır. Küresel sıcaklık ortalaması 1890'dan bu yana 0.7 derece artmış olup karbon ve türevlerinin tüketimi gibi insan kaynaklı nedenler küresel iklim değişikliğinin başlıca nedenlerindendir. Küresel iklim değişikliği küresel hava sirkülasyonunun değişmesine ve aşırı yağışların oluşmasına neden olmaktadır. Dünya üzerinde bu ekstrem hava olaylarından daha fazla etkilenen yerler mevcuttur ve bu yerler "hot-spot region" olarak isimlendirilmektedir. Buna ek olarak deniz yüzey sıcaklıkları da küresel iklim değişikliğinden etkilenmektedir. Deniz yüzey sıcaklığı buharlaşma oranlarının değişmesine, rüzgar hızı ve yönünde değişikliklere, yüzey sıcaklıklarındaki değişimlere ve daha önemlisi ekstrem yağışların oluşumuna etki etmektedir. Bu çalışmada Türkiye'nin Doğu Karadeniz bölgesinde gerçekleşen ekstrem yağış olayı WRF-ARW 3.8 isimli hava tahmin modeli kullanılarak incelenmiştir. 23-24 Ağustos 2015 tarihinde meydana gelen aşırı yağış olayı 11 insanın hayatını kaybetmesine ve Hopa ilçesinde heyelana ve birçok yerleşim alanının zarar görmesine neden olmuştur. Meteoroloji istasyonunun ölçümüne göre 2 günlük toplam yağış 200 mmyi geçmektedir. Bu ekstrem yağışın meydana gelmesindeki en önemli etkenlerden biri olan pozitif deniz yüzey sıcaklığı anomalisi, Karadeniz üzerinde son 30 yıllık periyotta kendini açık bir şekilde göstermektedir. Ağustos 2015 aylık ortalama deniz yüzey sıcaklığı ile 1981-2010 periyodu ortalaması arasındaki fark 2 °C 'dan daha yüksektir. Ekstrem yağışların deniz yüzey sıcaklığı ile olan ilişkisinin yüksek çözünürlüklü model sonuçları ile topluluk simülasyonları (ensemble) oluşturulması ve böylece gelecekte meydana gelmesi muhtemel ekstrem yağış olaylarının hangi uç değerlerde salınacağını öngörmenin daha sağlıklı olacağı düşünülmektedir. Bu çalışmada, WRF-ARW modeli ile Karadeniz'in nem kaynağı olarak etkisini açıklayabilmek için altı farklı duyarlılık simülasyonu tasarlanmıştır. Karadeniz ile sınırı olan bütün ülkeleri kapsayan model alanı 3-km yatay çözünürlüğe sahiptir ve başlangıç koşulları topluluk simülasyonu üretilebilmesi için tasarlanmıştır. 9 farklı zamanlı simülasyonlar, simülasyonların başlangıç zamanları yağış olayından 1, 3, 7, 15, 25, 25.5, 26, 26.5 ve 27 gün önce olacak şekilde başlaması için planlanmıştır. Deniz yüzey sıcaklığına duyarlılığın analizi açısından simülasyonlar sadece Karadeniz üzerinde NCEP NOAA küresel deniz yüzey sıcaklığı verisi 1 °C (Sim-1), 2 °C (Sim-2) ve 3 °C (Sim-3) azaltılarak ve 1 °C (Sim+1), 2 °C (Sim+2) ve 3 °C (Sim+3) arttırılarak 6 farklı duyarlılık simülasyonu olacak şekilde hazırlanmıştır. Deniz yüzey sıcaklığının azaltıldığı simülasyonlarda, günlük toplam yağış miktarı bütün simülasyonlarda referans simülasyonuna (SimRef) göre kademeli olarak azalmıştır. Tüm model alanına düşen yağışların ortalamasına bakıldığında ise Sim-3 için 14.10, Sim-2 için 21.47 mm, Sim-1 için 27.37 mm, referans için 31.45 mm, Sim+1 için 35.11 mm, Sim+2 için 40.21 mm ve Sim+3 için 46.68 mm değerleri elde edilmiştir. Deniz yüzeyi üzerindeki sıcaklık değişimlerine bütün simülasyonlar yağış artışı ve azalışı olarak aynı yönde tepki verse de yağış miktarlarının değişimi bütün simülasyonlarda aynı oranda olmamıştır. 2 °C (Sim-2) deniz yüzey sıcaklığı ise kritik eşik değer değişimi olarak açığa çıkmıştır. Aynı zamanda simülasyonlar arasındaki nemlilik ve buharlaşma farkları da hesaplanmıştır ve farklar özellikle Doğu Karadeniz üzerinde daha belirgin hale gelmiştir. Deniz yüzey sıcaklığı ile ekstrem yağışlar arasındaki bağlantının gelecek çalışmalarda genişletilerek incelenmesi planlanmaktadır.
İstanbul Kağıthane bölgesinde yüksek PM10 konsantrasyonlarının meteorolojik olarak incelenmesi
Hava kirliliği, artan sanayi ve şehirleşme etkilerinden dolayı tüm dünyada önemli bir sorun haline gelmiştir. Yıllardır ülkemizde ve dünyada hava kirliliğine bağlı olarak çevresel ve sağlık sorunları ortaya çıkmaktadır. 1952 yılında İngiltere'de meydana gelen hava kirliliğinden dolayı 5.000 kişi hayatını kaybetmiştir. 2013 yılında Çin'de meydana gelen hava kirliliği vakasında ise şehirde görüş oldukça azalmış, kirlilik nedeniyle gelen sisten dolayı bir hafta boyunca olan kaza sayısı 70' e çıkmış ve bir çok astım hastası ve alerjisi olan kişiler de durumdan olumsuz etkilenmiştir. Hava kirliliğinin meydana gelmesi, hava kalitesinin düşmesine neden olmaktadır. Dünya'da da diğer ülkeler hava kirliliğine ve hava kalitesine oldukça önem vermektedir. Özellikle Çin hem sanayi faaliyetlerinin çok fazla olması hem de nüfus yoğunluğu nedeniyle düşük hava kalitesi koşullarına sahiptir. Çin'de yapılan çalışmalar genellikle partiküler kirliliğin sağlık üzerindeki etkileri üzerinedir. Hava kirliliği turizm sektörünü de etkilemektedir ve bu nedenle İspanya'da da PM10 kirliliğinin turizme olan etkileri araştırılmıştır. Avrupa'da da partiküler madde kirliliğinin kaynakları ve partiküler maddenin uzak ve yakın kıta taşınımları üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Türkiye' de ise hava kirliliği çalışmaları yaklaşık olarak 1960' lı yıllarda başlamıştır. İlk önce çalışmalara Ankara'da başlanmış, daha sonra kirliliğin diğer şehirlerde de yaygınlaşmasıyla konuyla ilgili analizler artmıştır. Ancak genel olarak şehrin coğrafi konumundan, etkisinde olduğu iklimsel faktörler açısından, batılı ve güneyli rüzgarlara maruz kalması faktöründen, nüfus yoğunluğuna bağlı olarak artan endüstriyel faaliyet, konutsal ısınma ve motorlu araç emisyonlarından, Boğazdan geçen gemilerin neden olduğu emisyonlardan dolayı artan hava kirliliği sorunu nedeniyle yapılan çalışmalar İstanbul üzerinde yoğunlaşmıştır. İstanbul baz alınarak yapılan spesifik çalışmalar da genellikle trafiğin yoğun olarak görüldüğü bölgeler üzerinde olmuştur. Hava kirliliği sanayi emisyonlarından, konutsal ısıtma sistemlerinden, organik kaynaklardan (volkanik küller, çöl tozları, çiçek polenleri, vs.), atmosferde meydana gelen bazı kimyasal tepkimeler sonucunda ya da yakın/uzak kıta partiküler madde taşınımından dolayı meydana gelebilmektedir. Hava kirliliğinin ortaya çıkmasında atmosferde bulunan partiküllerin yanı sıra o anki meteorolojik şartlar da oldukça önemlidir. Yüksek basınç, sakin rüzgarlar, yağışın olmaması atmosferde bulunan partiküler maddenin konsantrasyonunu ve atmosferde kalış süresini oldukça etkilemektedir. İstanbul yaklaşık olarak 15 milyon kişinin yaşadığı mega şehirlerden biridir ve gün geçtikçe nüfus daha da artmaktadır. Nüfus artışına bağlı olarak, motorlu araç sayısı ve konut sayısı da artmaktadır ki bu durumda da araçlardan ve kentsel ısınmadan dolayı olan emisyonlar da aynı hızla yükselişe geçmektedir. İstanbul aynı zamanda Avrupa'dan batılı rüzgarlar ile taşınan partiküler madde kirliliğine da maruz kalmaktadır ve özellikle güneyli rüzgarların da etkisiyle Afrika'dan Sahra çölü üzerinden genellikle son bahar ve ilk bahar aylarında toz taşınımı görülmektedir. Bu toz taşınımından Türkiye'nin güney kıyıları ve İstanbul önemli derecede etkilenmektedir. Dolayısıyla tüm bu etkenler İstanbul'daki kirliliği arttırıcı rol oynamaktadır. Bu yüksek lisans bitirme tez çalışmasında İstanbul' da yer alan Kağıthane bölgesi çalışma alanı olarak seçilmiştir. Kağıthane bölgesi bir vadi özelliği göstermektedir ki bölgenin bu özelliğinden dolayı düşük dispersiyon koşulları gözlenmektedir. Yüksek basıncın etkili olduğu ve rüzgar hızının da düşük olduğu zamanlarda kirletici oranları da yüksek olarak ölçüldüğünde, bölgede hava kirliliği ortaya çıkmakta ve hava kalitesi oldukça düşmektedir. Bu amaçla bölgede PM10 ölçümlerini yapmak ve kaynaklarını belirlemek hem çevresel hem de sağlık açısından oldukça önemlidir. Daha önce yapılan çalışmalarda İstanbul' daki PM10 konsantrasyonlarının günlük ve yıllık bazda EU limit değerlerinin üzerinde olduğu saptanmıştır. Çalışmada 2012-2014 yılları arası PM10 konsantrasyonları düzenli olarak ölçülmüş ve günlük, aylık, mevsimlik bazda istatistiksel incelemesi yapılmıştır. Bu incelemeler sonucunda episod gününe karar verilmiştir ve episod gününde yüksek olarak ölçülen PM10 konsantrasyonunun kaynağı belirlenmeye çalışılmıştır. Bu amaçla meteorolojik analizler yapılmış, yüksek seviye kartları incelenmiştir. Meteorolojik analizler sonucunda episod gününde yerde yüksek basıncın etkili olmasıyla, rüzgar hızının da sakin olmasıyla ve enverziyonun da görülmesiyle birlikte PM10 bölge üzerinde çökmüştür. WRF modeli çalıştırılarak yer ve yukarı seviyelerdeki yatay rüzgar hızı değerleri incelenmiştir. Bunlara ek olarak, uzak ve yakın kıta PM10 taşınımlarının o gün üzerine olan etkisini belirlemek amacıyla HYSPLIT modeli çalıştırılarak geriye dönük yörünge analizi yapılmış ve taşınımın kısa dönem içerisinde Doğu Avrupa üzerinden ve uzun dönem içerisinde de Sahra çölü üzerinden geldiği ortaya konulmuştur. Yer seviyesindeki taşınımı ortaya koymak açısından SODAR cihazıyla episod günü ölçülen yatay ve düşey rüzgar bileşenleri incelenmiş ve düşeyde taşınımın aşağı yönde olduğu ve enverziyonun olduğu da SODAR ölçümleriyle desteklenerek ortaya konulmuştur.
Diyarbakır ili için 2015 yılında çöl tozları taşınımının BSC-DREAM8b modeli ile araştırılması
Hava kirliliği, insan sağlığı üzerinde ciddi sağlık problemlerine ve ölümlere neden olduğundan dünyada en önemli sorunlar arasında gelmektedir. Dünyada her yıl milyonlarca insan hava kirliliği nedeniyle hayatını kaybetmektedir. Türkiye'de hava kirliliği özellikle 1950'lerden sonra nüfusun artması, kırsal bölgelerden şehirlere göçün artması, kentlerin büyümesi ve endüstrinin gelişmesiyle sağlık sorunu olmaya başlamıştır. Türkiye genelinde yapılan ölçümler insanların soluduğu havanın sağlığa zararlı olduğunu göstermektedir. Yapılan pek çok çalışmada, havadaki kirletici konsantrasyonları ile hastaneye başvuruların arttığı gözlemlenmiş ve ölümler üzerinde etkisi olduğu ortaya konulmuştur. 1952 yılının Aralık ayında İngiltere'nin başkenti Londra'da meydana gelen hava kirliliğinin, 5.000 kişinin ölümüne neden olarak, insan sağlığı üzerinde ciddi sonuçlara sebep olduğu görülmüştür. Güneydoğu Anadolu bölgesinde hava kalitesi önemli bir endişe kaynağıdır. Bölgedeki PM10 konsantrasyonları, AB ve Dünya Sağlık Örgütü (WHO)'nün sağlığın korunması için belirlenen standart sınır değerlerin oldukça üzerindedir. Çalışma bölgesi olan Diyarbakır ilinde, nispeten artan sanayileşme, ısınma, artan araç sayısı ve doğal yollarla meydana gelen çöl tozlarının taşınımı hava kalitesini etkileyen en önemli unsurlardır. Diyarbakır coğrafi konumu ile çöl bölgelerine yakın olması, taşınımı engelleyecek bir orografik engelin olmaması, Orta enlem siklonlarının geçiş güzergâhında ve Batı rüzgârları kuşağında bulunması nedeniyle çöl tozu taşınımından önemli oranda etkilenmektedir. Buna bağlı olarak, Diyarbakır'da çöl tozlarının etkisinin bu kadar fazla olması insan sağlığını olumsuz yönde etkilemektedir. Yüzey alanı ve nüfusu ile Türkiye'nin en kalabalık 12. şehrini temsil eden Diyarbakır ili Güneydoğu Anadolu Projesinde yer almaktadır. Güneydoğu Anadolu Projesi (GAP) Türkiye'de bugüne kadar hazırlanan bölgesel kalkınma projeleri arasında en dinamik olarak hayata geçirilen bir projedir. Diyarbakır ayrıca mutfağı, kültürü ve tarihi yapıları ile Dünya kültüründe hızla önem kazanmıştır. UNESCO tarafından Hevsel bahçeleri ve kalesi ile Dünya miras listesine alınan Diyarbakır turizm açısından da önemli bir yere sahiptir. Bu nedenle Diyarbakır'ın hava kalitesi oldukça önem taşımaktadır. Bu çalışmada, Diyarbakır'da çöl tozları taşınımının detaylı bir şekilde araştırılması için 2015 yılında farklı mevsimlerdeki episod dönemleri incelenmiştir. Kış, yaz ve sonbahar olmak üzere üzere üç farklı episod dönemi belirlenmiştir. Farklı mevsimler seçilmesindeki amaç episod dönemlerindeki kirlilik durumunun daha detaylı bir şekilde incelenmesidir. Çalışmanın temel amacı, üç farklı episod dönemi için BSC-DREAM8b toz taşınımı tahmin modeli çıktılarının ve üç farklı mevsime ait toz taşınım olaylarının meteorolojik koşulları ile detaylı olarak incelenerek analiz edilmesidir. Episod günlerine ait atmosfer koşulları sinoptik ve yukarı atmosfer haritaları ile ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Böylece, BSC-DREAM8b modelinin episod dönemlerindeki toz taşınımını yakalama performansı ortaya konmuştur. Üç farklı mevsime ait episod dönemleri olması modelin performansını değerlendirmede avantajlı olacaktır. Bunlara ek olarak, episod dönemleri için NOAA HySplit model çıktıları ile geri yörünge analizi yapılmış ve toz taşınımının etkisi ortaya konmuştur. Çalışmada ayrıca, model çıktıları EUMETSAT MSG toz ürünleri ile karşılaştırılıp detaylı olarak yorumlanmıştır. Çalışmada, Diyarbakır hava kalitesi ölçüm istasyonundan alınmış, 2015 yılı boyunca ölçülen PM10 değerleri kullanılmıştır. Diyarbakır iline ait rüzgar hızı ve yön bilgileri Meteoroloji Genel Müdürlüğünden alınmıştır. Hava kirliliği ile ilgili yapılan model çalışmaları ile, kirliliğin yoğun olmasının beklendiği günlerde, çevrede meydana getireceği etkiler göz önüne alınarak özellikle yaşlı, hasta ve çocukların dışarı çıkmaması için kamuoyunu bilgilendirilerek insanların ve çevrenin kirlilikten korunması amaçlanmıştır.
Brewer-Dobson sirkülasyonunun üç boyutlu olarak incelenmesi
Brewer-Dobson sirkülasyonu (BDS), orta atmosferdeki (10-100km), ortalama kütle sirkülasyonudur ve tropikal stratosferde yukarı yönlü taşınım, polar enlemlerde ise aşağı yönlü taşınımla karakterize edilir. BDS, planeter dalgalar, sinoptik-ölçekli dalgalar ve gravite dalgaları tarafından harekete geçirilir. Ozon (O3), subuharı (H2O) ve diğer iz gazlarının tropiklerden polar enlemlere taşınmasını sağlar (Andrews ve diğ, 1987). Bilimsel yazında BDS genellikle zonal ortalamalar alınarak 2 boyutlu olarak incelenmiştir. 3 boyutlu BDS araştırmaları oldukça az sayıdadır. Pek çok iklim modeli BDS'nin tropiklerdeki yukarı yönlü taşınımında on yılda %2'lik bir artışın olduğunu göstermektedir. Ancak tropik-dışındaki aşağı yönlü taşınımda modeller arasında önemi farklılıklar vardır. Yapılan gözlemler ise BDS'nin tropik-dışındaki yukarı yönlü hareketinde azalma olduğunu işaret etmektedir. Sonuçlardan anlaşılacağı gibi 2 boyutlu BDS'nin ortaya çıkan görüntüsünün yıllar içindeki değişimi çok kesin olarak bilimsel çalışmalarda gösterilememektedir. Bu tezin amacı Kinoshita ve diğ. (2010) tarafından geliştirilen 3 boyutlu BDS formüllerini kullanarak, BDS'nin geçmişteki ve gelecekteki değişimlerinin incelenmesidir. Çalışmanın hareket noktası: deniz-kara farklılığına, orografiye ve okyanus akıntılarına bağlı olarak troposferdeki bölgesel değişikliklerin, tüm orta atmosferde güçlü zonal asimetrik dalga hareketleri meydana getirmesidir. 2 boyutlu yaklaşımda, zonal ortalamalar kullanıldığı için, zonal asimetrik dalgalar incelenememektedir. Bu nedenle 3 boyutlu BDS'deki uzun dönemli değişiklikler, 2 boyutlu yaklaşıma gore daha güçlü ve anlamlıdır. Yapılan çalışmalarda 3 boyutlu BDS'deki zonal asimetrilerin, durağan dalgaları ve orta atmosferdeki pek çok bileşenin bölgesel değişikliklerini büyük oranda etkilediği görülmüştür. Buna örnek olarak, subuharının ve ozonun zonal asimetrilerini vermek mümkündür. Bugüne kadar yapılan incelemelerde çok iyi anlaşılamamış olan subuharındaki zonal değişimlerin bu tez çalışmasında daha açık bir şekilde gösterilmesi hedeflenmiştir. Bunların yanısıra 3 boyutlu BDS, troposferdeki durağan dalgaları ve bölgesel değişiklikleri de etkiler. Stratosferik ozondaki ve subuharındaki durağan, tekil-dalgaların radyatif etkilerinin (büyük oranda 3 boyutlu BDS tarafından üretilir), stratosferik ve troposferik sirkülasyonu belirgin bir şekilde değiştirebilmesi buna örnek olarak verilebilir. Durağan dalgalar bölgesel iklim değişikliğinin pek çok bileşenini büyük oranda kontrol eder fakat model simülasyonlarındaki ağırlığı yeterli değildir (Boer ve Lambert, 2008; SPARC CCMVal, 2010). 3 boyutlu BDS'nin incelenmesi durağan dalgaların etkisinin de yeterince göz önüne alınmasını sağlayarak, iklim modellerindeki eksikliğin giderilmesine yardımcı olabilir. Çalışmada karşılaştırmalı olarak 2 farklı veri seti kullanılmıştır. Bunlardan ilki Karşılaştırmalı İklim Modelleme Projesi 5. Fazı çerçevesinde (CMIP5) hazırlanan 2100 yılına kadar olan tahminlerdir. Diğeri ise, European Centre of Medium Weather Forecasts (ECMWF) tarafından sağlanan, ERA-Interim re-analiz verisidir (ERA-Interim 1979-2012). Bu araştırmanın sonucunda, Kinoshita ve diğ. (2010) tarafından geliştirilmiş üç boyutlu dönüştürülmüş eulerian denklerimlerinin, Brewer-Dobson sirkülasyonunun boylamsal ve orta atmosferdeki bölgesel uzun dönemli değişimlerini incelemek için uygun bir yöntem olduğu anlaşılmıştır. Daha önce çeşitli araştırmacılar tarafından yapılmış zonal (boylamsal) ortalama Brewer-Dobson sirkülasyon çalışmalarında zonal asimetrik yapı tespit edilemediğinden, bu çalışmada kullanılan üç boyutlu dönüştürülmüş eulerian denklemlerinin, zonal, meridyonel ve düşey atmosferik taşınım verilerinin zonal asimetrik yapısını incelerken kullanılmasının önemi ortaya çıkmıştır. Ayrıca modellerde yer alan zonal ortalama zonal rüzgarlar, yeterince doğru sonuçlar üretmemektedir. Çünkü bu zonal ortalama rüzgarlar, daha az kararlı bir polar vorteksin varlığını işaret etmektedirler. Oysa zonal asimetrik olarak incelediğimizde oldukça kararlı bir vorteksin olduğu ortaya çıkmaktadır. Brewer-Dobson sirkülasyonunun aşağı yönlü düşey taşınım yapan kolu olan stratosferdeki polar vorteks 2075 ve 2099 yılları arasında, 2006 ve 2013 yıllarına göre %50 oranında bir artışla şiddetlenecektir. Bu şiddetlenme atmosferik sera gazlarının kutup enlemlerinde yukarı stratosferden, yukarı troposphere doğru taşınımının da artmasına neden olacaktır. Bu yüksek lisans tez çalışması, bursiyer öğrenci olarak çalıştığım 113Y545 numaralı TÜBİTAK 3001 – Başlangıç Ar-Ge Projeleri Deskteleme Programı'nda, "Brewer-Dobson sirkülasyonunun geçmiş ve gelecek değişimlerinin iklime etkisinin 3 boyutlu olarak incelenmesi" isimli projenin amaç ve sonuçlarını içermektedir. TÜBİTAK'a desteklerinden dolayı teşekkür ederim.
Rüzgar tarlası verisi kullanılarak analitik rüzgar türbin izi modellerinin performanslarının değerlendirilmesi
Kısıtlı uygun alan ve daha düşük nakliye, kurulum ve bakım maliyeti gibi ekonomik nedenlerden dolayı rüzgar türbinleri rüzgar tarlası olarak adlandırılan birçok türbinin kısıtlı bir alanın sınırları içersinde bulunabileceği bir arazi üzerinde gruplandırılır.Rüzgar tarlasındaki rüzgar türbinleri, toplamda her birinin tek başına üreteceği durumdaki toplam güç üretimden daha düşük güç üretir. Bu durumun nedeni iz etkisidir. İz etkisindeki rüzgar-altı türbinleri daha düşük rüzgar şiddetine ve daha yüksek türbülans seviyesine maruz kalacaktır. Daha düşük rüzgar şiddeti rüzgar türbinin daha düşük güç üretimine neden olurken daha yüksek türbülans seviyesi rüzgar türbinin kullanım ömrünü azaltmaktadır. İz etkisinden dolayı güç kayıpları %20 mertebelerinde olabilir. Güç üretimindeki kayıplar lokal rüzgar rejimi, topografik karakteristikler ve türbinin aerodinamik karakteristikleri gibi bir çok faktöre bağlıdır. Bir rüzgar tarlasında iz etkisini minimize edeerek güç üretimini maksimize edebilmek için rüzgar tarlası sınırları içerisinde, türbinlerolası en iyi düzende konuşlandırılmalıdır. Bunun için analitik ve hesaplamalı olmak üzere iki farklı iz modelleri geliştirilmiştir. Bu tez çalışması iki adımdan oluşmaktadır. İlk adımda, tüm tez boyunca kullanılacak analitik rüzgar türbin izi modellerinden standart Jensen modelinin, geliştirilmiş yeni Jensen modelinin, Frandsen modelinin ve Larsen modelinin, İstanbul Teknik Üniversitesi Meteoroloji Gözlem Parkında kurulu olan küçük ölçekli rüzgar türbini ve ölçüm direğinden elde edilen ölçüm verileri kullanılarak başlangıç iz çapı, mesafeyle iz çapının gelişimi, ve mesafeyle izile serbest akış arasındaki rüzgar şiddet farkının azalma hızı gibi karakteristikleri sunulmuştur. Ayrıca rüzgar yönü türbini ekseninde vesırayla farklı rüzgar-altı mesafelerde hizalanmış bir rüzgar-altı türbini varsayımında, modellerin farklı rüzgar yönlerinde tam iz, kısmi iz ve sıfır iz öngörüsü sunulmuştur. Bu adımda, Larsen ve Frandsen modeli başlangıçta diğer iki modelden daha büyük iz çapına sahiptir ancak en büyük iz çapı ve en büyük iz çapı gelişimi Larsen modelinde görülmüştür. Ancak, her iki Jensen modeli, belirli bir mesafeden Frandsen modelinden daha büyük iz çapı öngördüsüne sahiptir. Mesafeyle izile serbest akış arasındaki rüzgar şiddet farkının azalma en hızlı yeni Jensen modelinde gözlenmesine rağmen tüm mesafeler boyunca izdeki rüzgar şiddetinin serbest akıştakine oranı (normalleştirmiş iz hızı) en yüksek Larsen modelinde gözlenmiştir. Bir rüzgar yönü türbinin türbin ekseninde sırayla farklı mesafelerde hizalanmış bir rüzgar-altı türbini varsayımı ile değişen rüzgar yönü durumunda, Larsen modeli uzak iz başlangıcının ötesindeki bir mesafeye kadar sadece tam iz etkisine sahip olduğu bulunmuştur ve tam iz etkisi açısından her mesafede en büyük öngörüye sahiptir. Yeni Jensen modeli standart Jensen modeline göre her mesafede hem tam hem de kısmi iz etkisi açısından daha geniş bir etki açısına sahiptir. Frandsen modeli her iki Jensen modelinden başlangıçta daha büyük tam ve kısmi iz etki açısı öngörmesine rağmen belirli bir mesafeden sonra her iki Jensen modeli de daha büyük tam ve kısmi iz etki açısına sahiptir. Bu tezin asıl amacı olan bir sonraki adımda kompleks bir arazide üzerinde kurulu olan Çatalca Rüzgar Enerji Santralinden alınan ölçüm verileri kullanılarak tekli iz durumu için modellerin hem Hesaplamalı Akışkan Dinamiği (HAD) teknolojisine dayalı WindSim yazılımı yardımıyla hem de HAD desteği olmadan tek başlarına ölçüm verileri ile uyumu test edilip modeller arasında kıyaslama yapılmıştır. Buradaki amaç HAD desteği olduğunda ve olmadığında (tek başına uygulandığında) modellerin kompleks bir arazi üzerindeki performansını test etmektir. Beş farklı tekli iz durumu test edilmiştir. WindSim analitik rüzgar türbin izi modeli standart Jensen, Larsen ve Ishihara modellerini içermektedir. Ancak, HAD destekli analitik rüzgar türbin izi olarak sadece standart Jensen ve Larsen modelleri kullanılmıştır. Türbinler kompleks bir arazi üzerinde bulunduğundan ölçüm verisinde rüzgar altı türbinindeki ölçülen rüzgar şiddeti ile rüzgar yönü türbinindeki ölçülen rüzgar şiddeti arasındaki oranın 1'den daha büyük olduğu veriler bulunmaktadır. Bu durumun özellikle modellerin tek başlarına uygulandığında gözlem verileriyle olan uyumunda zorluklar oluşturduğu gözlenmiştir. Test sonuçlarına göre, tek başına uygulanan hiçbir analitik rüzgar türbin izi modeli diğerlerine göre belirgin bir üstlük sağlayamamıştır. Modeller birbirine yakın sonuç vermiştir. Her tekli iz durumu testinde tek başlarına uygulanan modeller bazı testlerde ölçüm verileriyle uyum sağlayamazken bazı testlerde iyi uyum sağlamıştır. Toplam durum göz önünde bulundurulduğu yeni Jensen modeli % 9.7 ortalama mutlak hata, standart Jensen modeli % 9.9 ortalama mutlak hata, Frandsen modeli % 9.4 ortalama mutlak hata ve Larsen modeli en iyi sonuçla % 9.1 ortalama mutlak hata sergilemiştir. Frandsen modeli Larsen modelinden sonra en iyi ikinci mutlak ortalama hata sonucuna sahip olmasına rağmen, modelin kara ve özellikle kompleks araziler için uygun olmadığı gözlenmiştir. HAD destekli analitik iz rüzgar türbin izi modellerinden standart Jensen modeli ve Larsen modeli tüm türbin çiftleri testleri için ayrı ayrı değerlendirildiğinde, genelde hem HAD desteği olmayan standart Jensen ve Larsen modellerine göre hem de diğer HAD-desteği olmayan modellere (yeni Jensen ve Frandsen modelleri) göre daha düşük bir performans sergilemiştir. Eğer HAD destekli standart Jensen ve Larsen modelleri, sırasıyla, standart Jensen- WindSim modeli ve Larsen-WindSim modeli olarak adlandırırsak, toplam durum göz önünde bulundurulduğunda standart Jensen-WindSim modeli % 14.3 modelinin ortalama mutlak hata ve Larsen-WindSim modeli % 12.7 ortalama mutlak hata sergilemiştir.Bu kötü performansın nedeni HAD destekli modellerin rüzgar altı rüzgar türbinin kabul edeceği rüzgar yönü için rüzgar yönü ölçüm verilerine kıyasla oldukça farklı öngörmesi olabilir. HAD destekli modeller uygulanırken rüzgar üstü türbinleri rüzgar yönü ve şiddeti verisi için ölçüm verilerinden yararlanılmıştır. Modellerin rüzgar altı türbinleri için öngördüğü rüzgar yön değeleri rüzgar üstü türbinlerinde ölçülen rüzgar yön değerlerine yakın değerdedir. Modeller tek başlarına uygulanırken hem rüzgar üstü türbini hem de rüzgar altı türbini için ölçüm verisinden yararlanılmıştır.
Investigation of urban heat island intensity and developing mitigation strategies for istanbul
Urbanization and climate change may be the two most significant socio-ecological issues of the 21st century. The intersection between these trends is intensified by increasing population. Thus, the quality of life is influenced negatively. Cities are the defining ecological phenomenon in the decades ahead and the majority of the population of world now lives in them (While and Whitehead, 2013). Significant urbanization has occurred in Istanbul due to incerase of the population. Urban growth and associated landscape transformation might be a major driver of local and regional environmental change in this city. Istanbul is the largest city of Turkey with the population over 14 million inhabitants and the urbanization is drastically expanded since 1965 due to the population increase from 2 million to 14 million. As long as cities proceed to grow and develop with climate change, in order to mitigate urban temperatures by identifying and assessing practical strategies, is critical to provide socio-ecological urban sustainability and thermal comfort (Coutts et al. 2013). Using green and cool (high-albedo material) roofs are commonly reported to provide urban heat mitigation potential; however, their performance is highly dependent upon their design, sunshine duration, and location of the built-up area. This study compares the role of land use and wind field modifications to alter the urban climate in Istanbul by modeling spatial distribution of the urban heat island given 33 mitigation strategies (including white, green and hybrid scenarios) and 10 sensitivity analyses (with wind speed and wind direction scenarios). In this study, the impacts of urban expansion on meteorological variables in relation to the urban heat island (UHI) effect in Istanbul is investigated. To estimate the strength of UHI, the temperature differences between urban and suburban stations are calculated by using temperature observations from 6 stations for 1960-2014 years, and 34 stations for 2007–2012. In order to examine what type of changes in the urban landscape elevate the intensity of UHI in Istanbul, by using the dry days which were determined with the meteorological station data, the effects of change in land use on daytime and nighttime urban heat island (UHI) of Istanbul is examined using the micro-scale climate model MUKLIMO 3. The model simulation for mitigation strategies takes place for 07.08.2012, which was the hottest day in a heat wave that lasted five days and exceeded 30.5°C (threshold value) from the 90th percentile of all six station's data. A Case domain (Maslak) for date (07.08.2012) is selected and the implementation of green roofs and high-albedo materials are considered in order to lower the temperature. Due to the fact that MULIMO_3 provides the opportunity to implement green roofs as well as high-albedo materials in built-up areas easily, several mitigation strategies are applied. The implementation of cool (high-albedo) materials for urban structures and green roofs as mitigation strategies in general show lower temperatures throughout the whole day, while the effects of white and hybrid scenarios are much higher than green roofs. For the roof treatments explored here, results suggest that cool roofs (white scenarios), provide the greatest overall benefit in terms of urban heat mitigation and energy transfer into buildings. The high albedo of the cool roof substantially reduced net radiation, leaving less energy available at the surface for sensible heating during the day. Under warm and sunny conditions, when soil moisture was limited, evapotranspiration from the green roof was low, leading to high sensible heat fluxes during the day. Irrigation improved the performance of the green roof by increasing evapotranspiration. Consequently, the thermodynamic version of MUKLIMO_3 has decent skills to capture general pattern of urban climate parameters such as temperature, relative humidity and wind velocity. In order to evaluate the utilizability of mitigation strategies to reduce potential of heat stress, the results demonstrate suitable promise as a valuable tool for national stakeholders and urban climatologists. On the other hand, the rooftops of mega city Istanbul must be designed accordingly to target specific performance objectives, such as heat mitigation rather than receiver system or brick located roofs.
Climatologies of severe convective storms in Turkey, their environments, and their impacts
Severe convection is responsible for many hazardous events such as large hail, tornadoes, severe non-tornadic winds, heavy rainfalls and lightnings. These events cause loss of lives and damage to property in Turkey. Considering their effects on life and property and the global increasing trends of them, both short range probabilistic forecasting and nowcasting of these local storms are significant, however challenging issues. Defining the spatial and temporal distributions of these events is a prerequisite for understanding and predicting the environmental conditions that are favorable for them. In other words, knowledge on geographical, seasonal and daily distribution of severe convective storms is an essential need for improving abilities of forecast society. This thesis contributes the building of 'Storm Data of Turkey' as its first step. Convective storms are local scale events. Because of their small scales, conventional observational networks are not capable to catch all of them. Therefore, creating a storm database requires too much effort and collaborative working. Many parties, such as meteorological service observers, voluntary observer networks, and general public take part in reporting of these storms. Official records, newspapers and news agency archives, social media are good sources for collecting these reports. This dissertation presents report-based climatologies of severe convection related events, specifically severe hail and severe non-tornadic winds in Turkey. The severe hail climatology part of the reseach shows that severe hail (≥1.5 cm) is observed to be associated with a variety of thunderstorm types in Turkey and can occur in any season of the year. However, very large (≥4.5 cm) hail is usually associated with supercell storms. All parts of the country are vulnerable. The largest hailstones exceed 5 cm in diameter and approach 1 kg in mass. Severe hail in Turkey is most likely in May and June, especially in interior parts of the country. Severe hail is least likely in the winter, though when it occurs in winter, it is most likely along the southern and western coasts. The afternoon and early evening hours are the most favorable time of the day for severe hail. Seasonal and monthly distribution of severe nontornadic convective wind events shows that although the big portion of this events (51%) occur in summer they can occur in any time of year. They are most frequent in June, 33% of all events occurred in this month and 15% in September. According to the reports including storm duration information, only two of them were longer than six hours and most of them continued for 1 to 3 hours (42%). Second outcome of this research is on the impacts of severe convective storms on society. A dataset covering January 1930 to June 2014 on lightning related fatalities and injuries in Turkey is created. There were 745 incidents, resulting in 898 deaths, 150 serious injuries and 536 injuries during this period. The total number of fatalities was 31 in 2012, 26 people in 2013 and 25 people in 2014. With a Turkish population of around 73.7 million, the number of fatalities were 0.42 per million in 2012, 0.35 per million in 2013 and 0.34 per million in 2014 (January–June). The total number of human injuries was 36 in each of 2012 and 2013, and 62 in 2014. Considering the population, the rate of injuries was 0.49 per million in each of 2012 and 2013, and 0.84 per million in 2014 (January–June). Incidents were most frequent in late spring all around Turkey and were rare during winter. The majority of lightning incidents occurred during the afternoon, with fewer occurring at night. The number of incidents was higher over the highly populated western parts, especially in Istanbul and relatively lower in central and eastern Turkey. Geographical, annual and diurnal distributions of the incidents were comparable to thunderstorm and lightning observations, as well as with the report-based severe weather climatologies for Turkey. The risk of being struck by lightning was highest for the people participating outdoor activities such as farming and shepherding. The number of male victims was nearly twice the number of female victims. Almost all of the incidents occurred in rural areas. The number of victims under trees is a sign of the need for awareness campaigns. Report-based datasets are primary sources for severe convective storm climatologies. However, they have some disadvantages. Observations of hazardous, convection related local scale phenomena such as severe hail, tornadoes and damaging winds have a subjective nature. They are critically sensitive to some parameters such as population density differences, time of the day of occurrence and reporting issues (e.g., subjective estimation of wind speed by non-expert human observers and alike). Due to subjective nature of their observations, regional climatology, temporal variability and trends of these phenomena have been difficult to be defined properly (e.g., Diffenbaugh et al. 2008). Thus, climate change assessments have avoided from certain judgments about the effects of anthropogenic global warming on current and future variability of these phenomena (e.g., Intergovernmental Panel on Climate Change 2007). Usage of numerical models is an alternative method to get rid of mentioned disadvantages of report-based climatologies. Spatial analysis of environmental controls such as CAPE (convective available potential energy) and vertical wind shear on the global reanalysis data shows that there is a significant similarity between distribution of observed severe convective storms and these environmental controls (Brooks et al., 2003; Romero et al., 2007; Gensini and Ashley, 2011). In this thesis, an objective climatology of severe convective storm environments is established. Various environmental parameters associated with severe convective storms were calculated for a domain covering Europe, Middle East and North Africa for the 35-year period of 1979–2014 using ERA-interim data. Specifically, surface-based convective available potential energy (SBCAPE), mixed-layer (lowest 500m) convective available potential energy (MLCAPE), most unstable convective available potential energy (MUCAPE), surface-based convective inhibition energy (SBCIN), mixed-layer (lowest 500m) convective inhibition energy (MLCIN), most unstable convective inhibition energy (MUCIN), surface-based lifting condensation level (SBLCL), mixed-layer (lowest 500m) lifting condensation level (MLLCL), 0–6 km wind shear, 0–3 km wind shear, 0–1 km wind shear and mid-tropospheric (700–500-hPa) lapse rate (LR7050) were calculated. Previous research shows that, individual parameters did not discriminate well between severe and non-severe deep moist convection. Considering instability and shear together improves discrimination sharply (e.g., Davies and Johns 1993, Johns et al., 1993, Craven and Brooks 2004, Gensini and Ashley 2011). Therefore, proxy distribution of severe convective storms is enquired with the help of a parameter based on product of MLCAPE and deep layer shear. Results shows that the ITCZ, Mediterranean Sea, Red Sea and Arabian clearly exerts a dominating influence on the CAPE distribution patterns over the domain. Influence is not limited to directly over the seas but is noted over the coasts of these seas. Seasonal cycle of CAPE fields is very clearly defined with larger values during summer than in the winter for all over the domain. For the transition seasons, CAPE values are higher in autumn than spring over Mediterranean, Red and Arabian Seas and neighboring countries as expected. After peak summer insolation, these large water bodies remain warm for several weeks and perform as intense heat and moisture sources. This effect is slightly visible over southern parts of Black Sea and Caspian Sea due to lower insolation, related with their higher latitudes. With the strengthening of the jet stream during winter, the highest average 0–6 km wind shear values occur beneath the jet regions. Overlapping of ingredients seems most probable during spring over a zonal belt including southern Europe, northern Africa and Turkey. Another finding is large 0–1 km wind shear values over the Arabian Sea and Somalia from June to September, related to the Somalia low-level jet. This region is notable considering the extreme SBCAPE values available at that time of the year together with these large wind-shear values. Seasonal and geographical distributions of the environments over Turkey are compatible with report-based severe weather climatologies of Turkey. The long-term variations in severe convective storm environments are worthy of future study.
Meteorolojik değişkenlerin elektrik tüketimi üzerindeki etkisi
Günümüzde ülkelerin gelişmişlik seviyelerinin en önemli göstergelerinden biri enerji tüketimleridir. Sosyal ve ekonomik kalkınmanın en önemli girdisi olan enerji, yaşam standardının artması ve sürdürülebilir kalkınma sağlanabilmesi için zorunlu ihtiyaçtır. Elektrik enerjisi kolay kullanımı, taşınması ve temiz bir enerjisi olması nedeniyle en çok tercih edilen ve tüketilen enerji türlerinden biri olmuştur. Ülkemizde gelişen sanayileşme, nüfus artışı ve yükselen yaşam standartları nedeniyle elektrik tüketimi yıldan yıla hızla artmaktadır. İnsan hayatını kolaylaştıran teknolojik aletler yaşamın vazgeçilmez unsuru haline gelmiştir. Teknolojik cihazların tasarlanması, üretilmesi ve kullanıcılar tarafından tüketilmesine kadar geçen süreçte en önemli unsuru enerji üstlenmektedir. İnsan yaşamın zorunlulukları olan üretimin, sosyal ve ekonomik faaliyetlerin sağlıklı ilerleyebilmesi enerjinin kesintisiz olarak sağlanmasına bağlıdır. Enerjinin sürdürülebilirliği ve güvenliği yanında, kaliteli ve güvenilir elektrik enerjisinin tüketicilere ulaşması ve ilerleyen dönemlerde ihtiyaç duyulacak elektrik üretiminin planlanabilmesi doğru tüketim tahminin yapılması ile gerçekleşebilmektir. Elektrik tüketimi nüfus, ekonomik büyüme ve gayri safi yurtiçi hâsıla gibi çeşitli sosyal ve ekonomik değişkenlerin yanı sıra sıcaklık, yağış ve nem gibi iklimsel değişkenlere de bağlı değişiklik göstermektedir. Isınma ve soğuma ihtiyacı için kullanılan elektriğin, elektrik tüketimindeki etkisi büyüktür. Hava şartları tüketimde artış ve azalışa neden olurken, etkisi en yüksek meteorolojik değişken sıcaklıktır. Konfor sıcaklığı kabul edilen sıcaklık aralığından uzaklaşıldıkça elektrik tüketimi de artmaktadır. Tez çalışmasında Türkiye elektrik talebinin sıcaklık değişimlerinden ne kadar etkilendiği incelenmiştir. Aylık ve mevsimlik zaman periyodlarında tüketimin sıcaklık nedeniyle ne yönde ve ne kadar değiştiği araştırılmış, tüketim modeline sıcaklık girdi olarak eklenerek daha tutarlı tüketim tahmini yapabilmek amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında Levenberg-Marquardt geriye yayılma algoritması YSA yöntemi ile modellenen veri grupları kullanılarak kısa dönemli elektrik tüketim tahmini yapılmıştır. Çalışma aralığı olarak Ocak 2012-Kasım 2016 yılları belirlenmiştir. Bu yıllara ait Türkiye toplam tüketim verisi ve sıcaklık verisi kullanılmıştır. Sıcaklık verisi, nüfusa göre ağırlıklandırılmış ortalama ile üretilmiştir. Türkiye tüketiminde en çok paya sahip 12 ilin sıcaklıkları, tüketim oranlarına göre ağırlıklandırılmıştır. Modelde 38 ara katmanlı yapay sinir ağının en iyi sonuç verdiği saptanmıştır. Tahminler bu yapı ile kurulurken, aylık ortalamalara göre en sıcak ve en soğuk olan Ağustos ve Ocak aylarının 2016 yılı için tüketimleri tahmin edilmiştir. Modele sıcaklık ve elektrik tüketiminin yanı sıra girdi olarak gün etkisi de katılmıştır. Aynı ağ yapısı ve algoritması kullanılarak sıcaklık verisi ve sadece elektrik tüketim verisi ile toplam elektrik tüketimi tahmini yapılmıştır. Çalışma sonucunda sıcaklık verisinin girdi olarak katılığı modelin Ağustos ayı için mutlak ortalama yüzdelik hata (MAPE) ortalaması saatlik %1.62, günlük %1.04 olmuştur. Aynı ay için sıcaklık verisi kullanılmayan tahmin modelin MAPE sonuçları saatlik %2.76, günlük %2.08 olmuştur. Ocak ayı sonuçları ise sıcaklık verisinin katıldığı modelde saatlik %1.94, günlük %1.34 'tür. Sadece tüketim ile kurulan modelin sonuçları ise saatlik %2.2, günlük %1.81 olmuştur. İki model de başarılı sonuç verirken, sıcaklığın katılması ile oranın daha da azaldığı görülebilmektedir.
Türkiye'deki havalimanlarının sis karakteristiklerinin ayrıntılı analizi
Dünya ve ülkemizde gelişen havacılık sektörü birçok sorunla karşı karşıya kalmaktadır. Bu sorunlar başında teknik ve meteorolojik kaynaklı hadiseler başta gelmektedir. Teknik kaynaklı problemler teknolojinin gelişmesiyle beraber hızla çözüme kavuşturulurken meteorolojik kaynaklı problemlerde insanoğlu doğayla büyük bir mücadele içerisindedir. Bu mücadeleyi kazanmak için insanlar öncelikle meydana gelen bu hadiselerin oluşum mekanizmalarını anlamaya çalışmakta ve birçok parametrenin etkisiyle oluşan bu karmaşık süreçleri analiz etmektedir. Bu analizler sonucunda elde ettiği bilgiler sonucunda çözüm yolları aramaktadır. Havacılık sektörünü etkileyen belli başlı meteorolojik hadiseler yıldırım, sis, rüzgar gibi büyük maddi ve manevi kayıplara neden olan hadiselerdir. Sis hadisesi diğer hadiselerden büyük oranda ayrışarak havacılık sektöründe meydana getirdiği büyük maddi kayıplar sebebiyle oluşum süreçlerinin anlaşılması, modellenmesi, analiz edilmesi ve tahminin yapılması çok önemlidir. Bu çalışmada 2011 ile 2016 yılları arasındaki periyot dahilinde Türkiye Cumhuriyeti sınırları içerisinde bulunan 37'si uluslararası 17'si ulusal, 12'si askeri ve 1'i eğitim amaçlı olarak kullanılan 67 havalimanına ait havalimanı sınırları içerisinde bulunan Meteoroloji Genel Müdürlüğüne ait istasyonlarda hazırlanan METAR ve SPECI raporları kullanılarak yapılmıştır. METAR ve SPECI raporları havacılık amaçlı hazırlanan meteorolojik kodlardır. Çalışmada tüm havalimanlarına ait yaklaşık 39 milyon adet METAR ve SPECI raporu analiz edilmiştir. Bu raporlarda bulunan FG yani sis kodu baz alınarak çalışmanın temeli kurulmuştur. Çalışma periyodu dahilindeki raporlardan yararlanılarak çalışmanın ilk aşamasında 67 havalimanın tek tek yıllık, aylık ve saatlik sis analizleri yapılmıştır. Bunların yanı sıra meydana gelen tüm sisler tiplerine göre kategorize edilmiştir. Bu çalışmalarının yanısıra makine öğrenmesi programlarından olan WEKA programındaki BayesNet, Navien Bayes, J48, Ridor ve RBFNetwork algoritmaları kullanılarak sis tahmini yapılmıştır. Yıllık analizler incelendiğinde havalimanlarının hiçbirisinde trend olmadığı gözlemlenmiştir. Aylık analizler incelendiğinde sisin an çok ocak, şubat ve aralık aylarında meydana geldiği görülmüştür. Saatlik analizlerde ise sisin en çok gün batımı ile gün doğarken ki vakitlerde meydana geldiği görülmüştür. Hava sıcaklığı ve kara sıcaklığının arasındaki fark bunda önemli rol oynamaktadır. Sislerin tiplere göre yani FG, MIFG, BCFH, FZFG ve PRFG olarak ayrıldığı analizlerde ise düşük ortalama sıcaklığa sahip karasal iklimin hakim olduğu bölgelerde FZFG yani donan sisin yüzdesel olarak fazla olduğu görülmüştür. Genelde ise en çok FZFG, FG ve BCFG tipleri METAR ve SPECI'lerde en çok verilen sis tip hadisesi olmuşlardır. Sis tahmini öncesinde JetBrains PyCharm isimli program kullanılarak veriler WEKA programında kullanıma hazır hale getirilmiştir. Java tabanlı açık kaynak kodlu makine öğrenmesi programı olan WEKA programı ile BayesNet, Navien Bayes, Ridor, J48 ve RBFNetwork algoritmaları kullanılarak her havalimanı için sis tahmini yapılmıştır. Bu algoritmaların seçiminde WEKA programında bulunan 50 adet makine öğrenmesi algoritması Türkiye'nin yolcu ve kargo taşımacılığı bakımından en büyük havalimanı olan Uluslararası İstanbul Atatürk Havalimanı için uygulanarak bu algoritmalar içerisinde en başarılı sonuç veren BayesNet, Navien Bayes ile düşük ve orta düzeyde tahmin başarısı gösteren J48, Ridor ve RBFNetwork algoritmaları seçilmiştir. Algoritmaların başarılı sonuç vermesi öncelikle veri sayısının çokluğu ile sis hadisesinin bu çokluğa oranla yüksekliğine bağlıdır. Tüm havalimanları için yapılan tahmin sonuçları incelendiğinde sis hadisesinin çok sayıda gözlendiği Batman, Erzurum, Şanlıurfa ve Sivas gibi şehirlerde bulunan havalimanlarda sis tahmin oranının başarılı sonuç verdiği için seçilen BayesNet ve Navien Bayes algoritmaları ile yaklaşık % 80 doğrulukta tahmin edilebildiği gözlemlenmiştir. Sisin az sayıda meydana geldiği Dalaman, Bodrum, Çanakkale gibi havalimanlarında ise sis tahmin başarısı sıfırlara kadar düşmektedir. Yıllık, aylık, saatlik analizler ve makine öğrenmesi sonucunda yapılan çalışmalar sonucunda elde edilen sonuçlara göre çalışmaya ekstrem özelliklere sahip havalimanlarına ait tekil analiz sonuçları ayrıntılı olarak verilmiştir. Yapılan analiz ve tahminler sonucunda ortalama sis sayıları havalimanlarının rakımı ile kıyaslanmıştır. Pearson korelasyonu kullanılarak yapılan analizde sis ile rakım arasında kış mevsiminde 0.55, ilkbahar mevsiminde 0.17, yaz mevsiminde 0.03 ve sonbahar mevsiminde ise 0.22 olarak bulunmuştur. Korelasyon sonucu incelendiğinde sis ile rakım arasında istatiksel olarak düşük bir sonuç çıkmıştır. Çıkan bu sonuç istatiksel olarak anlamlı olmamasına karşın fiziksel yapı olarak anlamlı olmadığı anlamına gelmemektedir. Elde edilen tüm ortalama sis sayısı değerlerinden yaralanılarak sonbahar, kış, ilkbahar ve yaz mevsimlerine ait Türkiye sis haritaları Surfer 13 programında çizdirilmiştir. Haritalar elde edilen sonuçlarla parallel göstermektedir. Haritalar incelendiğinde karasal etkiye kapalı bölgelerde sonbahar ve kış aylarında, denizsel etkiye açık bölgelerde ise yaz ve ilkbahar mevsimlerinde sisin fazla olduğu görülmüştür. Aynı durum düşük sıcaklık değerlerine sahip bölgelerde sis sayısının fazla olduğunu göstermektedir. Çalışma, tahmin edilmesi güç ve karmaşık süreçler sonrasında oluşan sis gibi bir hadisenin Türkiye'de bu alanda az sayıda yapılan çalışmalarından biridir. Çalışmanın geliştirilmesi ve daha başarılı sonuçlar elde edilmesi için çalışmalar doktora eğitimi süresince devam edecektir.
Mezo ölçek sayısal hava tahmin model sonuçlarının farklı yöntemlerle ölçek küçültme ve iyileştirme analizi
Dünyada elektrik kullanımı, teknolojinin gelişmesi, şehirleşme ve sanayileşme ile birlikte her geçen gün artmaktadır. Bununla birlikte fosil kaynakların azalması ve doğaya verdiği zararlar ile çevreye karşı duyarlılığın artması yenilenebilir enerjinin önemini arttırmıştır. Rüzgar enerjisi kullanımı diğer ülkelere bağımlı olunmaması ve yenilenebilir olması nedeniyle her geçen yıl artış göstermektedir. Fakat rüzgar santrallerinin kurulumu öncesinde kurulacak bölgenin potansiyeli ile kurulum sonrasında rüzgar tahmini finansal kayıplara engel olunması açısından oldukça önemlidir. Rüzgar santral kurulumu öncesinde bölge seçimi yapılırken etkin kullanım için rüzgar atlaslarından faydalanılmakdatır. Bu sebeple hassas ve doğru rüzgar haritaları rüzgar santrali kurulacak alanın ve üretilecek enerjinin efektif kullanılabilmesı açısından büyük önem teşkil etmektedir. Mevcut Avrupa ve Türkiye Rüzgar Atlasları (REPA) her ne kadar ihtiyaçlara belirli ölçüde cevap verebilse de, atlasın, son 20-30 yıl içerisinde arazi kullanımındaki değişimler, iklim değişimine bağlı olarak etkili olan hava paternlerindeki değişim, veri ölçüm ağındaki artış ve rüzgar enerji sektöründeki gelişmelere bağlı olarak iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu amaçla The New European Wind Atlas (NEWA) projesi, Avrupa Birliği ERANET+ programı kapsamında 9 üye ülke tarafından oluşturulan konsorsiyum vasıtası ile yeni ve detaylı bir rüzgar atlasının rüzgar endüstrisine kazandırmak üzere başlatılmış olup, bu proje ile ilişkili olarak, Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) tarafından desteklenen ve Prof. Dr. Sibel Menteş tarafından yürütülen "Yeni Avrupa Rüzgar Atlası (NEWA) Projesi Kapsamında Türkiye Üzerinde Rüzgar Enerji Kaynağının Modellenmesi" konulu, 215M386 no'lu proje devam etmektedir. Bu tez, yukarıda tanımlanan proje kapsamında yapılmıştır. Proje kapsamında gerçekleştirilen orta ölçekli model simülasyonları sonucunda potansiyeli yüksek olan bölgeler seçilmiştir. Bu bölgelerden biri olan Mersin-Mut için bu tez çalışmasında farklı yöntemlerle ölçek küçültme analizi uygulanmıştır. Seçilen gridlerdeki model simülasyon verileri ile gözlem noktası arasında adım adım regresyon (stepwise regresyon) ile ilişki analizi yapılmış ve rüzgar şiddetinin değişimi üzerindeki en etkili meteorolojik parametreler belirlenmiştir. Model benzetim sonuçları ile grid noktalarında hesaplanan bu parametreler ile çoklu regresyon analizi yapılmış ve yapay sinir ağları (YSA) için birer girdi verisi oluşturulmuştur. Uygulanan yapay sinir ağları metodu ile model hatalarının minimize edilmesi amaçlanmıştır. Çalışma, 2015 yılına ait saatlik veriler ile gerçekleştirilmiştir. WRF modelinden 60m, 500 hPa ve 700 hPa seviyeleri için toplam 16 grid olacak şekilde her bir gridden 45 parametrenin çıktısı alınmıştır. Adım adım regresyon ile eleme yapıldıktan sonra yapay sinir ağları uygulanmıştır. Ayrıca parametrelerin başarım üzerindeki etkilerini görmek amacıyla parametre eliminasyonu yoluyla da analiz yapılmıştır. Öncelikle bütün parametreler eklenerek gizli tabakadaki nöron sayısını belirlemek üzere çalışılmıştır. Daha sonra her seferinde bir parametre çıkartılarak diğer bütün parametreleri içiren YSA'nın başarımına bakılmıştır. Çıkarılan parametre başarımın değişmemesine veya düşmesine sebep oluyorsa atılarak sonunda başarım üzerinde pozitif etkisi olan parametreler belirlenmiştir. Ayrıca 3 seviye de kendi içinde karşılaştırılmış ve en iyi sonucun, YSA'lar yer seviyesinden alınan çıktılar ile çalıştırıldığında alındığı görülmüştür. Test için ayrılan verilerin sonuçları gözlem verileri ile karşılaştırılarak hata analizi yapılmıştır. Hata hesaplarında, ortalama mutlak hata (MAE, mean absolute error), karesel ortalama hata (RMSE, root mean square error) ve normalize edilmiş karesel ortalama hata (nRMSE, normalized root mean square error) kullanılmıştır. Çoklu regresyon analizi ile elde edilen sonuçların YSA sonuçlarına yakın fakat daha yüksek hata değerlerine sahip olduğu görülmüştür. En düşük hata değerine, YSA 60m'den alınan rüzgar şiddeti, rüzgar yönü, virtüel sıcaklık, doğu-batı ve kuzey-güney yönündeki sıcaklık gradyanı parametreleri ile çalıştırıldığında ulaşılmıştır. Sadece en düşük hata değerine sahip grid (G15) ile çalışıldığında, diğer gridler ile ayrı ayrı ve hepsi bir arada olacak şekilde yapılan çalışmalara göre daha iyi sonuç elde edilmiştir. 700 hPa ve 500 hPa seviyelerinden alınan parametrelerin YSA için çok etkisi olmadığı, 60 metredeki veriler ile daha iyi sonuç elde edildiği görülmüştür. Test için ayrılan verinin tarihlerini kapsayan , G15 gridinden alınan rüzgar şiddeti ve gözlemlenen rüzgar şiddeti arasında hesaplanan nRMSE değeri %16.5 iken YSA ile bu sonuç %12'ye kadar düşürülmüştür. WindSim kullanılarak yapılan çalışma da ise hata artmıştır.
Bulanık mantık yöntemi ile mevsimsel hava tahmini İstanbul uygulaması
Yarın hava nasıl olacak, bizi nasıl etkileyecek, bizi neler bekliyor? İnsanlar yüzyıllarıdır tüm bu sorulara cevap aramaktadırlar. Çünkü havanın durumu veya yarın ne olacağı sınıf ve tür ayırt etmeksizin tüm canlıları etkileyen önemli olgulardan bir tanesidir. Havanın nasıl olacağına bağlı olarak, insanlık her zaman yaşam formunu biçimlendirmek veya değiştirmek zorunda kaldığı için havanın anlık ve uzun vadedeki durumu hep merak konusu olarak kalmıştır. Gelişen teknolojinin sunduğu imkanlarla birlikte gözlemlerden yararlanılarak yapılan tahmin çalışmalarının tutarlılığı araştırılmakta ve bu konu ile ilgili çeşitli programlar ve modellerin geliştirilmesine devam edilmektedir. Atmosferin dinamik yapısı, kaotik davranışı ve bir çok meteorolojik elemanlara (değişkenlere) sahip olması, atmosferin uygun şekilde tanımlaması ve tahmin edilebilirliliği konusunda yapılacak her türlü araştırmayı güçleştirmektedir. Bu güçlüğün neticesinde meteorolojik elemanlar ile atmosferik olaylar takımının uzun süreli (en az 30 yıl ) ortalamalarını oluşturan iklimsel yapının ortaya konması zorlaşmaktadır. Mevsimsel hava tahmini son yıllarda üzerinde yoğunlaşılan ve giderek önem kazanan oldukça güncel bir konudur. Şehirleşmenin ve nüfusun artması ile birlikte önemli bir hal almıştır. Her nekadar herhangi bir mevsim içerisinde ekstrem olaylar meydana gelse de, mevsimsel hava tahmininin, bilinen hava tahmininden farkı ani değişimlere sahip olmaması ve gelecek mevsimler için istatistiksel özet içermesidir. Mevsimsel hava tahmininin yüksek doğruluk ile yapılabilmesi; su kaynakları, yenilenebilir enerji kaynakları, zirai rekolteler, ulaşım, turizm, denizcilik ve meteorolojik karakterli afetler gibi durumların önceden planlanlanarak erken uyarı sistemlerinin geliştirilmesi ile mal ve can kayıplarının azaltılması hususunda büyük fayda sağlayacaktır. Atmosferin buhranlı (kaotik) bir yapıya sahip olması nedeni ile formüllerle ve matematik denklemlerle ifade edilmesi oldukça zor ve karmaşıktır. Karmaşık olayların modellenmesi için önemli bir araç olan Bulanık Mantık (BM), günümüzde yaygın bir şekilde çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Bu kullanım alanlarından bir tanesi de atmosferdir. Zira meteoroloji biliminde "soğuk, serin, mutedil, ılık, sıcak, çok sıcak" gibi BM kavramı içerisinde değerlendirilebilecek terimler mevcuttur. Bu düşünceyle tez çalışması için "Bulanık Çıkarım Sistemi (Adaptive- Neuro Fuzzy Inference System – ANFIS)" kullanılmıştır. Bu çalışma kapsamında, ANFIS programı içerisinde ki Sugeno yazılımı kullanılarak 2 girdili, 1 çıktılı ve 3 girdili 1 çıktılı modeller oluşturulmuştur. Ayrıca 1960- 2016 (57 yıl) peryodu için İstanbul Kandilli Rasathanesi istasyonuna ait sıcaklık, bağıl nem ve yağış verileri detaylı olarak ele alınmıştır. Girdi verileri olarak sıcaklık ve bağıl nem, çıktı olarak ise yağış verisi model içerisinde düşünülmüştür. Toplamda 57 yıllık veriler aylık toplamlar halinde değerlendirilerek her ay için aynı ANFIS modeli çalıştırılmıştır. xx Gerçekleştirilen model sonuçlarına bakıldığında, özellikle aylık tahminlerde yüksek bir başarı yakalanmıştır. Düşünülen model eğitim ve test verilerine uygulanmış ve bunun sonucunda model başarısına bu süreçlerdeki bağıl hatalar hesaplanarak bakılmıştır. .
Kısa süreli rüzgar tahmini için WRF model performansının analizi ve rüzgar gücü uygulamaları
Günümüzde küresel iklim değişiminin etkilerinin hissedilebilir hale gelmesi ve bu etkilerin büyük kısmının antropojenik kaynaklı fosil yakıtlardan meydana gelmesi sebebiyle, temiz enerji kaynaklarına olan ilginin artması kaçınılmaz olmuştur. Rüzgar enerjisi de bu kaynaklardan biridir. Bu nedenle özellikle son yıllarda rüzgar türbini ve tarlalarının kurulması için belirlenen bölgelerde yapılan analizler ve sınır tabakadaki rüzgar tahminleri literatürde önemli yer tutmaktadır. Bu analiz ve tahminler, temiz enerji sistemlerinin kurulacağı bölgelerin potansiyellerini belirlemede önemli rol oynamaktadır. Sistemlerin kurulum maaliyetleri yüksek olduğundan, ilerki dönemlerde kayıpların en az olması için yapılan bu ön çalışmalar önem taşımaktadır. Bu çalışmada TÜBİTAK projeleri arasında yer alan Milli Rüzgar Enerji Sistemleri Geliştirilmesi ve Prototip Türbin Üretimi (MİLRES) adlı proje kapsamında Terkos (Durusu) bölgesinde yer alması planlanmış ilk milli türbin olma özelliği taşıyan rüzgar türbini için, aynı bölgede kurulmuş 81 metrelik ölçüm direğinden alınan verilerin analizinin ve sınır tabaka için kısa süreli rüzgar tahminin yapılması amaçlanmıştır. Çalışmada, İstanbul'un kuzeybatısında 41o 18` kuzey enlemi ve 28o 39` doğu boylamlarında, deniz seviyesinden 51 m yükseklikte bulunan Durusu bölgesinde yer alan ölçüm direğinin farklı seviyelerden alınan rüzgar hızı ve yönü verisi ile bölgedeki rüzgarlara ait analizler yapılmıştır. Rüzgar verisi, ölçüm direğinin 20, 40, 65, 80 ve 81 metrelerinden 10'ar dakikalık olarak kayıt edilmiştir ve 1 Ağustos 2012-1 Ağustos 2013 dönemini kapsamaktadır. Ölçüm direğinden alınan farklı seviyelerin rüzgar verisine ait histogramlar çıkarılarak rüzgar hızlarının bağıl frekanslarını bulmada kullanılan Weibull dağılımı ve parametreleri belirlenmiştir. Yapılan istatistiksel çalışmalarla verinin klimatolojik bilgisi çıkarılmış, hakim rüzgar yönleri ve zaman serileri grafiklere dökülmüştür. Bölge için hakim rüzgar yönleri kuzeydoğu ve güneybatı olarak saptanmıştır. Mevsimsel analizler, kış aylarında rüzgar hızlarının yaz aylarına göre daha yüksek olduğunu ve en yüksek değerlerin Ekim, Kasım ve Şubat aylarında olduğunu göstermiştir. Rüzgarların aylık ortalama değerlerine bakıldığında, rüzgar hızlarının yaz aylarına doğru düştüğü, sonbahar aylarında yeniden yükseldiği görülmüştür. Bunların yanısıra günlük ortalama rüzgarlar 20 m'den 81 m'ye kadar yaklaşık 4 m/s ile 7 m/s arasında değişmektedir. Analizlerden elde edilen sonuçlar kullanılarak, bölgede kurulması planlanan 500 kW'lık rüzgar türbininin konum tespiti için Wind Atlas Analysis and Application Program (WAsP) kullanılmıştır. Bölgenin topografyası ve yüzey şartları göz önünde bulundurularak pürüzlülük haritası çıkartılmış ve programda kullanılmıştır. Bu programla elde edilen rüzgar atlasları daha sonra CFD model olan MeteodynWT ile de elde edilerek kıyaslamaları yapılmıştır. Böylece, lineer bir akış modeli olan WAsP ile hesaplamalı akışkanlar dinamiğini içeren MeteodynWT sonuçları arasındaki farklar irdelenmiştir. WAsP'ın atmosferi kararlı kabul ettiği varsayımın aksine, MeteodynWT Monin-Obukhov uzunluğuna dayanan farklı kararlılık koşullarına göre çalışabilmektedir. Bu nedenle, MeteodynWT modeli için öncelikle düşey rüzgar kaymasına göre atmosferin kararlılık durumu araştırılmıştır. Atmosferin kararlılık durumu nötre yakın olarak tespit edilmiş, sonuçlar buna göre belirlenmiştir. WAsP ve MeteodynWT'de kullanılan dijital harita, 63 km2'lik alanı kapsamaktadır. Harita, 50 metre yatay çözünürlüklü gridlerle oluşturulmuştur ve harita üzerinde izohipsler 3'er metre aralıklarla gösterilmiştir. Her iki model için de sonuçlar, kurulacak türbinin 65 metredeki hub yüksekliği göz önünde bulundurularak elde edilmiştir. WAsP sonuçlarına göre arazi üzerinde ortalama rüzgar hızları 65 metre için 5.13 m/s ile 7.64 m/s arasındadır. MeteodynWT'de 65 m'deki rüzgar hızları WAsP sonuçlarına benzer olarak 5.20 m/s ile 7.60 m/s olarak hesaplanmıştır. Enerji yoğunlukları ise WAsP'ta bölge üzerinde 157 W/m2 ile 525 W/m2 değerleri arasında değişkenlik gösterirken MeteodynWT'de 189 W/m2 ile 476 W/m2 arasında değişmiştir. MeteodynWT'de WAsP'a ek olarak bölge genelinde türbülans yoğunluğu haritası elde edilmiştir. Çalışmada, Terkos bölgesi için yapılan örnek bir uygulama olarak 500 kW gücünde Enercon E40 tipi türbinden faydalanılarak üretim çıktıları WAsP ve MeteodynWT programlarının her ikisinde de hesaplanmıştır. Bir diğer örnek uygulamada 500 kW gücünde 5 türbinle toplamda 2.5 MWh kurulu güce sahip rüzgar tarlası tasarlanarak üretim çıktıları yeniden iki programda da hesaplanmıştır. Kapasite faktörü her iki örnek uygulama için de yaklaşık %25 olarak hesaplanmıştır. 500 kWh'lik kurulu güç için üretim değerleri WAsP'ta yılda 1104 MW, MeteodynWT'de ise yılda 1113 MW olarak hesap edilmiştir. Rüzgar tarlası örneği için bu değerler yılda 5467 MW ve 5510 MW'tır. Çalışmanın bir diğer bölümünde ise orta vadeli kısa süreli sayısal hava tahmin modeli olan The Weather Research and Forecasting-Advanced Research (WRF-ARW) ile sınır tabakadaki rüzgar tahminleri yapılmıştır. Atmosferin kararlılık durumuna göre çeşitli tarihler belirlenerek, bu tarihlere ait birer saatlik çıktılar halinde üçer günlük ve onar günlük periyodlar için rüzgar tahminleri elde edilmiştir. Model, 6 farklı başlangıç koşuluyla çalıştırılmıştır. Modelin sonuçları gözlem verileriyle karşılaştırılarak hangi başlangıç koşulunun bölge için daha iyi çalıştığına bakılmıştır. WRF-ARW tahminleri için ilk olarak 1-4 Şubat ve 1-4 Mart günleri için farklı başlangıç koşullarıyla yapılan tahmin sonuçları elde edilmiştir. Sonuçlar WRF-ARW modelinde seçilen çalışma alanında dış, orta ve içteki yuvalamalar için yapılan tahminleri ayrı ayrı içermektedir. WRF-ARW tahminlerinin gözlem verisiyle karşılaştırılabilmesi için düğüm noktalarındaki tahminler en yakın komşu (nearest neighbour) ve ağırlıklı ortalama (weighted average) yöntemleriyle Terkos'ta ölçüm direğinin olduğu noktaya taşınmıştır. Tahminlerdeki hatalar RMSE ile belirlenmiş, hataların azaltılabilmesi için WRF-ARW tahminlerinin farklı sonuçları için Yapay Sinir Ağları (YSA) yöntemi kullanılmıştır. YSA ile hataların düşürülmesi amaçlanmıştır. 1 saatten 6 saate kadar elde edilen YSA sonuçları, başlangıçta model sonuçları ile gözlemler arasındaki düşük korelasyonların yükselmesini, bu yolla hataların azalmasını sağlamıştır. YSA ve benzer yöntemler ham model çıktılarındaki hataların azaltılmasında ve rüzgar enerjisi tahminlerindeki tutarlılığın arttırılmasında etkin olarak kullanılabilir.
Mikrometeorolojik yöntem ile tarım ekosisteminde sera gazı akılarının belirlenmesi
18. yüzyılda sanayi devriminin başlaması ile insan gücünün yerini almaya başlayan buharlı ve içten yanmalı makinelerin atmosferdeki sera gazlarının Dünya üzerinde en çok etkisi bulunan CO2 salınımını arttırmaya başlamıştır. Sera gazlarının konsantrasyonlarındaki artışın güneşten dünyaya gelen radyasyonun geriye olan kaçışını engellemiş ve ısınmasına yol açmıştır. Aynı zamanda dünyanın dönüş hızından kaynaklanan salınımlardan dolayı iklim değişikliği dünyanın süregelen ömründeki kaçınılmaz bir gerçektir. Dünyanın ortalama sıcaklığındaki hızlı artış sera gazlarının konsantrasyonlarını belirleme ve atmosfere salınan sera gazı emisyonlarının azaltılması gerekliliğini ortaya çıkarmıştır. İşte bu sebepten dolayı 1950'li yıllarda Hawaii takım adalarında başlayan karbondioksit konsantrasyon ölçümleri başlamıştır ve halen devam etmektedir. Dünyadan atmosfere salınan ve atmosferden alınan CO2 başta olmak üzere diğer sera gazlarının hangi alanlardan salındığını ve hangi alanların yutak olarak bilinmesi için çalışmalar başlatılmıştır. İşte bu çalışmalar, yer yüzeyindeki bütün yüzeyler (deniz, orman, şehirler vb.) ile atmosfer arasındaki değişimlerin belirlenmesine olanak sağlamaktadır. Başta ormanlar ve okyanuslar olmak üzere karbon yutak alanları olarak bilinen tarım alanlarında da CO2, H2O ve enerji dengesi bileşenlerini belirlemeye yönelik çalışmalar yapılmaktadır. Önemli karbon yutak alanları olan tarım alanlarında atmosferden alınan CO2 miktarının bilinmesi küresel karbon bütçesinin belirlenmesi ve iklim değişikliği çalışmaları için büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmaların farklı bitkiler üzerinde vejetasyon dönemi boyunca kesintisiz ve sürekli olarak yapılması gerekliliğini ortaya çıkarmıştır. Bu çalışmada 2012-2014 yılları arasında Kırklareli'deki Atatürk Toprak Su ve Tarımsal Meteoroloji Araştırma İstasyonu Müdürlüğü arazisinde kışlık buğday, anız ve çıplak toprak yüzeylerinden gerçekleşen CO2 ve H2O akıları belirlenmiştir. Bu çalışmanın amacı Türkiye için besin kaynağı olan ve geniş alanlarda yetiştirilen kışlık buğday bitkisinin CO2 ve H2O akılarının ölçülmesi, analizi ve değerlendirilmesidir. Bu bağlamda araştırma alanında yetiştirilen buğday bitkisi, anız ve çıplak toprak yüzeylerinden gerçekleşen net ekosistem değişimi meteorolojik şartlar ve vejetasyon dinamikleri arasındaki ilişkiler belirlenmiştir. 1990'lı yıllardan itibaren bitkiler üzerinde sera gazı akıları üzerine birçok çalışma yapılmasına karşın ülkemizde bu tarz çalışmalar oldukça sınırlı sayıda gerçekleşmiştir. Bu çalışma önceden yapılmış çalışmalara ek bilgi sağlaması, gelecekte farklı bitkiler üzerinde, farkı iklim koşullarında yapılacak çalışmalara katkı sağlaması açısından katkı sağlayacaktır. Bu çalışmanın yapılabilmesi için dünyada kabul görmüş ve yaygın olarak kullanılan Eddy Kovaryans (EC) yöntemi ile CO2 ve H2O akıları belirlenmiştir. Sonuç olarak 2012 – 2014 yılları arasındaki toplam kümülatif NEE, GPP ve Reco değerleri sırasıyla 502.75, 2114.50, 1611.75 gC/m2 olarak belirlenmiştir. Ayrı ayrı dönemlere bakılacak olursa kışlık buğday bitkisi için toplam kümülatif NEE, GPP, Reco değerleri sırasıyla -383.94, 1222.17, 838.23 gC/m2, anız için -105.14, 671.92, 566.78 gC/m2, çıplak toprak yüzeyi için -13.67, 220.41, 206.74 gC/m2 olarak hesaplanmıştır. Bu çalışmanın sonuçları Türkiye'de geniş alanlarda yetiştiriciliği yapılan kışlık buğday bitkisinin ülkesel karbon bütçesinin belirlenmesine katkı yapması beklenmektedir. İklim değişikliği ile ilgili uluslararası toplantılara katılan karar vericilere katkı sağlamaktadır.
Vejetasyon yüzeyinin CO2 ve H2O akılarının EDDY kovaryans yöntemi ile belirlenmesi
2012 yılı verilerine göre küresel sera gazı bütçesinde tarımın payı %10'dur. Ancak dünyada tarım sektöründen kaynaklanan sera gazı akıları ile ilgili çalışmalar orman alanları ile karşılaştırıldığında yeterli düzeyde değildir. Bu sebeple özellikle gelişmekte olan ülkelerde tarımdan kaynaklanan sera gazı hesabında IPCC tarafından önerilen üç aşamadan birinci aşama yani diğer ülkelerde yapılan araştırmaların sonuçlarına dayanan emisyon ve yutak katsayıları ve ilişkiler kullanılmak durumundadır. Ancak ülkeler farklı iklim toprak ve bitki çeşitlerine sahiptirler bu sebeple bu şartlarda yapılacak çalışmalardan elde edilecek sonuçlar ve geliştirilecek modellerle IPCC'nin tavsiye ettiği ikinci ve üçüncü aşamadaki sera gazı hesaplama alternatifleri kulllanılabilir. Dolayısıyla ülkeler kendi şartları ve bitki çeşitleri için atmosfere verdikleri ve aldıkları sera gazları miktarını belirlemek durumundadır. Ülkemizde ne yazık ki tarımsal bitkilerden kaynaklanan sera gazı emisyonları ile ilgili uluslararası kabul gören yöntem ve teknoloji ile yapılmış araştırmaların sayısı yok denecek kadar azdır. Bu sebeple atmosfer ve biyosfer arasındaki gaz ve enerji akı değişimlerinin uluslararası kabul gören yöntem ve standartlarda yapılacak ölçümlerle belirlenmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında Kırklareli'nde bulunan Atatürk Toprak Su ve Tarımsal Meteoroloji Araştırma Enstitüsü deneme alanında 2012 yılında vejetasyon yüzeyi olarak karpuz bitkisi ile atmosfer arasındaki karbondioksit ve su buharı akılarının değişimi uluslararası kabul gören mikrometeorolojik yöntemlerden Eddy Kovaryans yöntemi ile bir gelişme dönemi boyunca ölçülmüş ve belirlenmiştir. Çalışmada ana amaç tarım alanlarından kaynaklanan sera gazı değişiminin ülkemizdeki şartlar ve bitkiler için belirlenmesidir. Bu kapsamda karpuz bitkisi üzerinde yapılan bu ölçümler ve analizler sonucunda bu bitkiden dikimden ölçümler sonlandırılıncaya kadar geçen sürede atmosfere solunum ile salınan (emisyon), atmosferden fotosentez ile alınan ve bitki bünyesinde biriktirilen karbon miktarı ilk kez Dünya'da ve ülkemizde bu yöntem ve teknoloji ile belirlenmiş bulunmaktadır. İlgili vejetasyon yüzeyi ile atmosfer arasında yukarıda bahsedilen periyotta yapılan ölçümler ve analizler sonucunda brüt fotosentez faaliyeti toplam 1160.2 g C m-2 (4246.3 g CO2 m-2), toplam ekosistem solunumu 846.35 g C m-2 (3097.6 g CO2 m-2) ve toplam net ekosistem değişimi (yutak ) -299.03 g C m-2 (-1094.45 g CO2 m-2) olarak belirlenmiştir. Günlük ortalama GPP, NEE ve Reco değerleri ise 8.99, -2.31 ve 6.56 g C m-2 olarak belirlenmiştir. Gelişme dönemi içerisinde günlük maksimum ve minimum GPP sırasıyla 17.64 ve 1.27 g C m-2 olarak tespit edilmiştir. Karpuz bitkisinden atmosfere solunum faaliyeti ile salınan maksimum karbon miktarı 10.08 g C m-2 ve minimum karbon miktarı ise 2.91 g C m-2 olarak elde edilmiştir. İlgili bitki tarafından atmosferden yutulan maksimum karbon miktarı ise -9.09 g C m-2 olarak ölçülmüştür. Bitkinin gelişme dönemi byounca CO2'nin yanı sıra ilgili yüzeyden atmosfere salınan su buharı miktarıda (transpirasyon ve evaporasyon ile) EC yöntemiyle belirlenmiş ve sonuçta ilgili ölçüm döneminde meydana gelen gerçek evapotranspirasyon (ETa) değeri 422.01 mm olarak ölçülmüştür. Karpuz bitkisinden meydana gelen günlük toplam en düşük ETa 1.01 mm ve en yüksek de 7.26 mm olarak belirlenmiştir. Gelişme dönemindeki günlük ortalama ETa 3.27 mm olarak hesaplanmıştır. Bu çalışmanın bir diğer amacıda ilgili bitki yüzeyinden CO2 ve H2O akıları ile meteorolojik ve bitki ile ilgili değişkenler arasındaki ilişkilerin araştırılmasıdır. Bu kapsamda GPP, NEE ve Reco ile büyüme derece gün ve biyokütle arasında ilişkiler araştırılmıştır.
İklim değişikliğinin buharlaşmaya olası etkileri
Son yıllarda çevre ile ilgili en popüler konuların başında iklim değişikliği ve su problemleri gelmektedir. Özellikle etkisini hissettirmeye başlayan iklim değişikliğinin gelecekte su kaynaklarına yapacağı etki gündemdeki önemli konular arasında yer almaktadır. İklim değişikliğinin gelecekte getireceği en büyük sorunlardan bir tanesi su kaynaklarına olacak etkileridir. Bu kapsamda iklim değişikliğinin su kaynakları ve su yönetimi stratejileri üzerine etkilerine şimdiden adapte olmak için gerekli önlemlerin alınması önem arz etmekte bunun için de iklim değişikliğinin su kaynaklarına olası etkilerinin belirlenmesi gerekmektedir. Buharlaşma hidrolojik döngünün önemli bir bileşenidir ve hidrolojik döngü kapsamında gerçekleşen buharlaşmadan kaynaklanan su kayıplarının bilinmesi, su yönetimi ve planlaması açısından önemli bir husustur. Özellikle tarıma dayalı ekonomisi olan ve su talebinin % 70-75'ini tarım sektörünün oluşturduğu ülkemizde suyun yönetilmesi ve planlanması büyük önem taşımaktadır. Suyun sürdürülebilir bir şekilde yönetilmesi ve planlanması için gelecekte gerçekleşecek girdi ve kayıpların net olarak belirlenmesi gerekmektedir. Bu çerçevede, bu çalışmada Trakya Bölgesinde bulunan üç ilde (Edirne, Kırklareli, Tekirdağ) buharlaşmanın geçmişten günümüze durumu incelenmiştir. Ayrıca iklim değişikliği senaryolarından A1B senaryosu çerçevesinde elde edilen model verileri kapsamında 2040 yılına kadar olan buharlaşma eğilimi ortaya konmuştur. Çalışma için 1975-2010 yılları arası dönem için Edirne, Kırklareli ve Tekirdağ illeri için; 41° 40' K 26° 33' D enlem ve boylamlarındaki Edirne merkez, 41° 44' K 27° 13' D enlem ve boylamlarındaki Kırklareli merkez ile 40° 59' K 27° 29' D enlem ve boylamlarındaki Tekirdağ merkez için istasyon verileri ile bu üç il için 1975-2010 yılı model verileri geçmiş dönem verileri olarak incelenmiştir. Gelecekteki durumun ortaya konması için de 2015-2040 dönemi model verileri kullanılmıştır. Çalışma kapsamında yirmi farklı metotla buharlaşmalar (evapotranspirasyon) hesaplanmış, buharlaşmanın geçmişten günümüze eğilimi ve 2015-2040 dönemi için buharlaşmanın geçmiş döneme göre durumu ortaya konmuştur. Bu kapsamda, ilk olarak 1975-2010 yılları dönem için model ve istasyon verilerinin, 2015-2040 arası dönem için model verilerinin evapotranspirasyon zaman serileri çizdirilmiştir. Zaman serilerinin eğilimine bakıldığında çok küçük değerdeki eğilim katsayıları ile pozitif bir eğilim olduğu ortaya konmuştur. Burada çalışma kapsamında karşılaşılan sorun; ülkemizde ölçümlerle desteklenmediğinden ve karşılaştırma çalışması yapılmadığından, farklı ve sayıca çok olan yöntemlerden ülkemize uygun olan yöntem/yöntemlerin bilinmemesidir. Bu kapsamda seçilen yirmi yöntemin, yirmi yöntemden biri olan ve FAO (Food and Agriculture Organization) tarafından standart metot olarak önerilen Penman-Monteith metoduna göre durumu incelenmiş, Penman Monteith metodu ile diğer metotlar karşılaştırılmıştır. Bu kapsamda en iyi sonuçlar Edirne, Kırklareli ve Tekirdağ için hem geçmiş hem de gelecek dönemler için genel olarak McGuinness ve Bordne (1972), Hargreaves (1975) ve Jensen Haise (1963) metodu için elde edilmiş en kötü sonuçların Turc (1961) metodunda olduğu belirlenmiştir. Penman Monteith metodu baz alınarak yapılan hata hesaplamalarında ise Hargreaves ve Samani (1985) ile WMO (1966) metodu en düşük hata değerlerine sahipken Turc (1961) metodu en yüksek hata değerlerini göstermiştir. Penman-Monteith metodu ile diğer metotlar karşılaştırıldıktan sonra, evapotranspirayonun 1975-2010 dönemi için istasyon ve model verileri, 2015-2040 arası dönem için model verisi olarak uzun yıllar aylık ortalamasının durumu karşılaştırılmıştır. Bu çalışma yapılırken senaryoların çeşitlendirilmesi açısından varsayımsal olarak 1975-2010 dönemine göre sıcaklığın 3 °C ve 5 °C artması ve bu doğrultuda global radyasyonun 1, 2 ve 3 MJ m-2 gün-1 artacağı senaryolar üretilmiş ve 2015-2040 dönemi model verisi ile varsayımsal senaryolar kapsamında uzun yıllar aylık ortalamalar karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sınucunda sıcaklığın 5 °C ve global radyasyonun 3 MJ m-2 gün-1 artığı varsayımsal senaryo ile 2015-2040 arası dönem model verileri ile hesaplanan buharlaşmaların uzun yıllar aylık ortalama olarak en yüksek sonuçları verdiği belirlenmiştir. Ayrıca buharlaşmanın hesaplandığı 20 metot potansiyel evapotranspirasyon metotları ve referans evapotranspirasyon metotları olarak karşılaştırılmışlardır. Potansiyel evapotranspirasyon metotları içinde genel olarak Albrecht (1950) ve Brockamp ve Wenner (1963) uzun yıllar aylık ortalama bazında en yüksek değerleri gösterirken Turc (1961) metodu en düşük değerleri, referans evapotranspirasyon metotları içinde de Bruin (1979) ile Schendel (1967) metodları en yüksek değerleri gösterirken Irmak (2003b) metodu en düşük değerleri göstermiştir. Buharlaşma eğiliminin ortaya konması için yıllık buharlaşmaların uzun yıllar ortalamasından olan sapmaları incelenmiştir. Bu kapsamda genel olarak buharlaşmanın pozitif yönlü bir eğilim sergilediği ortaya konmuştur. Çalışmanın nihai sonucu olarak gelecek dönem için model verisi ve varsayımsal senaryolar bazında hesaplanan buharlaşmaların 1975-2010 arası istasyon ve model verilerine göre durumu incelenmiş ve buharlaşmanın gelecek dönemde geçmiş döneme göre iklim değişikliği çerçevesinde %10-15 bandında artacağı yirmi metot çerçevesinde hesaplamalarla ortaya konmuştur.
Mikrometeorolojik yöntemlerle bitkilerin enerji akılarının belirlenmesi
Dünya nüfusundaki artış, biyolojik ve ekolojik yaşam ile tarımsal ve endüstriyel üretim aktivitelerinde ihtiyaç duyulan su miktarında artışa sebep olmaktadır. İklim değişikliği, tek su kaynağı olan yağışın küresel dağılımı üzerinde etkiler yaratmaktadır. Bu dağılım bölgeye bağlı olarak kuraklık veya sel gibi doğal afetlere sebep olabilmektedir. Bu nedenle insanlık için her bir su damlası daha da önemli hale gelmektedir. Atmosfer bilimlerinin temelleri enerji ve su dengesi üzerine kuruludur. Enerji dengesi bileşenleri değiştirilebilir parametreler olmamasına karşın, su dengesi bileşenleri müdahaleye açık ve değiştirilebilir parametrelerdir. Bu noktada su kayıplarının belirlenmesi ve kontrolü önem arz etmektedir. Ekosistemde su kayıplarının ana bileşeni evapotranspirasyondur. Enerji ve su dengesinin en önemli ve ortak bileşeni olan evapotranspirasyon, kara ve su yüzeylerinden oluşan buharlaşma ve bitkilerden meydana gelen terleme ile atmosfere gönderilen toplam su miktarı olarak tanımlanır ve yüzey – atmosfer etkileşimi ile oluşur. Dünya genelinde kullanımda olan ve evapotranspirasyonun belirlenmesi amacıyla kullanılan birçok teknik bulunmaktadır. Mikrometeorolojik bir yöntem olan Bowen Oranı Enerji Dengesi (BREB) yöntemi enerji akılarının dolaylı ölçümünde sıklıkla kullanılan; net radyasyon, toprak ısı akısı ile iki farklı seviyede sıcaklık ve nem ölçümü temeline dayanan, dayanıklı ve düşük maliyetli bir yöntemdir. Evapotranspirasyonun ölçümünde kullanılan bir diğer mikrometeorolojik yöntem ise Eddy Kovaryans (EC) yöntemidir. Yöntem, çok geniş alanlarda dahi birçok gazın atmosfer ile yeryüzü arasındaki taşınımını atmosferik sınır tabakada ölçebilen, üç boyutlu rüzgâr hızı ve gaz yoğunluğu ölçümüne dayalı bir sistemdir. Penman – Monteith (PM) ise evapotranspirasyonun hesaplanmasında kullanılan denklemlerden biridir. Penman – Monteith eşitliğinin FAO yaklaşımı ise, PM temeline dayanan ve referans evapotranspirasyonun belirlenmesi amacıyla yaygın olarak kullanılan yöntemdir. Bu çalışmada BREB, EC ve PM yöntemleri, ülkemizin kuzeybatısındaki Kırklareli ili sınırları içerisinde hizmet vermekte olan Atatürk Toprak, Su ve Tarımsal Meteoroloji Araştırma İstasyonu'na ait deneme alanında kışlık buğday bitkisinin enerji akılarını ve gerçek evapotranspirasyon değerini belirlemek amacıyla kullanılmıştır. Ayrıca PM metodunun FAO yaklaşımı kullanılarak referans evapotranspirasyon belirlenmiştir. Ayrıca buğday bitkisi ekili alanda aerodinamik ve yüzey iletkenlik değeri ile ayrışma katsayısı hesapları yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, bölgede buğday bitkisinin ekim tarihi olan 9 Ekim 2009 tarihinden hasat tarihi 6 Temmuz 2010'a kadar oluşan gerçek evapotranspirasyon değeri BREB yöntemi ile 465.3 mm, EC yöntemi ile 344.1 mm ve PM eşitliği ile 392.6 mm olarak belirlenmiştir. Bölgede evapotranspirasyonun en fazla Mayıs ayında gerçekleştiği tespit edilmiştir. Aynı dönemde referans evapotranspirasyon 843.8 mm olarak hesaplanmıştır. Aerodinamik iletkenlik, yüzey iletkenliği ve ayrışma katsayısı değerleri sırasıyla 13.7 mm/sn, 38.9 mm/sn ve 0.84 olarak belirlenmiştir.
İstanbul Ayamama deresi taşkın yatağı yönetim planı
Su dünyanın yaşamsal parçasıdır ve canlıların hayatlarını sürdürebilmeleri için gereklidir. Tamamen ikame edilemeyen ve canlı yaşamının en temel kaynağı olan su giderek daha stratejik hale gelmektedir. Suyun atmosferden geçerek yere ulaşması ve yerden atmosfere geri dönmesi sırasında geçtiği aşamaların ard arda gelerek oluşturduğu çevrime su döngüsü denir. Bu döngüde su kara, deniz veya iç sulardan buharlaşır, bulutları oluşturmak üzere yoğunlaşır, yağış oluşturur, toprak veya su kütlelerinde birikerek yeniden buharlaşır. Su kaynaklarını oluşturan okyanusların, denizlerin, göllerin, nehirlerin, yer altı sularının vb çevre ve hava kirliliği, küresel iklim değişikliği ve kentleşme gibi dış kaynaklı etkilerden yoğun olarak etkilenmesi su döngüsünün bozulmasına neden olmaktadır. Son yıllarda yerkürenin ve ülkemizin bazı yerlerinde kuraklık yaşanırken, bazı bölgelerde de önemli iklimsel değişiklikler gündeme gelmektedir. Bunların sonucunda da taşkın olaylarının daha sık ve daha etkili bir biçimde ortaya çıktığı görülmektedir. Ancak taşkın afetlerini yalnızca meteorolojik oluşumlara bağlı olarak ifade etmek mümkün değildir. Suyun meydana getirdiği zararlar, özellikle ülkemizde son zamanlarda görülen çarpık şehirleşmenin sonucu hızla artma eğilimi göstermektedir. Ekonomik gelişme faaliyetinin yoğun bir biçimde devam ettiği bölgelerde, sanayileşme ve sektör çeşitliliğinin beraberinde getirdiği kentleşme aktivitesi, akarsu havzalarının muhtelif kesimlerindeki insan faaliyetinin çeşitliliğini ve yoğunluğunu da büyük ölçüde arttırmaktadır. Ülkemizdeki hızlı nüfus artışı sonucu, kırsal alanlardan sanayi alanlarına doğru büyük bir göç olayı söz konusudur. Bu olayın doğal bir sonucu olarak insanların barınma ihtiyacını karşılamak için şehir merkezine bağlı alanlar hızlı bir şekilde yapılaşmaya açılmaktadır. Bu alanlarda bulunan kuru ve yan dere yataklarının üzerinde ve çevresinde çeşitli yapılar yükselmektedir. Akarsu havzaları içinde büyüyen yerleşimler, açılan yeni yollar ve kurulan yeni tesisler ile arazi yapısı değişmekte, elverişsiz tarım yöntemleri ile topraklar daha yoğun bir şekilde kullanılmakta, ormanlar ve meralar tahrip edilmekte, tüm bu koşullarda taşkın afetleri giderek daha büyük ve sık olarak görülmektedir. Bu çalışmada İstanbul Ataköy Atıksu Havzası içinde yer alan ve Esenler, Bağcılar, Başakşehir, Bahçelievler, Küçükçekmece ve Bakırköy sınırları içinden geçerek Marmara Denizi'ne ulaşan Ayamama Deresi'ne ait "Taşkın Yatağı Yönetim Planı" yapılmıştır. Ayamama Deresi İstanbul Metropolü'nün taşkın riski taşıyan derelerinden biri olup önemli toplu konut ve sanayi alanlarının içerisinden geçtiği için stratejik bir öneme sahiptir " Ayamama Deresi Taşkın Yatağı Yönetim Planı" FEMA standartlarına benzer bir formatta fakat yerel tehlike, risk ve ihtiyaçlara göre hazırlanmış olup AFAD TAMP (Türkiye Acil Durum Müdahale Planı) örnek alınmıştır.
Buharlaşma kayıplarının yüzer fotovoltaik paneller ile azaltılması
Türkiye'de serbest yüzey buharlaşma-terleme kayıpları, 274 milyar m3 olarak hesaplanmıştır. Bu rakam, ülkemizin yıllık kullanılabilir su potansiyeli olan 110 milyar m3 ün neredeyse 2.5 katıdır. Bitkilerden olan terleme (transpirasyon) ile ilgili kayıpların azaltılması teknolojik olarak mümkün olmasa da , buharlaşma(evaporation) kayıpları, toplam kaybın % 90'ını meydana getirdiğinden, bu kayıpların azaltılması hayati derecede önemlidir. Buharlaşma mekanizmasınıtetikleyen, hava sıcaklığındaki değişimlerdir. IPCC küresel iklim senaryolarında mevcut koşullar devam ederse 2070 yılı için ülkemizin yer aldığı orta enlem kuşağında beklenilen sıcaklık artışı 4-6 ºC'dir. Bu çalışmada, son 10 yıldır dünyada farklı coğrafyalarda kullanım alanı bulan yüzer tip fotovoltaik panellerle(YFP) buharlaşma kayıplarının azaltılması konusunda bir saha araştırması yapılmıştır. 2 adet Class A tipi Buharlaşma Tavası 20 cm derinliğinde su ile doldurulmuş, bir tanesinin üzerine (T-PV), yüzeyinin yarısını kaplayacak şekilde bir yüzer fotovoltaik panel platformu (YPFP) konulmuş, diğerininin (T-NPV) yüzeyi açık bırakılmıştır. Kurulan sistem, 30 gün boyunca serbest atmosfer koşullarında 2 tavadan meydana gelen buharlaşma kayıpları çeşitli hidrometeorolojik parametreler ile kıyaslanmıştır. Ayrıca Fotovoltaik Panelin (70 W Multikristal) ürettiği gerçek güç, özel tasarlanan bir devre ile ölçülmüş ve kaydedilmiştir. Serbest atmosferde üretilen güç değerleri ile üretici'nin laboratuardaki test verimlilik değerleri kıyaslanmıştır. Buharlaşma kayıplarına bakıldığında, (T-PV)'den 30 günde 38.7 mm buharlaşma olmuş, açık yüzeyli (T-NPV)'den 94.9 mm buharlaşma olmuştur. Buharlaşma miktarlarıarasındaki fark; 56.2 mm ve buharlaşma kaybındaki azalma %59.2 olarak tespit edilmiştir. PV'den üretilen ortalama güç 20.67 W olarak ölçülmüştür. Ardından beton bloklar üzerinde kurulu olan aynı niteliklere sahip bir diğer fotovoltaik panel platformu öncelikle kara(toprak) yüzeyde, ardından da su dolu buharlaşma tavasıüzerine oturtulmuş ve 5'er gün boyunca güç üretimleri ile ilgili, kara ve su yüzeylerindeki performansı incelenmiş sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bunulan sonuçlara göre karayüzeyindeki PV'nin güç üretimi, su yüzeyindekine göre % 10.8 daha yüksektir. Bu da su üzerine kurulacak platformlarda PV Modülleri ile yüzey arasındaki ısı transferinin güç üretimine etkisinin olumsuz olduğunu göstermektedir. Son olarak yapılan çalışmada iki avadaki 3 defa su numunesi örnekleri mikrobiyolojik olarak analiz edilmiştir. Sonuçlar çarpıcıdır. (T-PV)'de ve (T-NPV) üreyen E.Coli miktarları sırası ile 9200 koloni/100 ml, 14000 koloni/100 ml, 12800 koloni/100 ml ve 400 koloni/100 ml, 120 koloni/100 ml, 2300 koloni/100 ml olarak belirlenmiştir. Bu da pratikte uygulanması halinde su kütlesi ekosistemi üzerinde bir baskı unsuru yaratmaması açısından kullanılan yüzer platform malzemesi içeriğinin önemli olduğunu göstermektedir.
İç Anadolu bölgesi için güneye bakan eğimli yüzeye gelen günlük global, direkt ve difüz radyasyonun hesaplanması
Enerji en genel anlamıyla iş yapma kabiliyeti, iş ise bir güç etkisiyle sistemde hareket oluşturmak ve yer değiştirmektir. İlk çağlarda insanlar iş yapabilmek için kendi vücut enerjilerini kullanırlarken, zamanla hayatlarını daha kolay sürdürebilmeleri için hayvan gücünden istifade etmeye başladılar. Bunu 1600'lü yıllarda Avrupalıların ormanları kullanmaya başlaması ve kömürü keşfetmeleri takip etti. 1700'lü yıllarda İngiltere'de başlayan sanayi devrimi neticesinde yeni makinelerin icat edilip kullanılmaya başlaması ile birlikte enerjiye olan talep de aynı oranda arttı. 1776 yılında, James Watt, Newcomen'ın daha önce bulduğu buhar makinesini geliştirerek, kömür madenlerindeki su baskınlarını önlemek amacıyla kullanılan su pompasını sanayide kullanılır hale getirdi ve kömür madenlerinin rahatlamasını sağlayan bu buluş, başta tekstil olmak üzere sanayi devriminin daha hızlı gelişimini sağladı. Bu yüzyılın dünya enerji tarihinin gelişimini yakından ilgilendiren siyasi gelişmelere de bakacak olursak, 1776'da Amerika'nın kurulması ve Rusya ve Fransa'nın gittikçe dünya siyasetinde önem kazanmaya başlamalarından söz edebiliriz. Çünkü bu ülkeler enerji tarihini değiştiren, geliştiren çok önemli çalışmalara, olaylara, keşiflere yol açmışlardır. Yine aynı dönemlerde Edison tarafından (1882) elektriğin bulunması, enerji alanındaki en büyük adımlar biridir. 1800'lü yıllar enerjiye olan talebin daha da arttığı, bu konuda özellikle Almanya ve Fransa arasında çatışmaların yaşandığı ve artık yoğun olarak yeni kaynak araştırmalarının hızlandığı dönemdir. Özellikle yüzyılın ikinci yarısında, 1861'de Amerika'da petrolün bulunması ve bunu daha sonra Rusya ve dünyanın pek çok yerinde bulunan petrol reservlerinin takip etmesi bu yüzyılın enerji bakımından en önemli olaylarındandır. 1900 yılların ilk yarısı enerji kaynaklarının paylaşımı konusunda savaşların yaşandığı bütün dünya ve insanlık tarihi için en zor dönemlerden biridir. Bu dönemde aynı zamanda petrol araştırmaları hızlanmış ve önce İran olmak üzere sırasıyla Irak, Kuveyt ve Arabistan ve daha sonra Ortadoğu bölgesinin büyük bir kısmında yeni petrol rezervleri tespit edilip üretim faaliyetleri arttırılmıştır. Yeni makinelerin icatlarına devam edilmiş, içten yanmalı motorlar keşfedilmiş ve ilk otomobil üretilmiştir. Bu yüzyılda bilimsel araştırmalar da çok yoğundur; özellikle Einstein'ın çalışmaları ve keşifleri neticesinde, atom çekirdeğinin parçalanmasıyla kütlenin enerjiye dönüşümü açıklanmış, ve bu durum enerji alanında yeni bir çığır açarak nükleer enerjiyi gündeme getirmiştir. Bu çalışma daha sonra İtalyan bilim adamı Enrica Ferni ile başlayan ve birçok bilim adamının değişik zamanlardaki katkıları ile 1942 yılında Amerika'da ilk nükleer reaktörün kurulmasına kadar uzanan bir süreçtir. Bizim ülkemiz açısından enerji gelişimine baktığımızda, dünyadaki gelişmenin tersine 1800 yıllar Osmanlı imparatorluğunun büyük sorunlar yaşadığı ve küçülmeye başladığı bir süreçtir. Sanayi devriminden uzak kalışı ve 1900'lü yılların başlarında keşfedilen petrol rezervine sahip toprakların kaybedilişi söz konusudur. Dünyada 1882 yılında kullanılmaya başlanan elektriğin bizim ülkemize ilk gelişi 1914 yılındadır. Birinci dünya savaşının en çok etkilediği ülkelerden biri olarak İmparatorluk dağılmış ve Türkiye Cumhuriyeti kurulmuş ve yeni kurumlar oluşturulup enerji alanında çalışmalar başlamış ve bu konuda ilk olarak İzmir'de 9 Eylül Üniversitesi Enerji Enstitüsü kurulmuş ve enerji politikaları oluşturulmaya başlanmıştır. Ülkelerin gelişmişlik seviyesi kişi başına düşen enerji miktarına göre belirlenmektedir. Kendi kaynaklarının büyük bir bölümünü ilerki dönemlerde kullanmak üzere saklayarak, Ortadoğu'daki büyük petrol kaynaklarına yönelen gelişmiş ve sanayileşmiş ülkeler 1973 yılında yaşanan enerji krizi, 1979 İran devrimi, 1980 İran-Irak savaşlarının başlaması ve 1990 Körfez savaşı gibi çalkantılı dönemlerin arda arda gelmesi ve bu durumun petrol fiyatlarında da büyük çalkantılara neden olmasıyla sarsılmışlar ve artık gelecek 100 yılı kapsayan enerji politikalarını oluşturmaya başlamışlardır. Bu politikalar, büyük ölçüde ülkelerin kendi öz kaynaklarının durumuna ve çeşitliliğine, coğrafi konumlarına, nüfus artış hızları ve yoğunluklarına, ekonomilerine göre belirlenir. Milyonlarca yılda güneş enerjisi sayesinde oluşmuş olan fosil kaynakların tükenme tehlikesi taşıması ve hem fosil yakıtların ve hem de nükleer enerji reaktörlerinin çevreye verdikleri zararlar ve yan etkileri nedeniyle ülkeler ve bilim insanları kaynağı kendilerinde olan, kolay temin edilebilecek temiz yeni kaynak arayışlarına girmişler ve böylece yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmişlerdir. Yukarıda saydığımız özelliklerin hepsini taşıyan yenilebilir enerji kaynakları hidrolik, güneş, biyokütle, rüzgar, jeotermal, dalga gel-git ve hidrojen olmak üzere sıralanabilir. Bu kaynakların bazıları zaten ilk çağlardan beri farkedilmiş ve az miktarda da olsa kullanılmaktaydı. Mesela, rüzgar enerjisi çok eski zamanlardan itibaren keşfedilmiş ve yelkenli gemilerde ve yel değirmenlerinde kullanılıyordu. Aynı şekilde M.Ö 100. yıllarda nehir kenarlarına kurulan su değirmenleri vardı. Bu gün artık bütün dünyada ve ülkemizde bu kaynakların hepsi çok geniş bir uygulama içerisinde, çok ileri yöntemlerle yoğun olarak kullanılmakta ve bu alanların daha da genişlemesi için gerekli her türlü çalışmalar yapılmaktadır ve geleceğin en temiz ve sürdürülebilir enerji yakıtı olarak yenilenebilir bir kaynak olan Hidrojen gösterilmektedir. Bu tezin konusu olan Güneş enerjisi, yenilenebilir kaynakların temelini oluşturmaktadır. Çünkü aslında bütün enerjilerin kaynağı olan ve enerjisinin yaklaşık olarak gelecek 1030 yıl boyunca bitmeyeceği hesaplanan güneş, aynı zamanda tabiatın ve yaşamın da kaynağıdır ve dünyamız bu enerjiyle beslenmektedir. Güneş enerjisinin insanlar tarafından farkedilip çeşitli sebeplerle kısmen kullanılması M.Ö 212 yıllarında Arşimet'in bu enerjiyi keşfedip Roma ordusuna karşı kulanmasına kadar geriye gitmektedir. 1839 yılında Fransız fizik profesörü Edmond Becquerel'in ilk fotovoltaik etkiyi tespit etmesi ve yine 1860'da Fransa'da su ısıtmak amacıyla kullanılan kollektörler sanayideki ilk uygulamalardır. O zamanlardan günümüze ışık veya ısı enerjisi veya elektrik enerjisi üretiminde kullanılmak suretiyle güneş enerjisinin uygulama alanları çok gelişmiş ve yaygınlaşmıştır. Güneşten enerji temin etmenin negatif bir yönü olarak, güneş radyasyonu bileşenlerinin ölçümünün ve başlangıçtaki kurulum maliyetlerinin yüksek oluşu ve kesintili bir kaynak olması nedeniyle enerjinin depolanması durumu karşımıza çıkmaktadır. Fakat teknolojik gelişimlerle doğru orantılı olarak yapılan çalışmalar bu maliyetleri önemli ölçüde düşürmeye başlamıştır. Bu konuda daha iyi neticelere ulaşmak için yapılan araştırmalar nano teknolojik düzeyde sürdürülmektedir. Bu durum Güneş enerjisinin gelecek yıllarda gittikçe artan bir şekilde daha da fazla kullanılacağının en önemli göstergesidir. Güneş enerjisi, güneşin merkezindeki hidrojen gazının füzyon nedeniyle helyuma dönüşmesi neticesi ortaya çıkan çok yüksek miktardaki radyasyonun yeryüzüne ulaşması ile temin edilir. Bu radyasyonun atmosfer dışına gelen miktarı sabittir, fakat yeryüzüne ulaşması çok değişik faktörlerin etkisiyle azalarak olmakta ve şartlara bağlı olarak değişmektedir. Güneşten enerji üretebilmek için, bu radyasyon miktarlarının ölçümü veya ölçülemeyen bileşenlerinin hesaplanması çok önemlidir. Güneş radyasyonu ölçümlerinin her yerde yapılamaması ve çok pahalı oluşu, aynı şekilde enerji üretecek sistemlerin kurulumunun maliyetinin de çok yüksek olması fizibilite çalışmalarının ne kadar önemli olduğunu gösterir. Bu konuda Güneş radyasyonu tahminleri ve potansiyel çalışmaları gerekmektedir. Eğimli yüzeye gelen güneş radyasyon miktarı yatay yüzeye göre yüksektir. Fakat yatay yüzeye gelen güneş radyasyonu değerlerinin ölçülebilmesine karşılık, eğimli yüzeye gelen radyasyon bileşenleri ölçülemez, ancak yatay yüzeye gelen ölçüm değerleri kullanılarak çeşitli modeller sayesinde hesaplanabilir. Ayrıca, güneş geometrisi, dünyanın kendi ekseni ve güneşin yörüngesindeki hareketleri sebebiyle radyasyon miktarında meydana gelen değişiklikler nedeniyle, en uygun açı ve yön tespiti de güneş enerjisi sistemlerinin kurulumu, tasarımı ve güneşten maksimum enerji elde edilmesi için çok önemlidir. 1800'lü yıllardan bu yana, çok fazla sayıda bilim adamı bu konuda çok önemli çalışmalar yapmışlar ve birçok modeller geliştirmişlerdir. Bu modeller sayesinde, ülkeler ve bölgeler bazında güneş enerjisi potansiyellerini tespit etmek üzere yapılan analizler çok gelişmiştir ve iyi bir güneş enerjisi potansiyeli analizi sayesinde hem güneşten maksimum enerji elde etmek hem de çok büyük maliyetleri olan bu sistemlerin planlanıp hayata geçirilmesi daha kolay ve verimli olur. Tezde çalışma alanı olarak Türkiye'nin üçüncü büyük güneş enerjisi potansiyeline sahip olan ve güneş enerjisi tarlaları kurulmak üzere teşvik almış bulunan İç Anadolu Bölgesi seçilmiştir. Bu bölgedeki enlem sırasına göre kuzeyden güneye sırasıyla Ankara, Kayseri, Aksaray ve Karaman illeri için güneye bakan 10-90 derece eğimli yüzeylerde izotropik ve anizotropik saçılma koşullarında güneş radyasyonu bileşenleri hesaplanarak bu değerler analiz edilmiştir. Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden temin edilen 'Toplam Güneşlenme Şiddeti' verilerinden hareketle, bu illerde eğimli yüzeylere gelen radyasyon değerleri 10, 20, 30 ,40, 50, 60, 70, 80 ve 90 derece açılar için hesaplanmıştır. Veriler, Ankara için; 2010, 2011, 2012, 2013, Kayseri için; 2007, 2008, 2009, 2010, Aksaray için; 2007, 2008, 2009, 2010, 2012, 2013 ve Karaman için; 2007, 2008, 2009, 2010, 2012, 2013 yıllarına aittir. Yatay düzleme gelen radyasyon direkt ve difüz olmak üzere iki bileşenden, eğik düzleme gelen radyasyon ise direkt, difüz ve yansıyan olmak üzere üç bileşenden oluşmakta ve bu bileşenlerin toplamı gobal değerleri vermektedir. Tezde, her saat başı ölçülmüş olan günlük global radyasyon değerlerinden (H) hareketle her bir istasyon için önce atmosfer dışına gelen radyasyon (H0) ve açıklık indeksi (KT=H/H0) ve buradan hareketle de yatay ve eğik düzlemlere gelen global değerler bulunmuştur. İşlemleri 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 ve 90 derece açılar baz alınarak ve difüz bileşenleri hesaplamak için izotropik ve anizotropik modeller kullanılarak, Excel programı ile her bir açı için güneş radyasyonu bileşenleri ayrı ayrı hesaplanmış ve sonuçlar görselleştirilerek yorumlanmıştır.
Şanlıurfa hava kirliliğinin Chimere modeli ile incelenmesi
Hava kirliliği, gelişmiş ve gelişmekte olan tüm ülkeleri etkileyen, çevresel tesirlerinin yanı sıra sağlıkta da ciddi ve ölümcül sonuçlara neden olan küresel bir sorundur. 1952 yılının Aralık ayında dört gün içinde binlerce kişinin hastalanması ve ölümüyle sonuçlanan, Londra Episodu olarak tarihe geçen felaket ile hava kirliliğinin ne boyutta sonuçlar doğurayacağı görülmüştür. Günümüzde ise , hızla artan kentleşme, sanayileşme, motorlu araç sayısı, ısınmada kullanılan yakıtlar gibi insan kaynaklı etkenler hava kirliliğinin artmasında önemli rol oynamaktadır. Önüne geçilemeyen endüstri ve hızlı nüfus artışıyla artan bu kaynakların oluşturduğu hava kirliliğine karşın, birçok hükümet, ulusal ve uluslararası kurumlar hava kirleticilerin kontrol altına alınmasına yönelik yönetmelikler getirmiştir. Bu yönetmelikler ile hava kirleticilerinin emisyonunun kontrol altına alınması, insanın ve çevresinin hava kirliliğinin etkilerinden korunmasını amaçlanmaktadır. Bir bölgede hava kirliliği, insan kaynaklı kirleticilerin dışında meteorolojik ve topografik gibi etkenlere de bağlıdır. Kirleticilerin bölgeye nasıl ve hangi kaynaklardan ulaştığının bilgisine, meteorolojik parametreler ve topografyanın beraber incelenmesi ile varılabilir. Bu sayede, hangi hava koşullarının, hava kirliliğini ne kadar etkileyebileceği önceden bilinebilir ve buna göre kontrol mekanizması geliştirilip önlemler uygulanabilir. Türkiye'de hava kirliliği nüfus artışı, hızlı kentleşme ve sanayileşme ile birlikte birçok ülkede olduğu gibi halen mücadele edilen bir konudur. Özellikle kış aylarında, ısınma ve meteorolojik koşullar ile birlikte episot günleri yaşanabilmektedir. Gelişen şehirlerde artan kentleşme ve sanayi ile hava kirliliği sorun haline gelmeye başlamıştır. Nüfusu ve endüstrisi hızla büyüyen büyük şehirlerimizden olan Şanlıurfa'da da hava kalitesi bakımından değişim yaşanmaktadır. Güneydoğu Anadolu Bölgesi'nin hava kalitesini etkileyen en önemli unsurlar ulaşım ve sanayi faaliyetleri sonucunda oluşan beşeri kaynaklı kirlilikler, ısınma ve doğal yollarla meydana gelen çöl tozlarının taşınımıdır. Çalışma bölgesi olan Şanlıurfa ili çok sektörlü entegre bir bölgesel kalkınma projesi olan Güneydoğu Anadolu Projesinde yer almaktadır. GAP, Cumhuriyet tarihimizin en kapsamlı ve maliyetli projesi olup, bugüne kadar hazırlanan bölgesel kalkınma plan ve programları arasında en etkin olarak uygulananıdır. Türkiye'nin en kalabalık 9. ili olan Şanlıurfa, GAP Projesi içerisinde gerek nüfus gerekse yüzey alanı ile en önemli illerden birini temsil etmektedir. Bunun yanısıra, Şanlıurfa, dinler tarihi ve inanç turizmi yönüyle de dünya kültüründe hızla önemli bir yere gelmektedir. Dolayısıyla başta şehirdeki canlıların sağlığı, turizm ve tarımsal faaliyetler açısından da Şanlıurfa'daki hava kalitesi önem arz etmektedir. Fakat artan nüfusu, sanayi ve motorlu taşıtlardan gelen kirleticiler hava kalitesinin düşmesine sebep olmaktadır. Bölgedeki kirletici kaynaklara ek olarak meteorolojik parametreler ve zaman zaman coğrafi konumundan ötürü Suriye'den gelen toz bulutları episod yaşanmasına neden olabilmektedir. Bu çalışmada, Şanlıurfa'daki kirlilik kaynaklarının ve kirlilik günlerinin detaylıca araştırılabilmesi için biri sonbahar biri kış olmak üzere iki farklı mevsime ait episod dönemi incelenmiştir. Bir dönemin kış diğerinin sonbahar seçilmesindeki neden ise bölgede genel olarak bahar aylarında yaşanan toz taşınımı etkisinin incelenmesi ve kış döneminde ise atmosferik koşulların şehirdeki kirliliğe etkisinin ne derecede olduğunu ortaya koyabilmektir. Böylece, meteorolojik parametrelerin kirleticiler ile olan ilişkisi daha net ortaya çıkmış olucak ve episod dönemlerinin incelenmesinde yardımcı olacaktır. Bunlara ek olarak, episod dönemlerindeki kirlilik durumu CHIMERE modeli ile simüle edilerek modelin kirliliği yansıtma performansı ortaya konmuştur. İki farklı dönem olması yine modelin performansını değerlendirmede avantajlı olacaktır. Çalışmada ayrıca, episod dönemlerindeki kirlilik durumu daha detaylı araştırılarak, toz taşınımı, yerel kirletici kaynaklar ve meteorolojik parametreler etkenleri altında ne derecede kaldıklarının ortaya konulması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, bu dönemler için NOAA HySplit model çıktıları ile geri yörünge analizi yapılmış ve toz taşınımının etkisi ortaya konmuştur. Atmosferik şartların kirlilik durumunun oluşmasındaki payı ise sinoptik haritalar, meteorolojik parametrelerin grafikleri ve yukarı atmosfer haritaları ile tespit edilmeye çalışılmıştır. Hava kirliliği verileri Çevre ve Şehircilik Bakanlığının kurmuş olduğu Şanlıurfa Hava Kalitesi Gözlem İstasyonundan elde edilmiştir. Saatlik ve günlük olarak elde edilebilen veriler, kirletici olarak PM10 ve SO2 verilerini ölçmektedir. Sıcaklık, rüzgâr hızı ve rüzgâr yönü gibi meteorolojik parametreler yine aynı istasyondan temin edilmiştir. Episod dönemleri, AB limit değerlerine göre seçilmiştir. AB limit değerlerinin gözetilmesindeki amaç, 2019 itibari ile aynı limit değerlere sahip olmamızın planlanmasıdır. Böylece, Şanlıurfa ilinin kirlilik durumunda nasıl bir gidişat içerisinde olduğu belli olacaktır. Çalışma ayrıca Şanlıurfa ili için hava kirliliği modeli çalıştırılarak yapılan ilk çalışma olmasından dolayı önem arz etmektedir.
Yağış verilerinin autorun analizi
Yağış; atmosferdeki nemin, kati veya sıvı fazda yeryüzüne dönmesidir. Yeryüzündeki tatlı suyun ana kaynağı olan yağışın dağılımı, zamana ve yere bağlı olarak büyük değişim gösterir- Aynı değişim yağışın şiddeti ve mik tarı için de geçerlidir. Oldukça karmaşık fiziksel süreçlerin ürünü olan yağış, hidrolojik çevrimin ve bir bölgenin ikliminin en önemli bileşenlerinden biridir. Yağış ya da belirli dönemlerde yaşanan kuraklık genel olarak canlı yaşamını, özellikle de insanoğlunun pek çok etkinliklerini doğrudan etkiler. Verilen bir bölgeye gelecekte ne kadar bir yağışın düşeceği, konuyla ilgili bilim adamlarının temel hedefi olmasına rağmen, halen öngörüsü en zor meteorolojik parametrelerden biridir. Yağışın diğer meteorolojik parametrelerle ilişkisi araştırılarak, bu parametrelere olan bağımlılığı ve bunun sonucu olarak dolaylı tahmini yapılabileceği gibi, yağış verilerini bir dizi olarak ele alıp çeşitli istatistiksel yöntemler uygulayarak ta bazı sonuçlara varmak mümkündür. Bu öngörüler, gerçekte atmosferin ortalama veya bazı Klimatolojik olayların gerçekleşme olasılığını gösterir. Hidrolojide, kurak ve yağışlı dönemlerin bilinmesi, su lama, su temini, taşkın kontrolü, kuraklığın önlenmesi ve su yapılarının planlanmasında Önemli rol oynar. Bir planlamacı, yağışlı ve kurak dönemlerin ortalama peryodunu, kurak bir dönemin maksimum uzunluğunu ve yağışlı bir peryot süresince meydana gelecek su miktarını bilmeyi; en azından güvenilir bir şekilde tahmin etmeyi ister. Bu tez çalışması, persistansin teorik olarak incelenmesinde kullanılan otokorelasyona benzer bir yöntem olan "autorun analizine" bazı katkıları ve Göztepe yağış verileri kullanılarak yapılan bir uygulamayı içer mektedir. Ayrıca Markov Olasılık Modeli kullanılarak hesaplanan olasılıklar, özellikle tarım, endüstri, inşaat, turizm ve spor alanlarında kullanılabilecek önemli bir bilgi niteliği taşımaktadır. 111
Havalimanlarında meydana gelen sis olaylarının oluşum mekanizmasına göre sınıflandırılması ve zamansal dağılımının incelenmesi ve atatürk havalimanı rüyetografının elde edilmesi
Havayolu ulaşımının atmosferde meydana gelen hava olaylarından doğrudan etkilenmesi, havalimanlarında uçuculuğu etkileyen meteorolojik olayların incelenmesini önemli hale getirmektedir. Havalimanlarında yapılan uçuculuk faaliyetlerinin düzenli ve emniyetli bir şekilde icra edilebilmesi için meteorolojik koşulların belirlenen kıstaslar içerisinde olması gerekmektedir. Meteorolojik koşulların belirlenen kıstasları olumsuz yönde aşması durumunda havalimanı işletmeleri tarafından yapılan uçak iniş-kalkış süreleri, uygulanan pist CAT kategorisi gibi planlamalarında meydana gelen bozulmalar, uçak seferlerinde gecikmeler, divert (yönlendirme), iptallerin ve en önemlisi kaza-kırım meydana gelmesine neden olmaktadır. Havacılıkta meydana gelen birçok kaza-kırımın ve hatta ölümcül kaza meteorolojik kaynaklı olumsuz hava olaylarının yol açtığı bilinmektedir. Bu tür olumsuz hava koşulları havalimanlarında uçuş kapasitelerini düşürülmesi veya kaza-kırım gibi olumsuz durumlara özellikle büyük havayolu şirketlerinde çok büyük maddi kayıpların meydana gelmesine, havalimanı işletmesine plansız kitlesel boyutta yolcu misafir etmeye bağlı olumsuzluklar ve yolcularda ise zamansal kayıplara bağlı olumsuzlukların meydana gelmesine neden olmaktadır. Kuvvetli rüzgar, sis, gök gürültülü sağanak yağış, çok alçak seviye bulutluluk vb. meteorolojik hadiseler hava ulaşımında aksamaların meydana gelmesine neden olan başlıca olumsuz hava olaylarıdır. Sis, görüş mesafesini lokal bazda büyük ölçüde kısıtlayarak hava ulaşımını olumsuz yönde etkileyen en önemli meteorolojik hadisedir. Sis hadisesinin gözlemlendiği havalimanında diğer olumsuz meteorolojik hadiselere göre daha uzun süreli etkili olması ve mevsimselliğe bağlı olarak daha sık meydana gelmesi daha fazla uçuşun olumsuz etkilenmesine yol açmaktadır. Ayrıca sis hadisesinin meydana gelmesinde çevresel faktörlerin (deniz, göl, nehir, tepe, yamaç vb.) etkili olmasına bağlı lokal bazda oluşması öngörülebilirliğinin diğer meteorolojik hadiselere nazaran daha karmaşık ve daha zor hale getirmektedir. Sis tahmin edilmesi en zor hadise olması nedeniyle, havalimanlarında ani öngörülemeyen görüş mesafesinde önemli düşüş ile birlikte uçuşların tüm operasyonlarında aksamlarının meydana gelmesine sebep olmaktadır. Ayrıca sis nedeni ile görüşün düşmesi hem kara hem de deniz ulaşımında da önemli olumsuzlukların meydana gelmesine neden olur. Bu çalışmada Türkiye'de tüm havalimanlarında meydana sis hava olayı incelenmiştir. Havalimanlarında meydana gelen sis hadiseleri havacılık amaçlı yapılan METAR-SPECi gözlemleri incelenerek meydana gelme sıklık analizleri ve sis hadisesinin oluşum mekanizması ve havalimanının bulunduğu çevresel faktörler göz önünde bulundurularak gözlemlenen sis hadisesi türlerine göre sis sınıflandırması yapılmıştır. Ayrıca sis meydana geldiği periyotlardaki sıcaklık, rüzgar, basınç gibi parametreler incelenmiştir. Havalimanlarında pist CAT kategorisi gözlemlenen sis hadisesinin görüş mesafesini ne ölçüde daralttığını ortaya koymak için incelenmiştir. Havalimanlarında gözlemlenen sis hadiselerinin frekans analizi ile özellikle havayolu şirketlerine her havalimanında sis hadisesinin ne zaman ne kadar süre etkili olduğunu ve sis hadisesinin sınıflandırılması ile tahmin edilebilirliğini kolaylaştırılması amaçlanmıştır. Ayrıca Atatürk (LTBA) havalimanında, hidrolojik birim hidrograf yaklaşımını baz alarak sis oluşumdan dağılma sürecine kadar olan zaman aralığını görüş mesafesine bağlı olarak değerlendirmek için rüyetograf (görüş mesafesi birim grafiği) olarak elde edilmesi amaçlanmıştır. Türkiye'deki havalimanlarında bulunana METEOROLOJİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ' ne ait meteoroloji ofislerinde yapılan havacılık amaçlı METAR ve SPECİ gözlemlerinin 2008-2016 yılları arası gözlem verisi incelenerek sis ve sis kombinasyonu hadiseler ayıklanarak her havalimanında sis hadisesinin meydana gelme sıklık-frekans analizleri; yıllık, aylık ve günlük yapılmıştır. Ayrıca sis hadisesinin gözlendiği periyotlarda sıcaklık, rüzgar ve basınç gibi meteorolojik parametrelerinin değişimleri belirlenmiştir. Bu çalışmada üzerinde durulması gereken diğer önemli konu ise her bir havalimanında görülen sis hadisesinin oluşum mekanizmasına dayanan basit objektif bir algoritma sınıflandırılması kullanılarak sis hadisesi karakteristiğine göre yaygın olarak kullanılan 6 sis çeşidine göre sınıflandırılarak, frekans analizleri yapılmıştır. Basit sınıflandırma algoritmasına göre sis hadisesinin başlanan (onset) ilk metar veya speci raporundan en az 6 önceki metar veya speci, sis dağılma (dissipate) ilk metar veya speci raporundan 6 sonraki metar veya speci raporu incelenerek; rüzgar, bulut tabanı yüksekliği, bulut kapalılığı, sıcaklık gibi parametreler incelenerek gözlemlenen sis hadisesi yaygın olarak kullanılan 5 sis çeşidine göre sınıflandırılmıştır. Eğer gözlemlenen sis hadisesi bu algoritmaya göre herhangi bir sınıfa dahil edilememiş ise belirlenemeyen sis ("UNK") türü olarak adlandırılarak sınıflandırmaya dahil edilmiştir. Ayrıca sadece Atatürk havalimanı (LTBA) için rüyetograf elde edilerek sisli aylara göre incelenmiştir. Çalışmada yapılan analizlere göre bölgesel olarak ele alındığında Marmara bölgesinde kurulu bulunan havalimanlarında sis olayının daha sık meydana geldiği görülmüştür. Lokal olarak bakıldığında sis hadisesinin en fazla sisli gün sayısının Batman (LTCJ), Kocaeli Cengiz Topel (LTCQ), Balıkesir (LTBF), Bursa Yenişehir (LTBR), Ağrı (LTCO) havalimanlarında, en az sisli gün sayısının ise Muğla Imsık (LTBV), Yalova (LTBP), Balıkesir Edremit (LTFD), İzmir Kalkıç (LTFA) havalimanlarında gözlendiği ortaya konulmuştur. Türkiye'deki havalimanlarında sis olayları sonbahar sonu ve ilkbahar başlarına kadar olan periyotlarda daha sık gözlendiği sonucuna varılmıştır. İstanbul Atatürk (LTBA) havalimanında rasat edilen sis olayları %48.1 radyasyon sisi (RAD), %38.9 adveksiyon (ADV) sisi, %11.1 bulut tabanı alçalması (CBL), %1.0 yağış (PCP) sisi oranlarında sınıflandırılmıştır. Afyon (LTAF), Atatürk (LTBA), Bandırma (LTBG), Balıkesir (LTBF), Erzurum (LTCE), Konya (LTAN), Diyarbakır (LTCC), Bursa (LTBR) havalimanlarının CAT kategorisi sınıflandırmasına göre CAT III kategori yüzde (%) oranlarının daha fazla ve sırası ile %53.4, %41.9, %55.2, %51.0, %59.0, %49.9, %55.5 oranında sis hadiseleri gerçekleştiğinde havalimanı pist görüş mesafesine göre CAT III kategorisinde uçuş operasyonları yapılmıştır. Atatürk havalimanında yapılan yarım saatlik (30 dk) metar rasatları baz alındığında 2008-2016 yılları arası sis olaylarının başlangıcı, devamı ve dağılması süresi ortalama 5 saat, 03 dakika sürmüştür. Deniz, su yapılarının veya nehirlere yakın alanlara kurulu havalimanlarında adveksiyon sisinin karasal veya kent içerisinde kalmış havalimanlarına göre daha fazla meydana gelmesi doğaldır.
Manisa Soma Bölgesi için Meso Ölçek Sayısal Hava Tahmin Modeli (WRF) Sonuçları ile Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Modelleri (Meteodyn ve WindSim) Kullanılarak Kısa Vadeli Rüzgar Enerjisi Tahmini
Orta ölçek sayısal hava tahmin modeli WRF ile hesaplamalı akışkanlar dinamiği modelleri (CFD) olan Meteodyn ve WindSim'in kullanımıyla kısa vadeli rüzgar enerjisi tahminleri gerçekleştirilmiştir. Manisa ili Soma ilçesi sınırları içinde kompleks arazi üzerinde kurulu bulunan Soma Rüzgar Enerji Santrali (RES)'ndeki rüzgar enerjisini, 1 km ve 3 km çözünürlükte ve 24 ile ikinci 24 (48) saatler için tahmin eden bir sistem oluşturulması amaçlanmıştır. Modelleme sonuçları türbin gözlem verileri ile karşılaştırılarak hangi CFD modelin daha iyi performansla çalıştığının analizi yapılmıştır. Karşılaştırma sonuçlarında, mezo ölçek model ile CFD modellerinin her iki çözünürlük senaryolarında 24 saat sonuçlarının 48 saat sonuçlarına göre daha az hatalı olduğu gözlenmiştir. Bu durum, tahmin süresinin uzamasıyla WRF modelin tahmin yapma becerisinin azalması ve buna bağlı olarak hata oranlarının yükselmesidir. Çözünürlük sonuçlarının analizinde, tüm modeller için 3 km çözünürlüğün 1 km çözünürlüğe göre daha az hatalı sonuçlar vermiş olduğu gözlenmiştir. Elde edilen sonucun, mezo ölçekli model ile buna kuple edilen CFD modellerinin kullanmış olduğu yükseklik ve arazi kullanım verisindeki ölçek farklılığından kaynaklanan sönümleme veya rüzgar şiddetini artırıcı etki olduğu düşünülmektedir. Ayrıca mezo model WRF, kompleks saha yapısından etkilenmektedir. CFD modelleri ile mikro ölçek etkilerin daha iyi çözümlenip hata oranlarının düşmesi beklenirken WRF modeli daha iyi ya da CFD modellerine çok yakın sonuçlar vermiştir. Bu durum iki model arasındaki yükseklik ve arazi kullanım verisinin ölçek farklılığındaki sonuçlara olan büyük etkisini göstermektedir. Yapılan mevsimsel analizlerde; mezo model ve CFD modeler için, çözünürlük ve zaman koşullarında, kış mevsimi'nin en yüksek hata değerlerine ve yaz mevsimi'nin en düşük hata değerlerine sahip olduğu gözlenmiştir.
Çemişgezek Cevizlidere Barajı ölçeğinde çevresel akış tayini yöntem analizi
Su, hayatın devamı için alternatifi olmayan bir maddedir. Bilinen tarih boyunca insanoğlu, suya olan bağımlılığı dolayısıyla yerleşim yerlerinin konumlandırılması, tarım faaliyetlerinin sürdürülebilirliği, enerji ihtiyacının karşılanması gibi birçok konuda su kullanımının planlanmasına ihtiyaç duymuştur. Dünya genelinde artan nüfus, tüketim alışkanlıklarındaki olumsuz değişimler ve değişen iklim şartları mevcut akarsuların sucul habitatlarındaki olağan akış seyrinde yetersiz kalmasına sebep olmuştur. Özellikle tarımsal faaliyetlerde ihtiyaç duyulan suyun tarım arazilerinden karşılanamıyor olması sulama ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. Türkiye'nin Doğu Anadolu Bölgesi'nde, Güney Doğu Anadolu Projesi kapsamında ivmelenen sulama faaliyetleri, bu konuda yetkili Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü'nün öncülüğünde sürmektedir. Bununla birlikte enerji ihtiyacını karşılama, içme suyu temini ve taşkın kontrolü amacıyla inşa edilen su yapılarının sayısı gün geçtikçe artmaktadır. Akarsularımızda inşa edilen barajların sağladıkları faydaların yanında, akarsu ve çevresine verdikleri zarar da bilinmektedir. Baraj inşalarında ortaya çıkan, akarsuların olağan akış seyrinin değiştirilmesi, akarsu çevresindeki doğal döngünün tahrip edilmesi gibi etkiler uzun vadede içindeki canlılarla birlikte akarsuların yok olması tehdidini doğurmaktadır. Bu sebeple baraj projelerinde sağlanacak faydadan ziyade var olan doğal döngünün sürdürülebilirliği öncelikli olmalıdır. Türkiye ve dünyadaki baraj projelerinde, akarsu yatağındaki ekolojik hayatın devamı için gerekli miktarda suyun akarsu mansabına bırakılması şeklinde özetlenebilecek çevresel akışların belirlenmesi çalışmaları 20. yüzyılın en önemli konularından biri olmuştur. Bilinen en eski çevresel akış belirleme yöntemi olan Tennant Yöntemi ile başlayan süreçte değişen ihtiyaçlar ve gelişen teknolojiyle birlikte temel kabul edilen Tennant Yöntemi'nin onlarca modifikasyon geçirmesinin yanında farklı yaklaşımları esas alan birçok yöntem geliştirilmiştir. Bazı ülkeler çevresel akışları yalnızca tek bir yöntemle belirlerken birçok ülkede bütünleşik yöntemlerin kullanımı gerekli görülmüştür. Türkiye'de 2003 yılında çıkarılan yönetmelikle birlikte çevresel akışların belirlenmesinde Tennant Yöntemi'nin kullanılması uygun bulunmuştur. Buna göre baraj projelerinde akarsuyun mansabına bırakılacak çevresel akış miktarı, son on yıla ait aylık ortalama akışın %10'u ile sınırlandırılmıştır. İklim değişkenleriyle yapılan çalışmalarda herhangi bir bölgenin iklimi ile ilgili bilgi verebilmesi açısından en az otuz yıllık veriye ihtiyaç duyulduğu bilinmektedir. Bununla birlikte bir veri setinin istatistiksel anlamlılığını tayin edebilmek, veri setinin yeterli uzunluğa sahip olmasıyla mümkündür. Tüm bu argümanlar dikkate alındığında on yıllık ortalama akışların, asgari ömrü 50 yıl olarak belirlenen baraj projeleri için iklimsel ve istatistiksel bir anlamlılık ifade etmesi şüphe uyandırıcıdır. Ayrıca bu yaklaşım baraj projelerine esas olan baraj öncesi doğal akışların değişebilirliğini göz ardı etmektedir. Bu çalışmada, çevresel akışların belirlenmesinde tek bir yöntemin kullanılmaması gerektiği ve farklı akış rejimine sahip akarsularda farklı yöntemlerin uygulanabileceği incelenmiştir. Tunceli ili Çemişgezek ilçesinde bulunan Cevizlidere Barajı çevresel akış miktarı tayini için 1985 – 2012 yıllarında kaydedilen baraj öncesi akışlar ve aynı periyotta kaydedilen meteorolojik parametreler kullanılmıştır. Çalışmada Türkiye'de hidrolojik model geliştirme konusunda gerekli insan gücünün ve dünya literatüründe yer alan mevcut modellerin çalıştırılmasında ihtiyaç duyulan veri türünün sağlanması için yeterli ölçüm ve gözlem ağının bulunmaması sebebiyle salt baraj öncesi akış verisi kullanılmıştır. Baraj öncesi akış verisi kullanılarak Islak Çevre, Akuatik Baz Akım, Debi Süreklilik Eğrisi ve Düşük Akım İndisleri yöntemleriyle farklı çevresel akış miktarları hesaplanmıştır. Buna göre Cevizlidere Barajı mansabında bırakılması gereken çevresel akış miktarlarının Ekim, Kasım, Temmuz, Ağustos ve Eylül aylarında Debi Süreklilik Eğrisi Yöntemi'nin Q75 istatistiği ile, Aralık, Ocak, Şubat, Mart, Nisan Mayıs ve Haziran aylarında ise son on yıllık ortalamalarla hesaplanması gerektiği gözlenmiştir. Çalışmada, Türkiye'de kullanılan mevcut çevresel akış yönteminin Cevizlidere Barajı ölçeğinde dahi yetersiz kalması sebebiyle alternatif yöntem ve yaklaşımlara ihtiyaç duyulduğunun gösterilmesi amaçlanmıştır.