11
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
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 buğday bitkisinin gelişimi ve verimine olası etkilerinin bitki-iklim simulasyon modeli ile incelenmesi
İklim değişikliği günümüzde Dünya genelinde hemen herkesin hem fikir olduğu, ancak olası etkileri hakkında sıkça tartışmaların yaşanadığı ve birçok araştırmanın ana hedefi olmuş ciddi bir konudur. Hükümetler arası iklim değişimi organizasyonu (IPCC) raporlarına göre, çeşitli kaynaklardan doğaya salının sera gazlarındaki artış, küresel ortalama sıcaklığını etkilemektedir. Bu durum dünya iklimini makro, mezo ve mikro ölçekte değiştirmektedir ve değiştirecektir. Tarımsal üretimin planlanması ve gelecekteki durumunun belirlenmesi geçmişten günümüze insan hayatında büyük önem arz etmektedir. Toprak, bitki ve atmosfer arasındaki etkileşim, tarımsal üretime yön veren en önemli faktörlerdir. Bu faktörlerin içinde en karmaşık ve belirsiz olanlar, kontrol edilemeyen meteorolojik değişkenlerdir. Bu anlamda meterolojik faktörlerdeki olası değişiklerin belirlenmesi, tarımsal üretimin gelecekteki durumu hakkında fikir sahibi olmamızı sağlayacaktır. Dünya'da, olası iklim değişikliği ve bunun tarıma etkilerini inceleyen çeşitli araştırmalar yapılmaktadır. Teknolojinin hızla geliştiği günümüz şartlarında bu araştırmalarda bitki-iklim simulasyon modelleri kullanılmaktadır. Bunlar, tarımsal sistemlerin davranışlarını analiz etmek amacıyla geliştirilen matematiksel modellerdir. Ekilen tohum sayısı, gübreleme vb tarımsal yönetim girdileri ile sıcaklık, bağıl nem, yağış, radyasyon vb. meteorolojik değişkenler modellerde girdi olarak kullanılır. Bu çalışmada amaçlanan, olası iklim değişikliği senaryolarını dikkate alarak Kırklareli'nde yetiştirilen buğday bitkisinin gelecekteki verimini araştırmaktır. Bu amaca yönelik olarak, DSSAT bitki iklim simulasyon modellerinden CERES-Wheat modeli kullanılmıştır. Modelin girdi ve çıktı verileri olarak Kırklareli Toprak Su ve Tarımsal Meteoroloji Araştırma İstasyonu Müdürlüğü arazisinde buğday tarlası üzerine kurulan meteoroloji istasyonunda kaydedilen meteorolojik ve bu arazide ölçülen, gözlenen toprak ve bitki ile ilgili veriler kullanılmıştır. Modelin kalibre edilmesinin ardından hassasiyet analizleri yapılmıştır. Kırklareli için RegCm4, ECHAM5 global iklim modellerinin çıktıları kullanılarak bölgede gelecekte buğday verimindeki değişimler model ile simule edilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, buğday veriminin sıcaklık artışına oldukça tepkili olduğu gözlenmiştir (T+5 simulasyonu için -%35.9). Rg ve CO2 değerlerinin verimi olumlu etkilediği belirlenmiştir. Ancak, bu durum buğday veriminde sıcaklık artışından kaynaklanan olumsuzluğu dengeleyemediği gözlenmektedir. Benzer şekilde yağış miktarındaki azalma, buğday veriminin düşmesine neden olmaktadır. Ayrıca, buğday bitkisinin dane veriminde, 2013-2040 yılı ortalama meteorolojik verilere göre, % 8; bir sonraki 30 yılın ortalama verilerine göre (2041-2070) % 12 ve daha sonraki 30 yıllık periyodun ortalama verilerine göre ise (2071-2100) % 20'ye kadar azalma modellenmiştir. Buna ilave olarak; geçmiş yıllardaki (1975-2010) verilere göre belirlenen katsayılarla model çalıştırıldığında ise, 2013-2100 yılları arasındaki ortalama meteorolojik verilere göre, verimde % 3 ile 6 arasında bir azalma belirlenmiştir.
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