İklim değişikliğinin Türkiye'de yağış-sıcaklık verileri üzerindeki etkisi ve stokastik zaman seri modelleri ile kuraklık değerlendirmesi
Effect of climate change on precipitation-temperature data in Turkey and drought assessment with stochastic time series models
Yazar: AHMET IYAD CEYHUNLU
Danışman: DOÇ. DR. GÖKMEN ÇERİBAŞI
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Yerkürenin jeolojik tarihi boyunca, doğal ve dış etkenlere bağlı olarak iklim sisteminde birçok değişiklik olmuştur. Geçmişte iklimdeki değişimlere doğal sebeplerin neden olduğu, günümüzde ise büyük ölçüde insan faaliyetlerinden kaynaklandığı söylenebilir. Türkiye, küresel ısınmanın neden olduğu iklim değişikliğinden etkilenecek ülkeler arasında yer almaktadır. Dolayısıyla bu çalışma, Türkiye genelinde iklim değişikliğinin yağış ve sıcaklık verilerine olan etkisi ve stokastik zaman serileri ile ileriye dönük tahmin edilmiş kuraklığın analizini kapsamaktadır. Bu tez çalışması üç ana bölümden oluşmaktadır.  Tezin ilk bölümünde, yeni geliştirilmiş Yenilikçi Trend Pivot Analiz Yöntemi (ITPAM) sunulmuş ve bu yöntem ile 1990-2020 yılları arasındaki 30 yıllık yağış ve sıcaklık verileri analiz edilmiştir. ITPAM yöntemi veriler arasında ilişki kurarak risk sınıflarını belirler. Ayrıca bu yöntemde artan ve azalan trend bölgeleri beş sınıfa ayrılmaktadır. Beş sınıfa ayrılan trend bölgesi, önceki trend yöntemlerine göre daha net bir şekilde sınıflandırılmaktadır. Yapılan çalışmanın sonucunda Türkiye'de 81 ile ait yağış ve sıcaklık verilerinin trend analizi sonuçları elde edilmiş ve ayrı ayrı yorumlanmıştır. Çalışmanın ikinci ana bölümünde stokastik zaman serisi modeli kurularak; Türkiye'nin 1990-2020 yılları arasındaki yağış ve sıcaklık verileri 2050 yılına kadar tahmin edilmiştir. Mevsimsel Otoregresif Entegre Hareketli Ortalama (SARIMA) Modelleri kullanılarak veriler arasındaki ilişki ve mevsimsellik faktörleri hesaba katılmıştır. Ayrıca her bir istasyon için en uygun model ayrı ayrı kurulmuştur. Kurulan modelde verilerin %90'ı eğitim için, %10'u ise sınama için kullanılmıştır.  Tahmin edilen verilerin doğruluğu korelasyon testi (r) ve Hata Kareler Ortalamasının Karekökü testi (RMSE) ile sınanmıştır. Çalışma sonucunda sıcaklık verilerinde ortalama r değeri %99 ve RMSE değeri 1,46 olarak hesaplanmıştır. Yağış verilerinde ise ortalama r değeri %66 ve RMSE değeri 34,6 olarak hesaplanmıştır. Tez çalışmasının üçüncü ana bölümü ise Türkiye'nin 2050 yılına kadar kuraklık modellerinin kurulmasını ve bu modellerin alansal ve zamansal değerlendirilmesini içermektedir. Bu modeller, Türkiye üzerinde uniform dağılmış istasyonların 1990-2050 yılları arasındaki verilerinin Standart Yağış Evapotranspirasyon İndeksi (SPEI) ile analiz edilmesiyle elde edilmiştir. Kuraklık analizinde farklı zaman ölçekleri (SPEI3, SPEI6, SPEI9 ve SPEI12) kullanılmıştır. Ayrıca kuraklık analizinin tüm Türkiye'yi kapsaması açısından Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) kullanılarak mekansal tahmin yapılmıştır. Yapılan bu çalışma sonucunda Türkiye'nin kuraklık dönüş aralığı haritaları ve 1990-1999, 2000-2009, 2010-2019, 2020-2029, 2030-2039, 2040-2049 yılları arasındaki kuraklık haritaları oluşturuşmuştur.

Abstract:
Throughout the geological history of the earth, there have been many changes in the climate system depending on natural and external factors. Turkey is among the countries that will be affected by climate change caused by global warming. Therefore, this study covers the impact of climate change on precipitation and temperature data across Turkey, and the analysis of stochastic time series and predicted drought. This thesis consists of three main parts. In the first part of the thesis, the newly developed Innovative Trend Pivot Analysis Method (ITPAM) is presented and 30 years of precipitation and temperature data between 1990-2020 are analyzed with this method. The ITPAM method determines the risk classes by establishing a relationship between the data. In addition, in this method, increasing and decreasing trend regions are divided into five classes. The trend zone, which is divided into five classes, is more clearly classified than the previous trend methods. As a result of the study, trend analysis results of precipitation and temperature data of 81 provinces in Turkey were obtained and interpreted separately. In the second main part of the study, the stochastic time series model was established; Precipitation and temperature data of Turkey between 1990-2020 are estimated until 2050. The seasonal Autoregressive Integrated Moving Average (SARIMA) Models were used and the relationship between the data and seasonality factors were taken into account. In addition, the most suitable model for each station was established separately. In the established model, 90% of the data was used for training and 10% for testing. The accuracy of the estimated data was tested with correlation test (r) and Root Square Mean Error Square test (RMSE). As a result of the study, the average r value was calculated as 99% and the RMSE value was calculated as 1.46 in the temperature data. In the precipitation data, the average r value was calculated as 66% and the RMSE value was calculated as 34.6. The third main part of the thesis study includes the establishment of drought models for Turkey until 2050 and the spatial and temporal evaluation of these models. These models were obtained by analyzing the data of the stations uniformly distributed over Turkey between the years 1990-2050 with the Standard Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI). Different time scales (SPEI3, SPEI6, SPEI9 and SPEI12) were used in the drought analysis. In addition, spatial estimation was made using Geographic Information Systems (GIS) in order to cover the whole of Turkey in the drought analysis. As a result of this study, Turkey's drought return interval maps and drought maps for the years 1990-1999, 2000-2009, 2010-2019, 2020-2029, 2030-2039, 2040-2049 were created.