Fırat-Dicle Havzası için standartlaştırılmış yağış evapotranspirasyon indisi (SPEI) hesaplama algoritmasına teorik olasılık dağılımın etkisi
The effect of theoretical probability distribution on the standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) calculation algorithm for the Euphrates-Tigris Basin
Yazar: NURCAN MENEVŞE
Danışman: PROF. DR. KADRİ YÜREKLİ
Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyosistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Kuraklık = Drought

Özet:
Günümüzde dünyamızı tehdit eden en büyük problemlerden biri olan küresel ısınma, farklı coğrafi bölgelerde çeşitli etkilerle kendini göstermektedir. Ülkemiz, yarı kurak iklim kuşağında yer alması nedeniyle kuraklık tehdidi özellikle Orta Anadolu ve Güneydoğu Anadolu bölgelerinde daha çok hissedilmektedir. Bölgelerde yıllık ortalama yağış miktarlarının düşük olması ve su kaynaklarının yetersizliği, tarım sektörü üzerinde büyük bir baskı oluşturmaktadır. Bu çalışmada, Fırat-Dicle Havzası'nın kuraklık analizi Standartlaştırılmış Yağış Evapotranspirasyon İndeksi (SPEI) kullanarak gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla çalışma için gerekli iklim değişkenleri (yağış, rüzgar hızı, maksimum ve minimum hava sıcaklığı, güneşlenme süreleri ve nispi nem), Devlet Meteoroloji Genel Müdürlüğü (MGM) tarafından işletilen 19 meteoroloji istasyonundan sağlanmıştır. SPEI hesabında gerekli olan bitki su tüketimi Penman-Monteith ve Thornthwaite yöntemleri ile tahmin edilmiştir. SPEI hesaplaması geleneksel yöntem (Genelleştirilmiş Log-logistik) yanında kuraklık analizi için yağmur ve bitki su tüketimine bağlı oluşturulan fark değer dizilerine en iyi uyan teorik olasılık dağılım biçimlerine göre yapılmıştır. Göz önüne alınan dağılımların parametrelerinin hesaplanmasında, momentler, maksimum olabilirlik ve L-momentler yaklaşımları kullanılmıştır.  İstasyonların farklı zaman periyotları çin (3-, 6-, 9-, 12- ve 24-h) en uygun teorik olasılık dağılım biçimleri çoğunlukla Genelleştirilmiş Log-logistik (GLOG), Weibull ve Genelleştirilmiş Ekstrem Değer (GEV) olmuştur. Dolayısı ile tek bir dağılım biçimine bağlı kalarak SPEI tahmininde bulunmak güvenilir kuraklık analizi açısından risk oluşturmaktadır.  Elde edilen bulgulardan şu sonuçlara ulaşılmıştır: Adıyaman, Ağrı, Bingöl, Bitlis, Hakkari ve Şırnak istasyonlarında GEV ve GLOG dağılımları arasında geçişler gözlenmiştir. Diyarbakır, Kilis ve Malatya istasyonlarında Penman-Monteith yöntemi ile uygun bir dağılım belirlenemezken, Thornthwaite yöntemi ile Weibull ve GLOG dağılımları uygun bulunmuştur. Erzincan istasyonunda her iki yöntemle de uygun bir dağılım tespit edilememiştir. 
Bu bulgulara dayanılarak, SPEI ile kuraklık analizinde zaman ölçeğinin ve seçilen teorik olasılık dağılım biçiminin önemli olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca teorik olasılık dağılımların parametre tahmininde kullanılan farklı yöntemlerde kuraklık analizinde önemli bulunmuştur. Bu çalışma, Fırat-Dicle Havzası'nın kuraklık risklerini belirlemek ve su kaynaklarının sürdürülebilirliği için önemli bir temel oluşturmuştur.

Abstract:
One of the largest issues endangering our planet today is global warming, which shows up in different ways in different parts of the world. Since our country is located in the semi-arid climate zone, the threat of drought is felt more, especially in the Central Anatolia and Southeastern Anatolia regions. Low annual average rainfall and inadequate water resources in these regions put great pressure on the agricultural sector. The Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) was used in this study to analyze the drought in the Euphrates-Tigris Basin. For this purpose, the climate parameters (precipitation, wind speed, maximum and minimum air temperature, sunshine durations and relative humidity) required for the study were provided by 19 meteorological stations operated by the General Directorate of State Meteorology (MGM). The Penman-Monteith and Thornthwaite methods were used to estimate the necessary plant water consumption in the SPEI calculation. SPEI calculation was made according to the theoretical probability distributions that best fit the difference value series created depending on rainfall and plant water consumption for drought analysis, as well as the traditional method (Generalized Log-Logistic). Moments, maximum likelihood, and L-moments methods were applied to determine the parameters of the distributions under consideration. The most suitable theoretical probability distributions for different time periods (3-, 6-, 9-, 12-, and 24-h) of the stations were mostly Generalized Logistic (GLOG), Weibull, and Generalized Extreme Value (GEV). Therefore, estimating SPEI based on a single theoretical distribution poses a risk in terms of reliable drought analysis. The findings led to the following conclusions: Adıyaman, Ağrı, Bingöl, Bitlis, Hakkari, and Şırnak stations all showed transitions between GEV and GLOG distributions. The Penman-Monteith method was unable to determine a suitable distribution at the Diyarbakır, Kilis, and Malatya stations, but Weibull and GLOG distributions were found to be appropriate with the Thornthwaite method. At Erzincan station, neither approach was able to produce an appropriate distribution.
Based on these findings, it was concluded that the time scale and the chosen theoretical probability distribution are important in drought analysis with SPEI. In addition, the methods used in parameter estimation of theoretical probability distributions were found to be important in drought analysis. An essential foundation for assessing the Euphrates-Tigris Basin's drought risks and water resource sustainability has been established by this study.