2009-2018 Akdeniz Bölgesi kararsızlık indeks analizi
2009-2018 Mediterrean Region stability index analysis
Yazar: MÜZEYYEN İDİL AKTUĞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ CEYHAN KAHYA
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Meteoroloji = Meteorology
Dizin: Doğrusal korelasyon = Linear correlation ; Havacılık meteorolojisi = Aeronautic meteorology

Özet:
Havacılık sektöründe meteorolojik olayların önemi büyüktür. Ekstrem meteorolojik olayların sürekli gözlemlenmesi ve tahmin edilmesi sektör ve insani açıdan hayati öneme sahiptir. Son yıllarda artan ekstrem meteorolojik olayların değişim sürecide bu aşamada önem kazanmaktadır. Uluslararası panellerde ve raporlarda çıkan sonuçlara göre 21.yy.'ın sonuna doğru Türkiye'de yıllık sıcaklıkların günümüze kıyasla 3.1-5.2 °C arasında artacağını öngörülmektedir. HADCM iklim değişikliği projeksiyonlarına göre ise Türkiye'de sıcaklıkların 1.5 ⁰C artacağı, en fazla sıcaklık artışının 4.1 ⁰C ile Akdeniz ve Ege bölgelerinde yaşanacağı beklenmektedir. Sıcaklıklardaki değişime bağlı olarakta birbirleriyle bağlantılı olan meteorolojik parametrelerin değişmine etki edecek ve daha önce çok sık karşılaşmadığımız ekstrem olayların gözlenmesi ve ölçülmemiş meteorolojik değerlere ulaşılması beklenmektedir. 
En fazla sıcaklık artışının beklendiği Akdeniz bölgesi, kuzeyde yüksek dağlık alanlara ve güneyde denize kıyısına sahiptir. Akdeniz'in hem kuzey hem de doğu sınırları boyunca temel topografik özellikler görülür. Hava akışını kıyı vadileri ve adalar arasındaki boşluklar, farklı doğrultulara sahip dağların sebep olduğu çıkıntılı köşeler ve engellemelerle oluşan topografik özellikler kanalize eder. Akdeniz bölgesinin mevsimsel hava paternleri, büyük ölçüde çevresindeki kara kütlesinde görülen musonal karakterle kontrol edilmektedir. Akdeniz bölgesi kış mevsiminde alçak basınç alanıdır ve bunu iç deniz olmasına borçludur. Bu sebeple de kış döneminde güneyindeki tropical ve kuzeyindeki polar hava kütlelerinin karşılaşma sahasıdır. Kuzeyden gelen soğuk hava kütleleri denizden gelen sıcak-nemli hava kütleleri ile karşılaştığında yağış oluşturmasının yanı sıra fırtınalarada neden olmaktadır.
Ekstrem meteorolojik olayların gözlenmesi ve ölçülmemiş meteorolojik değerlere ulaşılması, şiddetli hava olaylarının oluşması, sıklığı ve faaliyette kalma zamanı bazı atmosferik koşullar ve parametrelerin fonksiyonudur. Ayrıca bu koşulların ve parametrelerin şiddetininde fonksiyonudur. Bu koşulların içerisinde olmazsa olmaz denebilecek koşul ise troposferin kararsızlık koşuludur. Kararsızlık koşulunda, yükseltilmiş bir hava parseli onu çevreleyen havadan daha sıcak, daha az yoğun ve serbestçe yükselmeye eğilimli olacaktır. Kararsızlık şartları altında hava, ılık havanın yükselmesi ile bulutların gelişmesine neden olur ve konvektif fırtınaların yanı sıra yağışları da mümkün kılar. Kararsızlık indeksleri, atmosferik kararsızlığın ölçülmesine olanak sağlar ve fırtınaların gelişimi, olasılıkları ve yoğunlukları için tahmin unsuru olarak kullanılmaktadır. İndeksler atmosferin şiddetli hava veya fırtına aktivitesi geliştirme yeteneğini ölçmektedir. Genel olarak fırtına, oraj veya yağış şekli hakkında fikir yürütülmesi kararsızlık indekslerinin kritik değerlerinin ele alınmasıyla mümkün olmaktadır ve bu kritik değerler indeksin geliştirildiği bölgelerin coğrafik ve meteorolojik şartlarının göz önüne alınmasıyla elde edilmektedir.
Ekstrem meteorolojik olaylar arasında orajlar, can kaybı ve ekonomik zararlara neden olan olaylar olarak ön plana çıkmaktadır. Orajlar yıllarca cephesel yapılar ya da hava kütleleri olarak nitelendirilmiştir ancak aslında aşağı seviye ısınmasına ve nemliliğe dayanan konvektif bir oluşumun sonucudur. Genel bir bakış açısıyla orajların oluşabilmesi için, kararsızlık, yükselici akım bölgeleri, atmosferin orta ve alt tabakasında nemlilik, üst seviyelerde sıcak ve kuru hava şartlarının sağlanması beklenmektedir. 1940'ların sonundan beri meteorologlar oraj riskini, oraj/fırtına indeksleri ve düşey sıcaklık, nem ve rüzgar profillerinden elde edilen parametreler yardımıyla ölçmeye çalışmışlardır. Bir indeksin belirli bir konum için yararlı bir oraj tahmincisi haline gelmesi için, istatiksel özellikleri ve bu özelliklerin fırtına oluşumuyla ilişkisi, o özel konum için belirlenmelidir. 
Meteorolojik ekstrem olaylardan biri olan orajların 2009-2018 yılları arasında Akdeniz bölgesindeki değişimlerini yukarı seviye atmosfer gözlemleri yardımıyla hesaplanan farklı parametrelere sahip kararsızlık indeksleri kullanılarak yapılan analizler ile yıllık mevsimsel farklılıkları değerlendirilmiştir. Bu çalışmada kullanılan indekslerin METAR kodları kullanılarak Akdeniz bölgesinde kararsızlık tahmin etmedeki başarısı ölçülmüştür. Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden (MGM) alınan radyozonde verileri yardımıyla hesaplanan kararsızlık indeks değerleri ile Wyoming Üniversitesi'nden alınan kararsızlık indeks değerleri arasındaki korelasyonun hesaplanması ve Isparta ve Adana illeri için mevsimsel olarak K, Toplam Toplamlar ve Nem indeksleri arasındaki korelasyon hesaplanarak ilişkinin incelenmesi ve analiz edilmesi amacıyla bu çalışma yapılmıştır. 
Akdeniz bölgesinde radyozonde istasyonlarına sahip iki il olan Isparta ve Adana için MGM'den alınan 2009-2018 yıllarına ait 00 ve 12 UTC olarak 10 yıllık periyodu kapsayan 178720 adet radyozonde verisi içerisinde bu çalışmada kullanılmıştır. Bu verilerle K, SWEAT, Toplam Toplamlar, Boyden ve Nem indeksleri hesaplanmıştır. Isparta ili için 7104 adet K indeksi, Toplam Toplamlar indeksi ve Nem indeksi, 7106 adet SWEAT indeksi hesaplanarak çalışma analiz edilmiştir. Adana ili için 6984 adet K indeksi ve Toplam Toplamlar indeksi, 6999 adet SWEAT indeksi, 6834 adet Boyden indeksi ve 6979 adet Nem indeksi hesaplanarak çalışma analiz edilmiştir. Hesaplanan indeks değerlerinin 10 yıllık periyotta her bir indeks için mevsimsel değişimi detaylı olarak incelenmiştir ve yorumlanmıştır. Wyoming Üniversitesi'nden alınan K- Toplam Toplamlar- SWEAT indeks değerleri ile MGM'den alınan radyozonde verileri ile hesaplanan indeks değerleri için korelasyon katsayıları hesaplanmıştır.
MGM'den alınan 337510 adet METAR kodu çalışmada saat aralığı ve kod bilgileri ayrıştırılarak kullanılmıştır. Kullanılan METAR kodlarında radyozonde verilerine en yakın saat tercih edilmiştir. Hesaplanan K, SWEAT, Toplam Toplamlar, Boyden ve Nem indeksleri ile METAR kodları karşılaştırılarak indekslerin başarı yüzdeleri çıkartılmıştır. 2009-2018 yıllarına ait METAR kodları ile hesaplanan indeks değerleri karşılaştırılarak gözlenen ve tahmin edilen meteorolojik olayların arasındaki başarı yüzdeleri çıkartılmıştır. Böylelikle Doğruluk Yüzdesi, Tespit Etme İhtimali ve Yanlış İkaz yöntemleri kullanılarak Akdeniz bölgesinde Isparta ve Adana için kararsızlığı tahmin etmekte en başarılı indeks araştırılmıştır. 
SPSS analiz programı ile K- TT, Nem- TT ve Nem- K indeks ilişkileri Spearman sıra korelasyon yöntemi ile incelenmiştir.
Akdeniz bölgesi Türkiye için ekonomik ve sosyokültürel açıdan önemlidir. Ekstrem meteorolojik olaylar hem yaşamı hem ticareti hem de turizmi etkilemektedir. Bu bölge için yapılan çalışmaların arttırılması ve önlemlerin alınması gerekmektedir.

Abstract:
Meteorology and meteorological events are one of the most crucial events in aviation. Continuous monitoring and forecasting of extreme meteorological events is important for the sector and human. Increasing extreme meteorological events in recent years has gained importance in the process of change. Towards the end of Turkey's 21st century Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 4th Assessment Report the foundation that accepts high emissions scenarios (A2) model simulations foresees increased between 3.1-5.2 °C compared to the present annual temperature. Due to this increase in temperatures, it is expected that the extreme events that we have not encountered before will be observed and unmeasured meteorological values will be effected by the change in the other meteorological parameters which are related with each other.
The Mediterranean region, where the maximum temperature increase is expected, has high mountainous areas in the north and the sea coast in the south. There are basic topographic particulars along both the northern and eastern borders of the Mediterranean Sea. Air flow is channeled by gaps between coastal valleys and islands, topographic features formed by protruding corners and obstructions caused by mountains in different directions. The seasonal air patterns of the Mediterranean region are largely controlled by the monsoon character of the surrounding land mass. The Mediterranean region is a low pressure area in winter and owes it to inland sea. For this reason, it is the meeting point of the tropical south and polar air masses in the north during the winter period. When the cold air masses coming from the north meet the hot-humid air masses coming from the sea, they cause rainfall as well as storms.
Observation of extreme meteorological events and reaching unmeasured meteorological values, occurrence of severe weather events, frequency and time of activity are functions of some atmospheric conditions and parameters. It is also a function of the severity of these conditions and parameters. The indispensable condition in these conditions is the instability condition of the troposphere. Instability in the circumstances raised a parcel of air from the air surrounding it warmer, less dense and will tend to rise freely. Under conditions of instability, air causes the formation of clouds with the rise of warm air and makes rainfall possible as well as convective storms. Instability indices allow the measurement of atmospheric instability and are used as a predictor for the development, probability and intensity of storms. The indices measure the ability of the atmosphere to develop severe weather or storm activity. Generally, it is possible to make an idea about the storm, rainfall or precipitation form by considering the critical values of the instability indices and these critical values are obtained by considering the geographical and meteorological conditions of the regions where the index is developed.
The thunderstorms between extreme meteorological events stand out among the events that cause loss of life and economic harm. Thunderstorms have been described as frontal structures or air masses for years, but in fact they are the result of a convective formation based on lower heating and humidity. From a general point of view, it is expected that instability, rising current zones, humidity in the middle and lower layers of the atmosphere, and hot and dry weather conditions at the upper levels are needed for thunderstorms to form. Since the end of the 1940s, meteorologists have tried to measure the risk of thunderstorms with the parameters obtained from thunderstorm/storm indices and vertical temperature, humidity and wind profiles. In order for an index to become a useful forecaster for a particular location, its statistical properties and their relationship to the formation of the thunderstorm must be determined for that particular location.
This study was conducted to investigate the effects of global climate change by evaluating annual seasonal differences by analyzing the instability indices with different parameters with the help of upperair atmospheric observations of thunderstorms, one of the meteorological extreme events. K, Total Totals, SWEAT, Boyden and Humidity indices were calculated from the data obtained from MGM for Isparta and Adana, two provinces with radiosonde stations in the Mediterranean region. In order to look at seasonal changes, they were grouped and analyzed in the graphs.
According to the winter season values calculated for the K index, the severity of the thunderstorm increased for Isparta over a 10-year period, but the number of occurrences decreased. What we notice in the 10-year period is that there is a significant decrease in the number of days exceeding > 20 of critical values in the years following 2015. No stable increase or decrease was observed for Adana during the 10-year period. Similar to the K index values calculated for Isparta, there is a decrease in the number of days exceeding > 20 critical values in Adana in the years following 2015. In the spring season, K index values for Isparta did not increase or decrease in the 10-year period, while for Adana there was an irregular increase and decrease in the 10-year period. For Isparta and Adana, May has higher instability index values and more days as the number of days. In the summer season, there is no stable increase or decrease in the K index values calculated for Isparta in the 10-year period, while the K index values calculated for Adana decrease in the number of days exceeding > 20 critical values. In the autumn season, short-term decreases and increases are observed in the K index values calculated for Isparta in the 10-year period, whereas for Adana, high index values increase although there is no regular increase or decrease in the index values in the 10-year period. This increase tells us that there is an increase in storm severity. When the Total Totals index is grouped and analyzed seasonally for a period of 10 years, it is interpreted as the short-term increase-decrease in the number of days exceeding the critical value in Isparta winter season, the increase in severity and decrease in the number of days in the spring season, the short-term increase and decrease in the number of days and the increase in severity in the summer season, autumn decrease in the number of days and increase in severity, decrease in the number of days exceeding the critical value for winter in Adana, decrease in the number of days and decrease in severity in spring, the short-term increase-decrease in the number of days exceeding the critical value and decrease in intensity in Adana summer season, decrease in the number of days and increase in severity in autumn. When the SWEAT index is grouped and analyzed seasonally for a period of 10 years, it is interpreted as the increase in the number of days exceeding the critical value in Isparta winter season, the increase in the number of days in the spring season, the increase in the number of days in the summer season, autumn increase in the number of days and increase in severity, decrease in the number of days exceeding the critical value for winter in Adana, decrease in the number of days in spring, the increase in the number of days exceeding the critical value and increase in intensity in Adana summer season, decrease in the number of days in autumn. When the values calculated for the Boyden index are analyzed seasonally, it is seen that there is an increase in the winter season, an increase in the spring season, a decrease in the summer season and a decrease in the autumn season. Boyden index for Isparta is not calculated because it does not meet the requirements. When the values of the winter and spring seasons calculated for the Humidity index are analyzed, it is seen that the instability precipitation decreases for the 10-year period for Isparta and Adana. When the Humidity index values calculated for Isparta in summer and autumn seasons are analyzed, it is seen that instability precipitation increases in 10 years period. When the Humidity index values calculated for Adana are analyzed, it is seen that the instability precipitation decreases in 10 years period.
In this study, METAR codes obtained from MGM were compared with the calculated index values and the success rates between the observed and predicted meteorological events were calculated. The success of the five indices with METAR codes were examined in three different ways by using the percentage of accuracy, probability of detection and false warning rate. The Probability of Detection method determines the best predictive index for the future thunderstorm, whereas the Accuracy Percentage method determines the most successful index in general. The False Warning Rate method, on the other hand, detects situations where the index predicts that a storm will occur in the future, but in reality no rain occurs. As a result, for Isparta and Adana, Hjumidity index is the index that gives the highest value in Probability of Detection and Percentage of Accuracy methods.
Also correlation was calculated for instability index values calculated from radiosonde data obtained from MGM and K, SWEAT and Total Totals instability index values obtained from Wyoming University. K index is 99.71% for Isparta and 99.37% for Adana, Total Totals index is 99.52% for Isparta and 92.70% for Adana, SWEAT index is 91.72% for Isparta and 88.69% for Adana correlation was calculated. The K index values have the largest correlation between the calculated index values and the values obtained from the University of Wyoming.
The Mediterranean region is an important economic and sociocultural aspects for Turkey. Extreme meteorological events affect both life, trade and tourism. The studies for this region should be increased and precautions should be taken.