Türkiye'de meteorolojik radar yağış ölçümleri ve MM5 sayısal model tahminlerinin farklı istatistiksel ayar teknikleri kullanılarak iyileştirilmesi
Improvement of accuracy of meteorological radar rainfall estimates and MM5 numerical model forecasts in Türkiye using different adjustment techniques
Yazar: KURTULUŞ ÖZTÜRK
Danışman: PROF.DR. ALİ ULVİ YILMAZER
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
ÖZETDoktora TeziTÜRKİYE'DE METEOROLOJİK RADAR YAĞIŞ ÖLÇÜMLERİVE MM5 SAYISAL MODEL TAHMİNLERİNİNFARKLI İSTATİSTİKSEL AYAR TEKNİKLERİKULLANILARAK İYİLEŞTİRİLMESİKurtuluş ÖZTÜRKAnkara ÜniversitesiFen Bilimleri EnstitüsüFizik Mühendisliği Anabilim DalıDanışman : Prof. Dr. Ali Ulvi YILMAZERBu tez çalışmasında, sosyal ve endüstriyel hayat için çok önemli olan bazı meteorolojik tahmin veölçümler istatistiksel bir çalışmayla iyileştirilmeye çalışılmıştır. Bu amaçla meteorolojik sayısal tahminmodeli MM5 tahminleri ve Balıkesir meteoroloji radarı yağış ölçümleri iyileştirilmeye çalışılacakparametreler olarak seçilmiştir.Meteorolojik sayısal tahmin modeli MM5'in 89 il ve ilçe merkezi için yaptığı 48 saatlik sıcaklık, rüzgaryön ve hızı (vektörel), rüzgar hızı (skaler), deniz seviyesine indirgenmiş basınç ve nem tahminlerineistatistiksel iyileştirme yapmak amacıyla LSF ve RMBC olmak üzere iki farklı yöntem ile çalışan,grafiksel karşılaştırma ve verifikasyon fonksiyonlarına da sahip olan KA9 isimli bir yazılımgeliştirilmiştir. Bu yazılım ile elde edilen değerler incelendiğinde bir çok istasyon için tahminlereiyileştirme yapılabildiği, ancak bazı istasyonlar için modelin iyileştirmeye ihtiyaç duymadığı, bazıistasyonlar için ise Kalman yönteminin daha iyi sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Bu nedenle programsonuçlarının operasyonel olarak kullanılabilmesi amacıyla, herhangi bir istasyona yapılacak iyileştirmeiçin hangi yöntemin daha isabetli olacağının saptanmasına gerek vardır. Bu çalışmada sözkonususorunun çözülmesi için önerilerde bulunulmuştur.C band ve Doppler tip bir radar olan Balıkesir meteoroloji radarının toplam yağış ölçümlerininiyileştirilmesi amacıyla, radarın 120 km'lik kaplama alanı içerisinde kalan 20 otomatik istasyondan(AWOS) faal olan 16 istasyonun verisi kullanılmıştır. Bunun için AWOS'un bulunduğu koordinatlar içinradardan elde edilen toplam yağış miktarı (R) ve AWOS'lardan alınan toplam yağış miktarı (G)değerlerinin oranını ifade eden AF (değerlendirme faktörü) bulunmuştur. Ağırlıklı çoklu regresyontekniği, radarın kaplama alanında kalan tüm otomatik istasyon noktaları için bulunan AF değerlerineuygulanarak regresyon katsayıları bulunmuş ve bu katsayılar kullanılarak logaritmik bir ifade olan veAWOS ile radar arasındaki mesafe (D), otomatik istasyonun topografik yüksekliği (HG) ve otomatikistasyonun üzerinde bulunan bir noktadaki meteorolojik hedefin görülebileceği minimum yükseklikdeğeri (HVmin) olmak üzere üç bağımsız değişkene sahip tahmini AF fonksiyonu elde edilmiştir.AWOS'lar dışındaki noktalar için yaklaşık HVmin değerleri belirlenerek, 720x720 piksel çözünürlüklü birradar görüntüsündeki tüm pikselleri iyileştirmek amacıyla, mevcut radar yazılımı üzerinde operasyonelolarak çalışan bir radar ürünü (SCR) geliştirilmiştir. Çalışma için seçilen 48 saatlik periyotta otomatikistasyonlar tarafından ölçülen toplam yağış 803,8 mm (ortalama 50,24 mm), aynı noktalar için radardanölçülen yağış 314,0 mm (ortalama 19,63 mm) ve aralarındaki ortalama hata -30,61 mm (mutlak ortalamahata:30,61 mm) iken bu tez çalışmasında gerçekleştirilen regresyon analizi ile mutlak ortalama hata 16,46mm'ye ve RMSE değeri ise 36,04 mm'den 18,78 mm'ye düşürülmüştür.2006, 82 sayfaAnahtar Kelimeler: MM5 modeli, AWOS, Meteoroloji Radarı, Z-R bağıntısı, çoklu regresyon,değerlendirme faktörü AF, KA9

Abstract:
ABSTRACTPh.D. ThesisIMPROVEMENT OF ACCURACY OF METEOROLOGICAL RADAR RAINFALL ESTIMATESAND MM5 NUMERICAL MODEL FORECASTS IN TÜRKİYEUSING DIFFERENT ADJUSTMENT TECHNIQUESKurtuluş ÖZTÜRKAnkara UniversityGraduate School of Natural and Applied SciencesDepartment of Physics EngineeringSupervisor : Prof. Dr. Ali Ulvi YILMAZERIn this thesis, some of themeteorological forecasts and observations which are very important for socialand industrial life are tried to be improved. For this aim, the outputs of meteorological numericalprediction model MM5 and Balıkesir meteorological weather radar rainfall products are selected asparameters to be improved.To increase the accuracy of measurements of the temperature, wind direction and speed (vectoral), windspeed (scalar), pressure at mean sea level and humidity forecasts of meteorological numerical predictionmodel MM5 for next 48 hours at 89 city and town, a new software called KA9 is developed using twodifferent techniques LSF and RMBC, having graphical comparison and verification tools.. AnalyzingKA9 outputs, forecasts for most of the stations are improved, for some stations Kalman filtering methodis found to be better, for some stations MM5 forecasts do not need to be improved. To use KA9operationally, it is necessary to determine which method will be used for which station. In this work,some suggestions are given to solve this problem.To improve the accuracy of rainfall measurements of Balıkesir weather radar, a statistical study isperformed by using 16 rain gages which are active among 20 rain gages within the circular area with aradius of 120 km and the center being at the radar site. First, the assessment factor AF which is the ratioof the overall total rainfall amount R estimated by radar, to the overall total rainfall amount G measuredby rain gages are obtained for the coordinates at each rain gages on the radar image. The regressioncoefficients are found from AF regression equation having three variables which are chosen to be thedistance between radar and rain gage (D), the topographical height of rain gage (HG) and the minimumheight above the rain gage that the target is visible from radar (HVmin), by means of multiple regressiontechniques. To improve the radar rainfall in all 720x720 pixels in radar image, approximate HVmin valuesare equally well taken to designate every points for some grouping of areas using DEM and minimumelevation angles of AWOS pixels. Finally, a new radar product (SCR), which can be run operationally onradar software, is developed. Within the 48 hour period of rainfall, rain gages measured 803,8 mm totally(50,24 mm average), while radar estimated 314,0 mm totally (19,63 mm average). The mean errorbetween them is -30,61 mm (absolute mean error is 30,61 mm.). With this analysis, absolute mean erroris reduced to 16,46 mm and RMSE is reduced from 36,04 mm to 18,78 mm.2006, 82 pagesKey Words: MM5 Model, AWOS, Meteorological Radar, Z-R relationships, Multiple regression,Assessment factor AF, KA9.