Marmara Bölgesi için havacılık amaçlı gözlem rasatları ile aletli gözlem rasatları arasındaki ilişkinin yıldırım ve şimşek hadiseleri için ortaya konulması
Investigation of the relationship between aviation reports and instrumental observations for lightning incident in Marmara Region
Yazar: VELİ YAVUZ
Danışman: DOÇ. DR. ALİ DENİZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Meteoroloji = Meteorology

Özet:
20. Yüzyılın başlarından itibaren, teknoloji ve sanayinin gelişimine paralel olarak, havacılık o günkü şartlar gereğince zorunlu bir ihtiyaç halini almıştır. Bu Yüzyılın son çeyreği ve özellikle 21. Yüzyılın başlarından itibaren, birçok insan tarafından tercih edilen ulaşım türü olarak ön plana çıkmıştır. Önceki dönemlerde özellikle askeri amaçlar doğrultusunda savunma, keşif ve saldırı amacıyla dizayn edilen uçak türlerinin ardından, daha sonra sivil havayolu taşımacılığı modern dünyada daha ön planda yer almakta ve birçok kitleden insan bu ulaşım türünü kullanabilmektedir. Sivil havacılığın yaygınlaşmaya başlamadan önceki ilk zamanlarında pahalı bir ulaşım türü olan havayolu ulaşımı özellikle uçak sayıları ve buna bağlı şirket sayılarının da artmasına paralel olarak artık diğer ulaşım türleri ile neredeyse aynı fiyatta ulaşım yapma imkânı sağlamaktadır. Sivil havacılıktaki bu gelişmelere ve her yıl daha da artan yolcu sayısı ve operasyon sayısına bağlı olarak, birçok olumsuzluk da görülmeye başlamıştır. Her ne kadar havayolu ulaşımı en hızlı ve en güvenilir ulaşım türlerinin başında yer alsa da, birçok sebepten ötürü çoğu ulaşım türünde görülen olumsuzluklar havayolu ulaşımında da görülmektedir.
Havayolu ulaşımında görülen çeşitli aksama ve kazalara kısacası kaza-kırım olaylarına neden olan hadiseler çok çeşitli olabilmektedir. Özellikle teknik, pilotaj, yangın, güvenlik ve en önemlisi hava koşullarından kaynaklı bazı sorunlar sektörde hem çok büyük maddi kayıplara hem de kaza gibi daha kötü hadiselere neden olabilmektedir. Bu konularla ilgili olarak yapılan çalışmalar da özellikle hava taşımacılığında aksamalara ve kazalara neden olan durumlar birçok bilim adamı ve sektörde yer alan insanlar tarafından yıllardan beri analiz edilmektedir. Disiplinler arası çalışma gerektiren havacılık ile ilgili yapılan çalışmalarda ortaya konulan sonuç ve öneriler günümüzde birçok alanda teknolojinin de etkisiyle bu olumsuzlukları minimuma indirgemede yardımcı olmaktadır. Ayrıca bu bağlamda dünya üzerindeki tüm havacılık faaliyetlerinin tek bir ağ üzerinde toplandığı bir sistem de, meydana gelen kaza-kırım olayları rapor edilerek bu olaylar ile ilgili olarak diğer işletmelerin de birbirlerinden haberdar olmaları sağlanmaktadır. 
Hiç şüphesiz ki hava koşullarının havayolu ulaşımında görülen bu olumsuz durumlara etkisi oldukça büyüktür. Bu hususta bu çalışmada en önemli ekstrem hava hadiselerinden olan yıldırım ve şimşek olaylarının Marmara Bölgesi sınırları içerisinde yer alan havalimanları üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. Çalışmada ilk olarak yapılan analizlerde 11 adet havalimanına ait (4 Uluslararası, 7 Ulusal-Askeri Havalimanı) METAR ve SPECI raporları 01/01/2001-31/12/2015 yıllarını kapsayan 15 yıllık periyot dahilinde incelenerek saatlik, aylık ve yıllık bazda çeşitli istatistiki analizler yapılmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında Öztopal'ın Türkiye üzerindeki yıldırım ve şimşek (lightning) klimatolojisinin belirlenmesi üzerine yaptığı çalışmadan temin edilen 01/01/2008-31/12/2014 yıllarını kapsayan 7 yıllık ATDnet yıldırım-şimşek çakma verilerinin de aynı şekilde istatistiki analizleri yapılmıştır. 
Çalışmanın asıl amacı insan gözlemine dayalı havalimanında yayınlanan havacılık amaçlı gözlem rasatları ile aletli gözlem rasatları arasındaki ilişkiyi ortaya koymak olduğu için öncelikle veriler kendi içlerinde analiz edildikten sonra birbirleri ile ilişkilerini ortaya koymak için de çeşitli istatistiki analizlere ve karşılaştırma yöntemlerine tabi tutulmuştur. Öncelikli olarak dünya literatüründe yapılan araştırmalar sonucunda ortaya çıkan insan gözlemlerinde yıldırım ve şimşek için algınalabilecek en uzak mesafeye ait eşik değer doğrultusunda tüm analizler 2 farklı eşik değeri belirlenerek bunlara göre yapılmıştır. Seçilen 2 eşik değer için METAR-SPECI verileri ile aletli ölçümler vasıtasıyla elde edilen veriler karşılaştırılarak aralarındaki ilişki yine ender görülen meteorolojik hadiseler için kullanılan 2 yöntem vasıtasıyla ortaya konulmuştur. 
Bu analizlerin haricinde birbirlerine yakın olan istasyonlar arasında çeşitli korelasyonlar yapılarak yıldırım-şimşek hadisesinin görülme mesafeleri ile ilgili olarak ayrıca bir sonuç da ortaya konmuştur. Diğer yandan çalışmada belirlenen hipotez doğrultusunda denize yakın bölgelerde görülen yıldırım-şimşek olayları ile iç kesimlerde görülen yıldırım-şimşek olayları arasındaki ilişkiyi ortaya çıkartılmıştır. Dünya literatüründe yer alan bilgiler doğrultusunda denize yakın havalimanlarında görülen yıldırım-şimşek sayılarının diğer iç kesimlerdeki havalimanlarına göre 10 kat civarında daha fazla görülmesi beklenmektedir. 
Çalışmada ayrıca yıldırım-şimşek olayının meydana geldiği durumlarda yıldırım-şimşek çakma sayılarının ne kadar olduğunun da analizi yapılmıştır. Böylece meydana gelen yıldırım-şimşek hadiselerinin hangi zamanlarda daha yoğun ve güçlü olduğunun tespiti yapılmıştır.
Diğer bir analiz türünde ise METAR ve SPECI raporları kullanılarak yıldırım ve şimşek olaylarının gözlemlendiği her durumda görülen oraj (TS Kodu) hadiselerinin analizi yapıldıktan sonra bu hadiselerin tek başına mı yoksa herhangi bir yağış türü ile birlikte mi meydana geldiği yine tüm havalimanları için ayrı ayrı analiz edilmiştir. Yine bu doğrultuda tüm havalimanları için oraj hadisesinin görüldüğü durumlarda ortalama çevre sıcaklığının ve en sık görülen çevre sıcaklığının da analizi yapılmıştır. Diğer yandan birbirlerinden belirli bir mesafe uzaklıkta bulunan ve birçok açıdan değişik bir coğrafya üzerinde yer alan 11 havalimanı için coğrafi olarak ne kadar yıldırım-şimşek hadisesinin meydana geldiği ortaya çıkartılarak, ilerleyen dönemlerde yapılacak olan çalışmalara temel oluşturulması sağlanmıştır.
Çalışmada elde edilen analiz sonuçlarına göre aletli gözlemlere dayalı yıldırım-şimşek hadisesi tespiti ile insan gözlemine dayalı yıldırım-şimşek hadisesi tespiti arasında çok iyi bir uyum bulunamamıştır. Ayrıca bu durum havalimanları bazında çok büyük farklılıklar da göstermektedir. Diğer yandan aletli gözlemlerde 12.5 km yarı çapı dahilinde görülen yıldırım-şimşek sayıları ile METAR verileri arasında genel ortalamada 25 km yarı çapı dahilinde görülen yıldırım-şimşek sayıları ile METAR verileri arasındakinden daha iyi bir uyum bulunmaktadır. Yıldırım ve şimşeğin en çok meydana geldiği sıcaklık 21°C olurken, -5°C ile 35°C sıcaklıkları arasında yıldırım ve şimşek hadiseleri gözlenmiştir. En düşük yıldırım-şimşek sayıları bu iki uç değerde görülmektedir. Diğer bir analizde yıldırım-şimşek hadiselerinin mevcudiyetinde gözlenen orajlar genellikle büyük oranda yağmurla birlikte veya tek başına meydana gelmiştir. 
Hipotez doğrultusunda denize uzaklıklarına göre havalimanlarında meydana gelen yıldırım-şimşek sayıları incelendiğinde, hipotezdeki gibi denize yakın alanlarda daha fazla yıldırım-şimşek sayısının olduğu seçilen havalimanları ve periyot için tam olarak tespit edilememiştir. Bunun aksi de doğru değildir. Genel olarak bakıldığında özellikle operasyon sayısının yüksek olduğu uluslararası havalimanları için yıldırım-şimşek hadiselerinin tespitinde aletli gözlemlere geçiş, orta ve uzun vadede kazanç olarak geri dönecektir.

Abstract:
Since the beginning of the 20th Century, in parallel with the development of technology and industry, aviation has become a mandatory requirement that state in accordance with these day's requirements. The last quarter of 20th Century and especially in the beginning of the 21st Century, it come to the fore as the preffered modes of transport by a lot of people. Firstly, aviation is the particular needs of military objectives in terms of defense, scout and attack in the previous period, then civil air transport located in the forefront of the modern world and people from many mass can use this mode of transportation mostly. Before starting to spread civil aviation, aviation was expensive modes of transportation, then in parallel with the increasing number of the aircraft number and the associated number of air transportation companies, now it offers the possibility to transport almost the same price with other types of transportation. Parallel to these developments in civil aviation, depending on the number of operations and an increasing number of passengers every year, many adversities has begun to be seen in this sector. Although air transport is the fastest and also taking part in one of the most reliable types of transport, many negativities seen in most types of transportation for many reasons are also reflected in air transport.
The events that cause various disruptions and accidents in the airline can have a wide variety. In particular, some of the air transport problems originated from technical, pilotage, fire, security and weather conditions can cause huge financial losses and may lead to worse incidents such as accidents. The studies regarding this subject, in particular the cases causing disruptions and accidents in air transport are analyzed for years by many scientists and people involved in the sector. The conlusions and recommendations put forward in this studies related to aviation that require interdisciplinary studies, in this respect, with the impact of developing technologies helps in minimizing these problems. There is also a system that collected on a single network for all aviations activities such as incidents and accidents in the world in this regard, all activites have reported in this network and it can helps to aviations companies to be aware of each other.
There is no doubt that weather conditions adverse effects in the airline transportation is quite large. In this regard, this study examined the impact of the one of the most important extreme weather events which is called lightning over many airports which are located in Marmara Region borders. Firstly, for 11 airports where located in Marmara Region (4 International and 7 National and Military Airports), Aviation Weather Routine Report (METAR) and Aviation Special Weather Report (SPECI), studying with in the 15-year period covering 01/01/2001 to 31/12/2015, and various statistical analyzes on a hourly, monthly and an yearly basis were made. In the second phase of the study, lightning flash data (ATDnet data) taken from Öztopal's study which titled "Determination of lightning climatology on Turkey", for the period of 01/01/2008 to 31/12/2014, is performed by making many statistical analysis in the same way.
Because the main purpose of the study is reveal the relationship between the two types of observations that are observation reports based on human observations published by airport and instrumental observations by taken from Öztopal's study which titled "Determination of lightning climatology on Turkey", after analyzing the data among themselves, also to reveal their relationship each other are subjected to various methods of statistical analysis and comparison. Primarily, according to the analysis seen in all the world literature, the thresholds values that may be perceived to lightning in the human observations are researched, then in this context, all analyzes were conducted by determining the two different threshold values. For 2 selected threshold values, METAR-SPECI observations and Instrumental observations were compared each of them, and 2 most methods which are used to define the relationship between the rare events such as lightning and results and disclosed.
In addition to these analyzes, using the various correlations between the 11 airport weather station's reports, with regard to the distance of the lightning events from each of them is also demonstrated in results. On the other hand, the hypothesis set out in the work that the relationship between the lightning seen near the sea and the inland areas have demonstrated using all airport aviation weather reports. In accordance with the information in world literature, the number of lightning events and frequency of its 10 times more common in the airports close to seaside than the airports located in landside. In this study, we are also expected to see that the airports near the seaside have more lightning events in selected period.
The study also included analysis of the history of how the number of lightning flash occured for this period at 11 airports and near areas (12.5 km and 25 km range from center). Thus, at which time more intense and powerful lightning incident occured were determined in 15-year period.
In another analysis type, using METAR and SPECI raports, thunderstorm events which were observed with lightning were analyzed. Then, all events are investigated seperately again for all airports that these events occured alone or with any type of precipitation.
According to the analysis results obtained in the study, there is no good relationship between lightning incident detection based on instrumental observations and lightning incident detection based on human observations. Also this situation in some airports show very large differences. On the other hand, there is a better fit between the lightning seen within a radius of 12.5 km obtained from ATDnet data and METAR data then lightning seen within a radius of 25 km obtained from ATDnet data and METAR data. Lightning events was observed maximum at 21°C, and minimum at -5°C and at 35°C. The lowest number of lightning can be seen in these two extremes. Also, the thunderstorm which seen in the case of presence of lightning observed often largely with rain or alone.
In direct with the hypothesis, considering the number of lightning occuring at airports according to their distance from the sea, the hypothesis could not be determined exactly which in areas close to the sea as mentioned that have greater number of lightning incidents for selected airports and periods. Otherwise, the opposite situation also is not true. 
Overall, especially for international airports with a high number of observations, in the determination of the lightning incident, transition to instrumental observations is necessary instead of human observations. In the medium and long term, the investments which made for instrumental observations will return as gains.