Karadeniz'de rüzgar veri kaynaklarının kıyaslamalı analizi
Comparative analysis of wind data sources in the Black Sea
Yazar: RECEP EMRE ÇAKMAK
Danışman: DOÇ. DR. ADEM AKPINAR
Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Karadeniz = Black Sea ; Rüzgar hızı = Wind speed ; Rüzgar yönü = Wind direction

Özet:
Açık deniz ve kıyı mühendisliği faaliyetlerinde, rüzgar ve dalgaların özelliklerini belirlemek amacıyla yapılan rüzgar ve dalga iklim çalışmaları, çok önemli bir yer tutmaktadır. Dalga iklim çalışmaları, uzun dönemli rüzgar verileri kullanılarak üretilen dalga verileriyle yapılmaktadır. Dalga verilerinin üretilmesinde, rüzgar ölçümlerinin kesikli ve noktasal olması, istasyonlar arasındaki mesafenin fazla olması nedenlerinden dolayı, farklı hava tahmin merkezlerinin rüzgar tahmin modelleri ile türetilmiş veri setleri kullanılmaktadır. Bu durumda, dalga modeline girdi olarak tanımlanan rüzgar veri setinin doğruluğu önemli bir sorun olmaktadır. Bu yüzden, bu çalışmanın hedefi, Karadeniz'de dalga modellemesinde, dalga modeline girdi olarak tanımlanabilecek en iyi rüzgar veri setinin belirlenmesidir. Bu maksatla, üç farklı veri tahmin merkezinden (NCEP, NASA ve ECMWF) temin edilen dört farklı veri setinin (CFSR, MERRA, ERA-Interim ve Operasyonel) doğrulukları, 2000-2014 yılları arasındaki verilere dayanarak farklı açılardan test edilmiştir. Bu hava tahmin merkezlerinin rüzgar ürünlerinin performansları, Karadeniz'in güney şeridi boyunca seçilen beş farklı karasal DMİ istasyonu (Kumköy, Amasra, Sinop, Giresun, Hopa) ve Romanya açıklarındaki Gloria açık deniz istasyonunda ölçülmüş rüzgar verileri kullanılarak irdelenmiştir.

Analizler kapsamında öncelikle, hem ölçüm hem de tahmin veri setlerinin istatistiksel özellikleri belirlenerek kıyaslanmıştır. Daha sonra, ölçüm ve tahmin veri setlerinin zaman serileri, rüzgar gülleri ve olasılık dağılımları kıyaslanarak irdelenmiştir. Son olarak, ölçüm veri setleriyle tahmin veri setlerinin çakışan verileri kullanılarak eş zamanlı hata istatistiği, hem tüm veri kullanılarak hem de farklı hız aralıkları için incelenmiştir. Ayrıca, veri kaynaklarının hata değerlerinin yıllara göre değişimleri her yıl için gerçekleştirilen eş zamanlı veri analizine dayanarak irdelenmiştir.

Bütün veri kaynaklarının açık denizde ölçüm verilerini temsil edebilecek düzeyde düşük hatalara ve yüksek korelasyona sahip oldukları belirlenmiştir. Kıyı şeridi boyunca, batı kısmında ECMWF veri kaynakları daha doğru sonuç verirken; doğu kısmında CFSR rüzgar alanları daha iyi performans göstermiştir. Daha iyi zamansal ve alansal çözünürlüğe sahip CFSR rüzgar alanlarının, orografik etkilerin yoğun olduğu bölgelerdeki rüzgarları daha iyi temsil ettiği tespit edilmiştir.

Abstract:
Wind-wave climate studies to determine characteristics of the winds and waves occupy an important place in offshore and coastal engineering activities. Wave climate studies are carried out with the help of waves modeled by using long-term wind data. Because of the wide distance between stations and discrete point wind measurements, data sets derived from wind forecast models of different weather forecast centers are used for the production of wave data. In this case, the accuracy of wind data set defined as an input for the wave model is an important issue. Thus, the aim of this study is to determine the best available wind data set as an input for wave modelling in the Black Sea. To that end, the performances of four different data sets (CFSR, MERRA, ERA-Interim and Operational) retrieved from three different forecast centers (NCEP, NASA and ECMWF) has been tested from different aspects based on the data covering the period 2000-2014. The performances of these wind products were analyzed by using the wind measurements at five different terrestrial DMİ stations (Kumköy, Amasra, Sinop, Giresun, Hopa) and Gloria offshore drilling platform near the coast of Romania.

Within the scope of analyses, statistical characteristics (mean, standard deviation and variation coefficient etc.) of both measurements and forecast data sets were firstly determined and compared to each other. Time series, wind roses and probability distributions of all data sets and the measurements were examined. Then, simultaneous error statistics were obtained between forecast and measurement data by using both the entire data and different wind speed intervals. Besides, yearly changes of the error values of wind data sources were discussed based on simultaneous error statistics for each year.

Regarding the results of the study, all data sources represent the offshore measurement data with low errors and high correlation values. It was observed that the ECMWF datasets yield better results along the western side while CFSR wind fields have shown better performance along the eastern side of the Black Sea coast. It is also determined that, CFSR wind fields which have better temporal and spatial resolution has been found to be successful in representing the regions where orographic effects have an influence.