İklim değişikliğinin tarımsal fayda ve risklerinin analizi: İç Anadolu örneği (Konya)
Analysis of benefits and risks of climate change on agriculture: The case of Central Anatolia (Konya)
Yazar: MUHAMMET AZLAK
Danışman: PROF. DR. LEVENT ŞAYLAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Meteoroloji = Meteorology ; Ziraat = Agriculture
Dizin: Fayda tahmini = Benefit estimation ; Risk değerlendirmesi = Risk assesment ; Sürdürülebilir tarım = Sustainable agriculture ; Tarım = Agriculture ; İklim değişikliği = Climate change ; İç Anadolu bölgesi = Central Anatolia region

Özet:
İklim değişikliği küresel ölçekte tarım sektörünü önemli derecede etkilemektedir. İklim değişikliğinin etkileri tarım sektörü üzerinde çeşitli zorluk ve riskler oluşturmaktadır. Değişen iklim koşulları; gıda güvenliğini, çiftçi topluluklarının geçim kaynaklarını ve tarım sistemlerinin genel sürdürülebilirliğini tehdit etmektedir. Bu zorlukların üstesinden gelmek için iklim dostu tarımın teşvik edilmesi, dayanıklılığın arttırılması ve araştırma-geliştirmeye yatırım yapılması gibi uyarlanabilir stratejiler, tarım sektörünün korunması ve değişen iklim koşullarında gıda bulunabilirliğinin sağlanması açısından önem arz etmektedir.
İç Anadolu Bölgesi tarım açısından Türkiye'de önemli bir üs olmakla birlikte konumu itibari ile bölge Akdeniz iklim kuşağı etkisi altında kalmakta ve karasal iklim özelliklerine sahip yapısı nedeniyle az yağış almaktadır. Bu durum, bölgenin tarımsal üretimi üzerinde baskı oluşturmaktadır. Söz konusu baskı, iklim değişikliğine hassas olan bu bölgede iklim değişikliği etkisi ile birleştiğinde, önlem alınması ve yönetilmesi gereken zorluk ve belirsizlikleri beraberinde getirmektedir. Bu kapsamda bu çalışmada, Türkiye için tarımsal üretim açısından önem arz eden İç Anadolu Bölgesinde, Konya ili ve çevresi özelinde iklim değişikliğinin tarım üzerine olası etkileri incelenmiştir. İklim değişikliğinin tarım üzerine etkisi çok boyutlu bir bakış açısıyla bütüncül olarak ele alınmıştır. Kullanılan iklim değişkenlerine dayalı indikatörler ve eşitlikler ile iklim değişikliğinin tarım üzerine etkisi çalışma alanı için fayda ve risk olarak ortaya konulmuştur.
İklim değişikliğinin etkilerinin analiz edilebilmesi için çalışmada, bölgeyi temsil eden ve çalışmanın yürütülebilmesi için yeterli verisi bulunan 14 meteoroloji istasyonu belirlenmiştir. Söz konusu istasyonlardan çalışmada kullanılmak üzere ilgili veriler temin edilmiştir. Çalışmada model verisi olarak mevcut durumda iyimser senaryo olan RCP4,5 ve kötümser senaryo olan RCP8,5 senaryoları çerçevesinde HadGEM2-ES ve MPI-ESM-MR olmak üzere iki Dünya Sistem Modeli'nin çıktıları kullanılmıştır. 2 model ve 2 senaryo olmak üzere 4 iklim değişikliği veri seti üzerinden analizler gerçekleştirilmiştir. Değerlendirme çalışması geçmiş dönem için 1980-2000 yıllarının referans olarak kabul edilmesiyle yürütülmüştür. Gelecek dönem için ise 2025-2098 yılları arasındaki durum ortaya konulmaya çalışılmıştır. Gelecek dönemde gerçekleşecek etkiler, yakın, orta ve uzak gelecek olmak üzere sırasıyla 2025-2049 dönemi, 2050-2074 dönemi ve de 2075-2098 dönemi için analiz edilmiştir.
Çalışma kapsamında öncelikle meteoroloji istasyonlarının verileri ile referans dönem olan 1980-2000 dönemi için temin edilen model verileri karşılaştırılarak model verileri kalibre edilmiştir. Kalibre edilmiş model verisi zaman serilerinin oluşturulmasından sonra, iklim değişikliğinin etkilerinin belirlenmesi kapsamında çalışmada kullanılacak indikatörler ve eşitlikler çerçevesinde hesaplama ve analiz işlemlerine geçilmiştir. İklim değişikliğinin etkilerinin belirlenebilmesi için çalışma kapsamında evapotranspirasyon (ET) eşitlikleri, kuraklık indikatörleri, iklim ekstremleri indikatörleri, sıcaklık nem indeksi (SNİ) ve su bütçesi açığı indeksi (SBA) kullanılmıştır.
Çalışmada ilk olarak ET üzerine hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Bu çerçevede çalışmada ET hesaplamaları, Gıda ve Tarım Örgütü'nün önerdiği Penman-Monteith eşitliği ve yaygın olarak kullanılan beş ET eşitliği kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kullanılan ET hesaplama eşitlikleri çerçevesinde yapılan analiz ve değerlendirmeler sonucunda, iklim değişikliğinin bir yansıması olarak gelecek dönemde ET miktarlarında tutarlı bir artış olacağı çalışma ile ortaya konulmuştur. Sonuçlar incelendiğinde, Türkiye'nin İç Anadolu Bölgesindeki ET miktarının bu yüzyılın sonuna kadar çalışmada kullanılan iyimser RCP4,5 senaryoya göre %11'e kadar, aşırı RCP8,5 senaryosuna göre ise %20'ye kadar artabileceği tespit edilmiştir.
ET hesaplanmasından sonra çalışmada kuraklık hesapları ve analizleri gerçekleştirilmiştir. Kuraklık hesaplamaları literatürde yaygın olarak kullanılan standart yağış indeksi (SPI), standart yağış-evapotranspirasyon indeksi (SPEI) ve normalin yüzdesi indeksi (NYI) ile yapılmıştır. Referans dönemdeki kurak dönemlere göre, çalışmada dikkate alınan 2025-2049, 2050-2074, 2075-2098 olmak üzere sırasıyla yakın, orta ve uzak gelecekteki kurak dönem yüzdesindeki değişim çalışma kapsamında belirlenmiştir. Yapılan hesaplama ve analizler sonucunda genel olarak kuraklığın 2025-2049 dönemi için azalacağı, 2050-2074 dönemi için referans dönem olan 1980-2000 yılına yakın oranlarda gerçekleşeceği ve 2075-2098 döneminde ise önemli derecede artacağı tespit edilmiştir. Özellikle 2075 yılı ve sonrasında kuraklığın çalışmada kullanılan model ve senaryolar çerçevesinde %15 ve üzerinde artacağı belirlenmiştir.
Çalışmanın önemli bir adımı olarak iklim ekstremleri indeksleri hesaplanmış ve iklim ekstremleri analizi gerçekleştirilmiştir. İklim ekstremleri indeksi olarak Dünya Meteoroloji Örgütünün İklim Komisyonu tarafından kurulmuş olan Sektöre Özel İklim İndeksleri Uzman Ekibi (ET-SCI) tarafından "tarım ve gıda güvenliği" sektörü için önerilen indeksler kullanılmıştır. Sıcaklık ve yağış verilerine dayanan söz konusu indekslerin içerisinden, çalışma alanı için iklim değişikliğinin tarım üzerine etkisini en anlamlı şekilde gösterecek 18 indeks seçilmiş ve ilgili indeksler ile hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizler sonucunda, aşırı sıcaklık olayları ile kuraklık olaylarını gösteren indikatörlerde artış olduğu, don olaylarını gösteren indikatörlerde azalış olduğu, ekstrem yağış ve yağış yoğunluğu durumunu gösteren indikatörlerde artış olduğu, yağış miktarında azalış olduğu ve bitki gelişiminin göstergesi olan indikatörlerde artış olduğu tespit edilmiştir.
İklim değişikliğinin süt üretimi ve hayvansal üretim üzerine de önemli etkisinin olacağı öngörülmektedir. Bu kapsamda çalışmada SNİ ile hesaplamalar gerçekleştirilmiş ve SNİ değerleri üzerinden iklim değişikliğinin hayvansal üretim üzerine etkisi incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda SNİ değerlerinin artacağı belirlenmiştir. Artış miktarının yakın dönem olan 2025-2049 dönemi için yaklaşık %5 civarı, 2050-2074 dönemi için yaklaşık %10 civarı ve yüzyılın sonuna doğru ise yaklaşık %10'u aşan değerlerde olacağı tespit edilmiştir. Ayrıca, çalışma alanında stresli gün sayılarında yaklaşık 35-40 günlük artışlar olacağı belirlenmiştir. Bu durum sonucunda hayvansal üretim ve süt üretiminde gelecekte azalma olacağı ortaya konulmuştur. 
SNİ analizinin dışında çalışmada SBA analizi de gerçekleştirilmiştir. Analiz sonucunda yağış ve ET arasındaki farkın bir göstergesi olan SBA'da tüm istasyonların, modellerin ve senaryoların ortalaması olarak %21'lik bir artış meydana geleceği belirlenmiştir.
İndikatörlerle gerçekleştirilen analiz ve değerlendirmelerden sonra çalışma alanında iklim değişikliğinin tarım üzerine etkisinin fayda ve risk olarak belirlenebilmesi için söz konusu indikatörler kullanılarak fayda-risk analizi gerçekleştirilmiştir. İklim değişikliğinin tarım üzerine etkisini fayda ve risk olarak değerlendirmek için indeksler; don olayı, aşırı sıcaklık, bitki gelişimi, aşırı yağış, yağış miktarı, su bütçesi açığı, ET, kuraklık ve hayvansal verim açısından gruplandırılmıştır. Daha sonra söz konusu gruplandırmadan yararlanılarak; fayda (F), hafif fayda (HF), normale yakın durum (N), hafif risk (HR) ve risk (R) olmak üzere indeksler için beş sınıflı fayda-risk durumu değerlendirme skalası oluşturulmuştur.
Geliştirilen kriterler çerçevesinde gerçekleştirilen fayda-risk analizi sonucunda; sıcaklıkların artacağı buna bağlı olarak don olaylarının azalacağı belirlenmiştir. Sıcaklık artışından dolayı aşırı sıcaklık hadiselerinin bitki gelişimi üzerinde risk oluşturacağı tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra bitkilerin ihtiyaç duyduğu büyüme şartlarının sağlanacağı gün sayısı artacağından bitki büyüme ve gelişme sezonunun uzayacağı, bu bakımdan tarımsal fayda sağlamaya olanak sağlayacak bir koşul oluşacağı değerlendirilmiştir. Aşırı yağış olaylarında ve yağış yoğunluğunda artış olacağı ve bu durumun bitki gelişimi üzerine risk oluşturacağı tespit edilmiştir. SBA ve ET miktarında artış gerçekleşeceği, bu durumun su temin edilmesi noktasında talep oluşmasına ve riskin artmasına sebebiyet vereceği değerlendirilmiştir. Kuraklık açısından incelendiğinde, kuraklıkların 2025-2049 dönemi için azalmasından dolayı tarımda kuraklıktan kaynaklı zararların yakın gelecekte azalacağı ancak 2050 ve sonrasında kuraklık vakalarında artışlar gerçekleşerek bu durumun risk oluşturacağı analiz edilmiştir. Özellikle 2075-2098 döneminde ciddi kuraklık durumlarına maruz kalınacağından kuraklığın tarımsal üretim üzerinde önemli baskı oluşturacağı tespit edilmiştir. Hayvansal üretim açısından analiz edildiğinde, SNİ değerlerinde artış gerçekleşeceği ve bu durumun süt üretimi ve besin kalitesinde düşüşlere sebebiyet vereceği belirlenmiştir. Genel olarak bakıldığında İç Anadolu Bölgesinde tarım üzerine don olayında azalma ve büyüme sezonunda artış açısından fayda sağlanacağı, aşırı sıcaklık, aşırı yağış, su talebi ve temini, kuraklık ve de hayvansal üretim açısından risk durumunun artacağı tespit edilmiştir. Gerçekleştirilen fayda risk analizi sonucunda tüm istasyonlarda dolayısıyla İç Anadolu Bölgesinde tarım sektörünün genel olarak iklim değişikliği altında risk ve hafif risk baskısı alında olacağı tespit edilmiştir.
Sonuç olarak çalışma ile iklim değişikliğinin İç Anadolu Bölgesinde, Konya ili ve çevresinde tarım üzerine etkisini belirleyebilmek için kapsamlı ve çok boyutlu bir değerlendirme gerçekleştirilmiştir. Çalışma alanının iklim değişikliği gerçekliği altında risk altında olduğu tespit edilmiştir. Çalışma kapsamında yapılan analizler ve elde edilen sonuçlar bölgede sürdürülebilir tarım politikalarının geliştirilmesi ve stratejik tarımsal yönetim planlarının hazırlanmasında önemli altlıklar sağlayacaktır. Çalışma sonuçlarının söz konusu planlarda dikkate alınması, tarım sektöründe sürdürülebilirlik ve gıda güvenliğinin sağlanmasına katkıda bulunacaktır.

Abstract:
Climate change significantly affects the agricultural sector on a global scale and the effects of climate change cause various challenges and risks to the agricultural sector. Changing climate conditions threaten food security, the livelihoods of farming communities and the overall sustainability of agricultural systems. To overcome these challenges, adaptive strategies such as promoting climate-smart agriculture, increasing resilience, and investing in research and development are important to protect the agricultural sector and ensure food availability in changing climate conditions.
Although the Central Anatolia Region is an important base in Türkiye in terms of agriculture, due to its location, the region is under the influence of the Mediterranean climate zone and it receives little rainfall because of its continental climate structure. This situation puts pressure on the agricultural production of the region. When combined with the impact of climate change in this climate change-sensitive region, this pressure brings challenges and uncertainties that need to be taken into account and managed. In this context, this study examined the impacts of climate change on agriculture in the Central Anatolia Region, specifically in Konya province and its surroundings, which is important for Türkiye in terms of agricultural production. The impact of climate change on agriculture has been addressed holistically from a multidimensional perspective. The impacts of climate change on agriculture were presented as benefits and risks for the study area with the indicators and equations based on climate variables used.
In order to analyze the impacts of climate change, 14 meteorological stations that represent the region and have sufficient data to conduct the study were determined. Relevant data were obtained from the stations in question to be used in the study. The outputs of two Earth System Models, HadGEM2-ES and MPI-ESM-MR, were used as model data within the framework of the currently optimistic scenario RCP4,5 and the pessimistic scenario RCP8,5. Analyses were carried out on 4 climate change data sets as a combination of 2 models and 2 scenarios. The assessment studies were carried out by considering the years 1980-2000 as the reference for the past period. For the future period, the situation between 2025-2098 was investigated. The impacts that will occur in the future period are analyzed for the near, medium, and far future, respectively, for the period 2025-2049, 2050-2074, and 2075-2098.
Within the scope of the study, firstly the model data were calibrated by comparing the data of the meteorological stations with the model data obtained for the reference period of 1980-2000. After the preparation of the calibrated model data time series, the calculation and analysis processes were started within the framework of the indicators and equations to be used in the study. In order to determine the impacts of climate change, evapotranspiration (ET) equations, drought indicators, climate extremes indicators, temperature humidity index (SNİ), and water balance deficit index (SBA) were used in the study.
In the study, firstly the calculations on ET were performed. In this context, ET calculations were carried out using the Penman-Monteith equation recommended by the Food and Agriculture Organization and five commonly used methods. As a result of the analysis and evaluations made within the framework of the ET calculation methods used, it has been revealed by the study that there will be a consistent increase in ET amounts in the future period as a reflection of climate change. When the results were examined, it was determined that the amount of ET in the Central Anatolia Region of Türkiye may increase by up to 11% in the optimistic RCP4,5 scenario used in the study and by up to 20% in the extreme RCP8,5 scenario by the end of this century.
After ET calculation, drought calculations and analyses were carried out in the study. Drought calculations were made with the standard precipitation index (SPI), standard precipitation-evapotranspiration index (SPEI), and percent of normal index (NYI), which are widely used in the literature. According to dry periods in the reference period, the change in the percentage of dry periods in the near, medium, and far future, spanning from 2025-2049, 2050-2074, and 2075-2098, respectively, was determined within the scope of the study. As a result of the calculations and analyses, it was determined that in general drought will decrease for the period 2025-2049, will occur at rates close to the reference period of 1980-2000 for the period 2050-2074, and will increase significantly in the period 2075-2098. In particular, within the framework of the models and scenarios used in the study, it has been determined that drought will increase by 15% or more in 2075 and beyond.
As the climate extremes indices, the indices recommended for the "agriculture and food security" sector by the Expert Team on Sector-Specific Climate Indices (ET-SCI), established by the World Meteorological Organization's Climate Commission, were used. Among the indices based on temperature and precipitation data, 18 indices that would most significantly show the impact of climate change on agriculture for the study area were selected and calculations were carried out with these relevant indices. As a result of the analysis, it was determined that there was an increase in indicators showing extreme temperature events and drought events, a decrease in indicators showing frost events, an increase in indicators showing extreme precipitation and precipitation intensity, a decrease in the precipitation, and an increase in indicators showing crop development.
It is anticipated that climate change will also have significant impacts on milk production and animal production. In this context, calculations were carried out with SNİ in the study and the effect of climate change on dairy and animal production was examined through SNİ values. As a result of the analysis, it was determined that SNİ values would increase. It has been determined that the increase will be around 5% for the period 2025-2049, around 10% for the period 2050-2074, and will exceed 10% towards the end of the century. In addition, it was determined that there would be an increase of approximately 35-40 days in the number of stressful days in the study area. As a result of this situation, it was revealed that there may be a decrease in animal production and milk production in the future.
Apart from the SNİ analysis, SBA analysis was also performed in the study. As a result of the analysis, it was determined that as an average of all stations, models, and scenarios, there could be a 21% increase in SBA, which is an indicator of the difference between precipitation and ET.
After the analysis and evaluations carried out with the indicators, a benefit-risk analysis was carried out using the indicators in question in order to determine the impact of climate change on agriculture in the study area as benefits and risks. In order to assess the impact of climate change on agriculture as benefits and risks, the indices are grouped in terms of frost, extreme temperature, plant growth, extreme precipitation, precipitation amount, water balance deficit, ET, drought, and dairy and animal productivity. Then, by using the mentioned grouping, a five-class benefit-risk status evaluation scale was created for the indices as: benefit (F), slight benefit (HF), near-normal status (N), slight risk (HR), and risk (R).
As a result of the benefit-risk analysis carried out within the framework of the developed criteria, it was determined that temperatures would increase and accordingly frost events would decrease. It has been determined that extreme temperature events will pose a risk to plant development due to temperature increases. In addition, it has been evaluated that the number of days will increase, in which the growth conditions required by the plants will be provided, the plant growth and development season will be extended, and in this respect, a condition will be met that will allow for agricultural benefit. It has been determined that there will be an increase in extreme rainfall events and rainfall intensity which will pose a risk to plant development. It has been assessed that there will be an increase in the amount of SBA and ET, which will cause a demand for water supply and increase the risk. When examined in terms of drought, it has been analyzed that drought-related damages in agriculture will decrease in the near future due to the decrease in droughts for the period 2025-2049, but there will be an increase in drought cases in 2050 and after, and this situation will pose a risk. Since severe drought conditions will be experienced in the 2075-2098 period,  it has been determined that drought will put significant pressure on agricultural production through the end of the century. When analyzed in terms of animal production, it was determined that there would be an increase in SNİ values and this would cause decreases in dairy, animal production, and food quality. In general, it has been determined that agriculture in the Central Anatolia Region will benefit from a decrease in frost and an increase in the growing season; however, the risk situation will increase in terms of extreme temperature, excessive rainfall, water demand and supply, drought, and dairy and animal production. As a result of the benefit-risk analysis conducted, it was determined that the agricultural sector in all stations, and therefore in the Central Anatolia Region, will generally be under risk and slight risk pressure under climate change.
As a result, a comprehensive and multi-dimensional assessment was carried out in order to determine the impact of climate change on agriculture in Konya province and its surroundings in the Central Anatolia Region. It has been determined that the study area is at risk under the reality of climate change. The analyses conducted and the results obtained within the scope of the study will provide important bases for the development of sustainable agricultural policies and the preparation of strategic agricultural management plans in the region. Taking the study results into account in these plans will contribute to ensuring sustainability and food security in the agricultural sector.