Türkiye'deki meteorolojik ve hidrolojik kuraklıkların atmosferik salınımlarla olan ilişkilerinin incelenmesi
Investigating the relationship between atmospheric oscillations and  
meteorological and hydrological droughts in Turkey
Yazar: FATİH TOSUNOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. İBRAHİM CAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Kuzey Atlantik Salınımı (NAO), Arktik Salınımı (AO), Güneyli Salınımı (SO), Kuzey Denizi-Hazar Paterni (NCP) ve Akdeniz Salınımının (MO) Türkiye'deki meteorolojik ve hidrolojik kuraklıklarla olan ilişkilerinin ortaya çıkarılması, kuraklıkların stokastik modellemesi ve önemli kuraklık parametrelerinin frekans analizlerinin yapılması amaçlanmıştır. Bu amaca ulaşmada temel olarak 5 aşama bulunmaktadır. Birinci aşamada, çalışmada kullanılacak yağış ve akım gözlem istasyonları belirlenmiş ve eksik verilerin tahmini regresyon modelleri yardımıyla yapılmıştır. İkinci aşamada, belirlenen istasyonlara ait yağış ve akım verilerinin homojenlikleri Standart Normal Homojenlik Testi, Pettit Testi ve Buishand Testleri ile analiz edilmiştir. Üçüncü aşamada ise homojen ve kesintisiz veri setlerine sahip 148 yağış ve 84 akım gözlem istasyonuna ait aylık verilerinin meteorolojik ve hidrolojik kuraklık analizleri Standart Yağış İndeksi (SYİ) ve Standart Akış İndeksi (SAİ) metotları ile yapılmıştır. Bu metotlar kullanılarak indis değerlerinin hesaplanmasında aylık veriler tek bir olasılık dağılımı ile ifade edilmemiş, farklı olasılık dağılımlarının uygunluğu araştırılmıştır. En uygun olasılık dağılımını belirlemede Akaike Bilgi Kriteri (AIC) kullanılmıştır. Bu kritere göre Türkiye'nin aylık yağış verilerine en iyi uyan olasılık dağılımların Gamma ve Weibull, aylık akım verilerine en iyi uyan olasılık dağılımların ise GEV, LN(2), Gamma ve Weibull olduğu görülmüştür. Dördüncü aşamada ise, söz konusu atmosferik salınımların kuraklıklar ile olan ilişkilerinin yönü ve gücü, kuraklık indis değerleri ile salınım indis değerleri arasındaki aylık korelasyonların sıfır ve birkaç ay ötelemeli hesaplanmasıyla belirlenmiştir. Genel değerlendirmeler ışığında, Türkiye kuraklıkları üzerinde en fazla etkisi olan salınımların AO, NAO ve NCP olduğu, SO ve MO salınımların etkisinin ise diğerlerine göre daha az ve bölgesel olduğu sonucuna varılmıştır. Çalışmanın son aşamasında ise ilk olarak Çoruh havzasının günlük yağışlarının stokastik modeli Genelleştirilmiş Lineer Modeller (GLM) yardımıyla yapılmıştır. Kurulan modellere bu bölge üzerinde etkisi korelasyon analizleriyle ortaya çıkarılan atmosferik salınımların indis değerleri de katılarak tarihi seriyle aynı uzunluğa sahip 100 adet sentetik seri türetilmiştir. Türetilen bu sentetik yağış serilerinin meteorolojik kuraklık analizleri SYİ yöntemine göre yapılmış ve önemli kuraklık parametreleri (süre ve şiddet) elde edilmiştir. Daha sonra elde edilen bu kuraklık parametrelerinin iki değişkenli frekans analizleri Kopula fonksiyonları kullanılarak yapılmış ve bu parametrelerin bazı olasılık özellikleri (iki değişkenli dönüş periyotları, şartlı olasılıklar, şartlı dönüş periyotları) araştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Kuraklık, Atmosferik Salınımlar, Standart Normal Homojenlik Testi, 
Pettit Testi, Buishand Testi, Standart Yağış İndeksi (SYİ), Standart Akış İndeksi (SAİ), Akaike 
Bilgi Kriteri (AIC), Genelleştirilmiş Lineer Modeller (GLM), Kopula Fonksiyonları

Abstract:
In this study, we aimed to analyse the relationship between atmospheric oscillations and meteorological and hydrological droughts, also to do stochastic modelling of droughts and bivariate frequency analysis of important drought parameters. The oscillations discussed in the study, the North Atlantic Oscillation (NAO), Southern Oscillation (SO), Arctic Oscillation (AO), North Sea-Caspian Pattern (NCP) and Mediterranean Oscillation (MO). The study consists of five main phases. In the first phase, the rainfall and streamflow stations used in the study were determined and missing data were estimated using regression models.  In the second phase, the homogeneity of monthly rainfall and streamflow records was checked by the Standard Normal Homogeneity Test, Pettitt Test, Buishand Test. In the third phase, meteorological and hydrological drought analysis of monthly data of the 148 rainfall and 84 streamflow stations, which have homogeneous and complete data series, were done using Standard Precipitation Index (SPI) and Standard Streamflow Index (SAI) methods. The performance of several probability distributions was tested to calculate these drought index values. Akaike Information Criterion (AIC) was used to determine the most suitable ones. According to AIC, Gamma and Weibull distributions appeared to be the most suitable distributions for monthly rainfall while GEV, LN(2), Gamma and Weibull distributions appeared to be the most suitable distributions for monthly streamflow of Turkey. In the fourth phase of the study, monthly and several months lagged correlations between oscillations and drought indexes were conducted to assess the influence of the oscillations on Turkey's droughts. The results have indicated that the AO, NAO and NCP has more influence than SO and MO. Also, the impact of SO and MO was found to be more regional and poor comparing the others. In the final phase of the study, a stochastic approach, namely Generalized Linear Models (GLMs) were used for daily rainfall modeling of the rainfall stations in the Çoruh basin, Turkey. Oscillation indexes, which were found significant for this area according to drought analyses, were also added to the models as an external predictor.  Using the models, 100 synthetic series were generated, each being the same long as historic time series. The SPI method was used for meteorological drought analysis of these synthetic series and two major drought parameters, duration and severity, were abstracted from synthetic drought events. Then, bivariate frequency analysis of these parameters was done using copula functions and some bivariate probabilistic properties (bivariate return periods, conditional probabilities, and conditional return periods) were investigated.

Keywords: Drought, Atmospheric Oscillations, Standard Normal Homogeneity Test, Pettitt 
Test, Buishand Test, Standard Precipitation Index (SPI), Standard Streamflow Index (SSI), 
Akaike Information Criterion (AIC), Generalized Linear Models (GLMs), Copula Functions