İklim değişikliği ve küresel salınımların olası maksimum yağış üzerindeki etkileri
Effects of climate change and global oscillations on probable maximum precipitation
Yazar: ÖMER OĞUZHAN ARABACI
Danışman: PROF. DR. SEVİNÇ ASİLHAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Meteoroloji = Meteorology

Özet:
Doğal afetler zamanımızın göz ardı edilemez problemlerinin başında gelmektedir. Çünkü doğal afetler hem ekonomik açıdan büyük problemlere yol açmaktadır hem de insan hayatını olumsuz etkilemektedir. Bu yüzden doğal afetleri doğru analiz edip gerekli adımları atmak insanlık tarihinin başlıca görevlerinden biri olmalıdır. Bu doğal afetlerin insan hayatını en çok etkileyenlerinin başında kuraklık ve sel gelmektedir. Suyun günümüzde ölçülemez bir önemi vardır çünkü canlı yaşamının devamı açısından su en başta gelmektedir. Ekstrem minimum ve ekstrem maksimum yağışlar canlı yaşam dengesinin bozulmasına sebep olabilmektedir. Küresel iklim değişikliği ile birlikte tüm dünyada ve Türkiye'de gözlemlenen ekstrem hava olaylarının sayısında artış olmakla birlikte, bu hava olaylarının etkisinin şiddeti ve büyüklüğü yerel olarak değişmektedir. Ekstrem minimum ve ekstrem maksimum yağışların bu denli önemli olduğu günümüzde modelleme ile tahminlerde daha başarılı olmak ve model çıktılarını doğru analiz yöntemleriyle yorumlayarak doğru sonuçlar elde etmek hem mal ve can kaybını azaltır hem de kuralık, sel gibi doğal afetlerin neden olduğu ekonomik yavaşlamayı ortadan kaldırır. 
Maksimum yağış tahmini ve analizi için literatürde kullanılan birçok metot vardır ve bu metotların birçoğu farklı bölgeler için verimli sonuçlar üretir. Bu metotlardan bir tanesi olan Olası Maksimum Yağış (PMP) metodu bu tezde kullanılmıştır. Olası Maksimum Yağış metodu ile belirli bir bölgedeki geçmiş yılların maksimum yağış verisi kullanılarak o bölgedeki gerçekleşmesi beklenen maksimum yağış hesaplaması yapılır ve böylelikle hem o bölgede beklenen maksimum yağışın verisi ile sel ve taşkın analizi yapılabilir hem de baraj, gölet, köprü gibi yapıların inşaatında bu veriler kullanılabilir. 
Bu tezde Olası Maksimum Yağış (PMP) yöntemi için Türkiye'de bulunan her bir il için birer istasyon seçilmiş ve 81 il için PMP hesaplaması yapılmıştır. 1975-2022 yılları arasında günlük toplam maksimum yağış değerleri ile hesaplamalar yapılmıştır. 48 yıllık verilere uygulanan formüller sonucu her il için birer tane PMP değeri elde edilmiştir. Yapılan bu çalışma sonrasında Olası Maksimum Yağış (PMP) değerleri küresel okyanus salınımları ile korelasyon ilişkisine bakılmıştır. İklim değişikliği senaryoları ile ilişkisi incelenmiştir ve ayrıca 81 il için günümüze kadar gerçekleşmiş maksimum yağışlar ile hesaplanan PMP değerleri karşılaştırılmış ve hata payının düşük ve yüksek olduğu iller yorumlanmıştır.
Olası Maksimum Yağış (PMP) yönetimi ile elde edilen sonuçlar incelendiğinde, özellikle Akdeniz kıyı şehirlerinde PMP değerleri diğer illere göre daha yüksek çıkmıştır. Mezo ölçekteki analizler neticesinde yağışların kümülonimbus bulutları ile konvektif hava hareketlerinin maksimum olduğu yerlerin PMP değerlerinin de yüksek olduğu tespit edilmiştir. Bunun neticesinde günlük toplam yağışın maksimum olduğu şehirlerin bu yağışları konvektif hava hareketleri sayesinde almaktadır. Konvektif hareketlerin analizi ve maksimum yağış hesapları için mezo ölçek kullanılması en verimli sonuçları vermektedir. İç kesimlerde ise çok büyük PMP değerleri olmamasına rağmen gerekli tedbirler alınmazsa buralarda da sel ve taşkın riskleri vardır ama risk analizi yapıldığında sel ve taşkın için sadece günlük toplam yağış baz alındığında kıyı şeritleri genel olarak çok daha risklidir. 
Günlük toplam maksimum yağış değerlerinin küresel okyanus salınımları ile korelasyonu incelendiğinde 5-20 yıllık değişen periyotlarda korelasyonlar mevcuttur ama genel olarak bir korelasyondan söz edilemez. Özellikle son yıllarda küresel okyanus salınımlarının indeksleri ile toplam yağışlar arasında hiçbir bağlantı bulunamamıştır. Tezde 48 yıllık veri kullanıldığı için tüm periyot boyunca bir korelasyondan söz edilemez ama daha kısa periyotlu  zaman dilimlerinde korelasyonlar mevcuttur. Bu yüzden Olası Maksimum Yağış verisinin indekslerle karşılaştırmak sağlıklı bir sonuç vermeyebilir ama kısa süreli analizler için etkileşimler mevcuttur. 
GFDL-ESM4 modelinin SSP1-1.9 ve SSP5-8.5 iklim değişikliği senaryolarına göre Türkiye'de 2050 yılına kadar sıcaklık değerlerinin artması ve yağış değerlerinin azalması beklenmektedir. PMP analizleri sonucu PMP değerlerinin en yüksek olduğu bölgeler yıl içerisinde en çok konvektif hava olaylarına maruz kalan Akdeniz bölgesinde olduğu için buradaki sıcaklık değişimleri konvektif hareketlerin tetiklenmesine yol açarak PMP değerlerin artmasına neden olması beklenmektedir. İklim değişikliği ile toplam yağış miktarının azalması beklenirken, anlık şiddetli yağışların Türkiye'nin farklı bölgelerinde görülmesi beklenmektedir. Bu anlık yağışların artması da uzun vadede PMP değerlerinin yeni analizlerde yükselmesine yol açacaktır. Günlük toplam yağış değerleri incelendiğinde beklendiği gibi yıllık bazda  kurak geçen yıllardan sonra günlük maksimum toplam yağışlarda artış trendi gözlemlenmiştir ve bundan dolayı Türkiye'nin aldığı toplam yağış azalsa bile günlük toplam yağışların artması beklenmekte ve bunlarında sel, taşkın gibi doğal afetlere sebebiyet verebileceği tahmin edilmektedir. 
Gerçekleşen maksimum yağışlar ile hesaplanan Olası Maksimum Yağış (PMP) değeri birbiriyle karşılaştırıldığında genel olarak Akdeniz bölgesinde PMP değerleri fazla çıkmıştır ve hata payları düşüktür. Bu da göstermektedir ki doğru bir yaklaşım yapılarak verimli bir sonuç alınmıştır. Akdeniz bölgesi için. Hata payının %1'in altında olduğu Akdeniz bölgesi illerinde PMP değerleri oldukça sağlıklı bir sonuç verdiği görülmüştür. İç Anadolu bölgesinde PMP değerleri diğer bölgelere göre düşük çıkmıştır ve hata payları da ortalamadadır. Bazı illerde ise maksimum günlük toplam yağışın ölçüldüğü istasyon analiz yapılan istasyondan farklı olduğu için hata payı çok yüksek çıkmıştır. Ama genel olarak bakıldığında tutarlı sonuçlar elde edildiği gözükmektedir. 
Sonuç olarak Maksimum Yağış analizi yapıldığında özellikle Akdeniz bölgesi için tutarlı sonuçlar elde edilmiştir ve bu sonuçlar iklim değişikliği senaryolarıyla da uyumludur. Okyanus salınımlarıyla Olası Maksimum Yağış arasında uzun yıllık verilerden dolayı korelasyon sağlanamamıştır ama daha kısa periyotlu verilerle yapılan çalışmalarda küresel okyanus akıntıların etkileri incelenebilir. Akdeniz bölgesi dışında İzmir, Samsun, Rize, Yalova, Kars gibi şehirlerde de PMP değerleri yüksek çıkmıştır. Bu şehirlerde diğer şehirlere göre daha riskli kategoride olduğu için sel, taşkın, baraj yapımı, dere yatağı yerleşimi gibi konularda daha dikkatli davranılması gerekmektedir. İklim değişikliği ile anlık şiddetli yağışların artması beklendiği için bu çalışmanın ilerideki yıllarda yeni verilerde eklenilerek daha uzun veri setiyle yapılması daha sağlık sonuçlar elde edilmesini sağlayacaktır.

Abstract:
Natural disasters are one of the most unignorable problems of today. That is because Natural Disaster lead to both economical loses and effects daily life. For these reasons, analyzing these Natural Disasters and taking serious steps to prevent them should be numerous targets of Human History. Among these natural disasters, drought and flood are among the ones that affect human life the most. Because of the ensuring the continuation of living life; the water has an immeasurable importance. Extreme minimum and extreme maximum precipitation may cause deterioration of the natural balance. Although there is an increase in the number of extreme weather events with global climate change could be observed all over the world and in Turkey, the severity and magnitude of the impact of these weather events can vary with the location Nowadays, where extreme minimum and extreme maximum precipitation is critical, being more successful in predictions with modeling and obtaining accurate results by interpreting model outputs with correct analysis methods can both reduce the loss of property and life and eliminate the economic slowdown caused by natural disasters such as drought and flood.
There are many methods used in the literature to estimate and analyze maximum precipitation, and each of these methods produces consistent results for different regions. In this thesis, one of these methods, the Probable Maximum Precipitation (PMP) method, was used. The Possible Maximum Precipitation method uses the maximum precipitation data from previous years in a certain region and calculates the maximum precipitation expected to occur in that region. In this way, flood analysis can be done by estimating the maximum precipitation expected in that region, and these data are used in the construction of structures such as dams and bridges.
In this thesis, to use the Possible Maximum Precipitation (PMP) method, one station from each province in Turkey was selected and PMP calculation was made for 81 provinces. Calculations were made with daily total maximum precipitation values between 1975-2022. As a result of the formulas applied to 48 years of data, one PMP value was obtained for each province. Following this application, the correlation between Possible Maximum Precipitation (PMP) values and global ocean oscillations was examined. Additionally, its relationship with climate change scenarios was inspected.  Furthermore, maximum precipitation to the date and calculated PMP values for 81 provinces were compared, and various comments were made on the provinces with the lowest and highest margin of error.
The results obtained as a result of the Possible Maximum Precipitation (PMP) method show us that PMP values are higher in provinces on the Mediterranean coast than in other provinces. As a consequence of mesoscale analysis, it was determined that PMP values were high in places where cumulonimbus clouds and convective air movements were frequently observed. In other words, these maximum precipitations affect these cities due to convective air movements Using the mesoscale for analysis of convective movements and maximum precipitation calculations gives the most persistent results. Even if there are not very high PMP values in the inland regions, if the necessary precautions are not taken, there are risks of floods, but according to the risk analysis, coastal regions are generally much more risky for floods, based only on the total daily precipitation.
When the correlation of daily total maximum precipitation values with global ocean oscillations is reviewed, there are some minor correlations in periods ranging from 5 to 20 years, but in general, a dependable correlation cannot be mentioned. Especially in recent years, no connection has been found between indices of global ocean oscillations and total precipitation. There is no general and reliable correlation for the 48-year period, whereas but there are correlations in shorter periods. Therefore, comparing Maximum Possible Precipitation data with indices may not give a trustworthy result, but it has relatively meaningful interactions with analyzes for short periods.
As reported by the SSP1-1.9 and SSP5-8.5 climate change scenarios of the GFDL-ESM4 model, an increase in temperature values and a decrease in precipitation values are expected in Turkey until 2050. The region with the highest PMP values is the Mediterranean region, and since the Mediterranean is the region most exposed to convective weather events throughout the year, temperature changes here may trigger convective movements and cause an increase in PMP values. While the total amount of precipitation is expected to decrease with climate change, instant heavy rains are expected to be seen more frequently in different regions of Turkey. The increase in these instantaneous precipitations will also cause PMP values to increase in the long term in new studies to be made from now on. When the daily total precipitation values are screened, as expected, an increasing trend in the daily maximum total precipitation has been observed after the dry years on an annual basis, and therefore, even though the total precipitation received by Turkey decreases, the daily total precipitation is expected to increase and it is estimated that these may cause natural disasters such as floods.
When the actual maximum precipitation and the calculated Possible Maximum Precipitation (PMP) value are compared, it can be seen that the Mediterranean region is a region that generally has a high PMP values with low margins of error. This shows that a consistent result was provided by making the right approach for the Mediterranean region. It has been proven that PMP values give incorruptible results in the provinces of the Mediterranean region, where the margin of error is below 1%. In Central Anatolia region, lower PMP values emerged compared to other regions, accompanied by average margins of error. In some provinces, the margin of error was very high because the station where the maximum daily total precipitation was measured was different from the station at which the study was carried. However, considering the general situation, it seems that consistent results are obtained.
As a result, consistent results have been obtained in the Maximum Precipitation analysis, especially for the Mediterranean region, and these results are compatible with climate change scenarios. No correlation could be determined between ocean oscillations and Maximum Possible Precipitation due to long-term data such as 48 years, but the effects of global ocean currents can be examined in studies covering shorter periods. Apart from the Mediterranean region, PMP values were also high in some provinces such as Izmir, Samsun, Rize, Yalova and Kars. Since these provinces are in a more risky category than other provinces, issues such as floods, floods, dam construction and stream bed settlement need to be addressed more carefully. Since instantaneous heavy precipitation is expected to increase with climate change, conducting this study with a longer data set by adding new data in the coming years will ensure better results.