Kar yağışlı gün sayılarının toplam yağışlı gün sayılarına oranının yıllık ve bölgesel trend analizi
Annual and regional trend analysis of ratio of snowfall days to total precipitation days
Yazar: EVREN ÖZGÜR
Danışman: PROF. DR. KASIM KOÇAK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Meteoroloji = Meteorology

Özet:
Son yıllarda hızla artan nüfus ve küresel iklim değişikliği nedeniyle suya olan talep ciddi bir artış göstermektedir. Bunun sonucu olarak da su ile ilgili yapılan çalışmaların önemi bir kat daha artmıştır. Özellikle kar yağışı, birçok bölgede akarsu ve göllerin beslenmesi açısından son derece önemli bir yere sahiptir. Canlı yaşamında önemli bir rol oynayan yağışın bazı özelliklerinin ortaya konması son derece önem taşımaktadır.Bir veri grubunda trendin belirlenmesinde parametrik ya da parametrik olmayan istatistiksel yöntemler kullanılabilir. Parametrik yöntemler verilerin normal dağılıma uygun olması halinde iyi sonuçlar verir. Parametrik olmayan yöntemler ise toplumun rastgele değişkeninin dağılımından bağımsızdırlar. Bu tür testler verilerin düzenlenmiş örnekteki sıralamaları ile ilgilidirler. Meteorolojide pek çok değişken normal dağılımdan farklı dağılımlara sahiptirler. Bu nedenle parametrik olmayan yöntemler genellikle daha iyi sonuçlar vermektedir.Dünya genelinde trend analizi ile ilgili çalışmaların birçoğu, iklim değişiminin en önemli göstergelerinden olan sıcaklık ve yağış parametreleri üzerine yapılmaktadır. Bu çalışmada 1971-2011 yılları arasını kapsayan günlük yağış verilerinin bileşenlerine yıllık ve bölgesel Mann-Kendall trend testi uygulanmıştır. Yağış verileri kar ve yağmur olarak ayrı ayrı ele alınmış, kar yağışlı gün sayıları ile toplam yağışlı gün sayılarının oranının zamanla değişimi incelenmiştir.Çalışma iki aşamayı içermektedir. Birinci aşamada belirlenen kar yağışlı gün sayısı ile toplam yağışlı gün sayısı oranları ve toplam yağışlı gün sayıları istasyon bazında incelenmiş ve her biri için %5 anlamlılık düzeyinde trend değerleri hesaplanmıştır. Daha sonra yüksekliklerine göre dört sınıfa ayrılan istasyonlara hem kar ile toplam yağış oranı için, hem de toplam yağışlı gün sayısı için bölgesel bazda trend analizi uygulanmıştır.Çalışmanın ikinci aşamasında ise kar ile toplam yağışlı gün sayısı oranında meydana gelen değişimlerin sıcaklıkla olan ilişkisi incelenmiştir. Her bir istasyon içinbelirlenmiş olan kış periyotlarındaki ortalama ve minimum sıcaklık verileri kullanılarak orandaki değişimler ile sıcaklık değerleri arasındaki determinasyon katsayıları hesaplanmıştır. Genel olarak bakıldığında, orandaki azalışların sıcaklık artışı ile ilişkili olduğu saptanmıştır. Tüm istasyonlar için oran ile ortalama sıcaklıklar arasındaki determinasyon katsayısı 0.36, oran ile minimum sıcaklıklar arasındaki determinasyon katsayısı ise 0.28 olarak hesaplanmıştır.Çalışmada kullanılan 238 istasyonun 209 tanesinde oran değerleri ile ortalama sıcaklık arasındaki ilişkinin istatistiksel olarak anlamlı olduğu bulunmuştur. Oran ile sıcaklık arasındaki ilişkinin anlamlı olmadığı istasyonların 23 tanesi deniz seviyesine en yakın istasyonları içeren birinci bölgede yer almaktadır.xxİncelenen 238 adet istasyonun 66 tanesinde kar ile toplam yağış oranında yıllık Mann-Kendall testine göre trende rastlanmış, bu trendlerin 1 tanesinin artan yönde, 65 tanesinin ise azalan yönde olduğu gözlenmiştir. Bölgesel olarak trend incelendiğinde ise, çalışmada kullanılan dört bölgede de azalan yönde trend olduğu ortaya çıkmıştır. Kar ile toplam yağış oranındaki azalmanın genel olarak yükseklikle artış gösterdiği sonucuna varılmıştır.Türkiye?de yağış ile ilgili yapılacak araştırmalarda, bu çalışmada elde edilen sonuçların dikkate alınması ve yapılacak araştırmalarda diğer meteorolojik faktörlerin ya da diğer etkenlerin etkilerinin de göz önüne alınması, su kaynaklarının korunmasında ve daha etkin kullanılmasında büyük yarar sağlayacaktır. İlerleyen yıllarda bu konuda yapılan çalışmaların genişletilerek, havzalar bazında da gerçekleştirilmesi faydalı olacaktır.

Abstract:
Demand to water resources has increased due to the rapidly increasing population and global climate change in recent years. As a result of these, researches on water issue came into prominence more than before. Snow is crucial in many regions which have streams and lakes for using drinking water. It is important to present the properties of precipitation which plays a substantial role in sustaining life.Annual mean precipitation in Turkey is 643 mm, which corresponds to 501 billion of annual water volume in the country. A volume of 274 billion m3 water evaporates from water bodies and soils to atmosphere. The gross renewable water potential of Turkey is estimated as 234 billion m3. However, under technical and economic situations, annual available potential has been calculated as 112 Bm3of net water volume.Turkey is not a rich country in terms of existing water potential. Turkey is a water stress country according to annual volume of water available per capita. The annual available amount of water has recently been approximately 1500 m3per capita. The State Institute of Statistics (TÜİK) has estimated the population of Turkey as 100 million by 2030. Therefore, the annual available amount of water per capita will be about 1120 m3by 2030. The current population and economic growth rate will alter water consumption patterns. As population increases, annual allocated available amount of water per person will decrease. The projections for future water consumption would be valid on the condition that the water resources were projected from pollution at least for the next 25 years. It is imperative that available resources be evaluated rationally so as to provide clean and sufficient water resources for the next generation.Trend is a change (decrease/increase) of the values of a random variable. For the determination of trends in meteorological variables, parametric and nonparametric tests can be used. Parametric tests give good results if data fit to normal distribution. On the other hand, nonparametric test are independent of distribution and parameters of a random variable. These kind of tests are related to the ranks in the ordered sample of the data. Generally, the distributions are not normal in meteorology. Therefore, the use of nonparametric tests give better results.Trend analysis has many different application areas such as science and technology, social sciences and health sciences. Examples in science and technology area are meteorology, civil engineering and agriculture and etc. There are few studies about ratio of snowfall days to total precipitation days in Turkey and other parts of the world. Besides, there are large numbers of studies about trends of snowfall or total precipitation. Most of the studies in every region of a world are related to the temperature and precipitation which are the most important indicators of global climate change. In xxiithis study, annual and regional Mann Kendall trend test has been applied to daily precipitation values which include the period of 1971-2011. Monthly snowfall and total precipitation days data taken from Turkish State of Meteorological Service for 238 station has been used in recent study. Precipitation data have been analyzed seperately as snow and rain. Changes in ratio of snowfall days to total precipitation days in Turkey have been examined.Because ratio of snowfall days to total precipitation days was analyzed, only winter season, which has snowfall and rain at the same time, has been used. The months which have snowfall days less than %1 of total snowfall days has not been used. During the study period, 23 different precipitation periods have been determined for 238 meteorological stations.An analysis program developed by United States Geological Survey in 2005 was used in recent study in order to make annual and regional trend calculations. The program has annual, seasonal and regional trend test applications. After entering data in correct format, the Kendall program calculates S, Z and P values. Z value, which is located in program output, is compared with Z?/2 value in standart normal distribution table, and existence of trend is determined.The study includes two stages. In first stage, ratio of snowfall days to total precipitation days and total precipitation days were analyzed for each station. Trend values were calculated in 5% significance level for all stations. Then, regional trend analysis was applied for grouped stations by altitude. For ratio of snowfall days to precipitation days, trend has been detected for 66 stations according to annual Mann Kendall trend test. It is observed that one of the trends was increasing and the others were decreasing. The only station which has increasing trend is İzmir Bölge.In second stage, relation between ratio of snowfall days to total precipitation days and air temperature were analyzed. Determination coefficients between ratios and temperatures were calculated for each station for winter period. It is stated that there is an inverse proportion between ratio values and air temperature. Average determination coefficient between ratio and mean temperature was calculated as 0.36. On the other hand, determination coefficient between ratio and minimum temperature was 0.28. 209 stations in recent study have statistically significant determination coefficient. That means there is a meaningful relation between ratio and temperature values. According to regional Mann Kendall test results, decreasing trend has been observed for all regions. Second, third and fourth regions have considerably high Z values. It is remarkable that first region, which had six stations with trends, had regional decreasing trend.When stations are classified by regions, decreases in ratio of snowfall days to total precipitation days started to become meaningful statistically by increasing altitude. Types of precipitation has changed in higher altitutes where precipitation occurs mostly as snow because of increasing minimum temperature. Especially beginning from second region stations, areas where more than half of the precipitation occurs as snow, have decreasing ratio trend. One of the difference between snow and rain is that snow stays long period of time on the ground. After air temperature rises in spring season, that snow begins to melt and it becomes important for agriculture, energy production and drinking water supply. This shows that it is important to know the future behaviour of snowfall. xxiiiEspecially in East Anatolian Side of Turkey, snowfall provides too much drinking and use water. It is necessary to take precautions in order to prohibit water shortage.