İklim değişikliği projeksiyonları ile ekstrem yağışların frekans analizi
Frequency analysis of extreme precipitation based on climate change projections
Yazar: SURA DHEYAA HUSSEIN HUSSEIN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA NURİ
İstanbul Gelişim Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Son yıllarda iklim değişikliği ve küresel ısınmanın sonucunda ekstrem iklim olaylarının sayısında ve şiddetinde büyük artışlar meydana gelmiştir. Bu artışların birincil sebebi sıcaklık artışının atmosferin su tutma kapasitesinde meydana getirdiği artıştır. Özellikle taşkınların dünya çapında daha sık ve daha şiddetli hale gelmesinde arazi kullanımındaki değişikler gibi diğer faktörlerle birlikte iklim değişikliğinin payı büyüktür. Bu doğrultuda gelecek yıllarda oluşacak değişikliklerin ekstrem yağışlar üzerindeki etkisinin araştırılması ve modellenmesi önem arz etmektedir. Bu çalışmada Hükumetlerarası İklim Değişikli Paneli (IPCC) 2021 yılında yayımlanan Değerlendirme Raporu kapsamında kullanılan 5 yeni Küresel Sirkülasyon Modelleri'nin (KSM) çıktıları iki yeni sosyo-ekonomik senaryo (SSP2-4.5 ve SSP5-8.5) altında gelecekteki ekstrem yağış olaylarının analiz edilmesi için kullanılmıştır. Bu modellerin isimleri şu şekildedir: BCC-CSM2-MR (Çin), CMCC-ESM2 (İtalya), GFDL-ESM4 (Amerika). HadGEM3-GC31-LL (İngiltere) MPI-ESM1-2-LR (Almanya).
           Çalışmada bölgesi olarak Amerika Birleşik Devletleri'nin Virginia Eyaleti seçilmiştir. Analizlerde model çıktılarının yanısıra beş gözlem istasyonunda ölçülen günlük veriler de kullanılmıştır. Modellerdeki belirsizlikler referans dönemdeki simülasyonların ölçülen değerlerle mukayese edilmesi ile düzeltilmiştir. Bunun için lineer ölçekleme yöntemi kullanılmıştır.
            Frekans analizleri yıllık maksimumlar ve eşiği aşan pikler olarak bilinen iki farklı yöntemle ele alınmıştır. Bu iki yöntemin kullanılmasıyla kısmi zaman serileri üretilmiştir ve bu seriler uygun dağılım fonksiyonlara uydurulmuştur. Daha sonra 1985-2014 (referans dönem), 2015-2040 (yakın gelecek), 2041-2070 (orta vade gelecek) ve 2071-2100 (uzak gelecek) olmak üzere 2, 5, 10, 20, 50, 100, 500 ve 1000 yıllık tekerrür dönemi olan ekstrem yağışların şiddeti hesaplanmıştır.
           Araştırmanın sonuçlarına göre bölgede ekstrem yağışların şiddetinde referans döneme kıyasla yakın gelecekte düşüş olacağı tahmin edilmektedir. Bu fark orta vade gelecekte kapanarak uzak gelecekte negatif yönde değişecektir. Şöyle ki yüzyılın sonunda özellikle SSP5-8.5 senaryosu altında ekstrem yağışların şiddetinde ciddi artışlar modellenmiştir. Bu sonuçlar düşük emisyonlu senaryoların doğal afetlerin azaltılmasındaki önemini vurgulamaktadır.

Abstract:
In recent years, as a result of climate change and global warming, there have been great increases in the number and severity of extreme climate events. The primary reason for these increases is the increase in the water-holding capacity of the atmosphere caused by the increase in temperature. Climate change, along with other factors such as changes in land use, has a major role in floods becoming more frequent and severe around the world. In this regard, it is important to investigate and model the effects of changes that will occur in the coming years on extreme precipitation. In this study, the outputs of 5 new General Circulation Models (GCM) used within the scope of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Assessment Report published in 2021 are used to analyze future extreme precipitation events under two new socio-economic scenarios (SSP2-4.5 and SSP5-8.5). The names of these models are as follows: BCC-CSM2-MR (China), CMCC-ESM2 (Italy), and GFDL-ESM4 (America). HadGEM3-GC31-LL (UK) MPI-ESM1-2-LR (Germany).
Virginia State of the United States was chosen as the region of the study. In addition to model outputs, daily data measured at five observation stations were also used in the analyses. Uncertainties in the models were corrected by comparing the simulations in the reference period with the measured values. For this, the linear scaling method was used.
Frequency analyses were handled with two different methods known as annual maximums and peaks-over-threshold. Using these two methods, partial duration time series were produced and these series were fitted to appropriate distribution functions. Then, the intensity of extreme precipitation events with 2, 5, 10, 20, 50, 100, 500, and 1000 years return period was calculated for 1985-2014 (reference period), 2015-2040 (near future), 2041-2070 (med-term future) and 2071-2100 (late future) periods.
According to the results of the research, it is estimated that there will be a decrease in the intensity of extreme precipitation in the region in the near future compared to the reference period. This difference will close in the mid-term future and change negatively in the late future. Namely, serious increases in the intensity of extreme precipitation have been modeled at the end of the century, especially under the SSP5-8.5 scenario. These results highlight the importance of low-emission scenarios in reducing natural disasters.