Karadeniz deniz yüzey sıcaklığının yersel ve uzaktan algılama teknikleriyle uzun dönemli analizi
Long term sea surface temperature analysis in Black Sea by in situ and remote sensing techniques
Yazar: BARIŞ DEMİR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. BURCU ÖZSOY ÇİÇEK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Deniz Bilimleri = Marine Science ; Denizcilik = Marine
Dizin: Karadeniz = Black Sea ; Uzaktan algılama = Remote sensing ; Yüzey sıcaklığı = Surface temperature

Özet:
18. yüzyılda başlayan süreçle birlikte insanlık tarım toplumundan sanayi toplumuna geçmiştir. İnsan gücünün yerini makinalar almış ve üretim olanakları hızlanmıştır. Sanayileşmeyle birlikte günümüzdeki en büyük sorunlardan biri olarak sera gazı etkisi ve bununla birlikte küresel iklim değişikliği ortaya çıkmıştır. Küresel iklim değişikliği Dünya üzerinde bir çok değişime sebep olmaya başlamıştır. 
İklimler uzun vadede değişim özelliği göstermektedir. İklimlerin zaman içerisinde değişmesi normal bir süreçtir. Bu süreç normal dengesinde devam ederken küresel iklim değişikliği sorunuyla birlikte dengesini kaybederek iklim anormallikleri ortaya çıkmaya başlamıştır. Özellikle son yüz yılda etkilerini daha çok gördüğümüz bu problem, eğer sera gazı salınımları bu şekilde artmaya devam ederse geleceğimizi de olumsuz anlamda etkileyecektir. 
Küresel iklim değişikliği Dünya üzerinde bir çok alanda etkisini göstermektedir. Buzullardaki erimeler, deniz suyu seviyelerindeki artışlar, kuraklıklar ve Dünya sıcaklık ortalamalarındaki artışlar gibi birçok sorun teknolojinin gelişmesiyle birlikte yapılan çalışmalarda artık daha belirgin bir şekilde ortaya koyulmaktadır. Küresel iklim değişikliğinden etkilenen alanların arasında deniz ve okyanuslar da önemli bir yere sahiptir. Bu su kütleleri Dünya yüzeyinin yaklaşık olarak %70'ini kaplamaktadır ve bu oranda büyük paya sahip su kütlelerinin küresel iklim değişikliğinden etkilenmesi ise kaçınılmazdır. 
Yapılan akademik çalışmalar ve çeşitli kuruluş raporlarında Dünya üzerinde meydana gelen iklim değişikliğinden Türkiye'nin de etkilendiği ortaya koyulmuştur. Türkiye denizlerindeki sıcaklık değişimleri de bu çalışmalarda açıkça görülmektedir.
Deniz yüzey sıcaklığı, çeşitli atmosferik salınımlar, dış besleme kaynakları, yağış rejimleri, yoğunluk oranları ve buna bağlı akıntı değişimleri gibi birçok nedenden etkilenmektedir. Bu sebepler nedeniyle deniz suyu sıcaklıkları artmakta veya azalmaktadır; fakat özellikle son çeyrekte daha çok ısınma eğilimine girmişlerdir. Bunun nedeni olarak da küresel iklim değişikliği olarak gösterilmektedir. 
Bu bağlamda yapılan çalışmada, uzun dönemde Karadeniz deniz yüzey sıcaklığındaki değişimler incelenmiştir ve Karadeniz deniz yüzey sıcaklığına küresel iklim değişikliğinin etkisi ortaya koyulmaya çalışılmıştır. Deniz yüzey sıcaklığı genel anlamda yersel ve uzaktan algılama yöntemleriyle ölçülmektedir. Yapılan çalışmada da bu iki ölçüm yöntemiyle yapılan uzun dönemli deniz yüzey sıcaklığı ölçümleri analiz edilmiştir ve iki ölçüm yönteminin ne derece tutarlı olduğu yapılan istatistiki çalışmada ortaya koyulmuştur.
Çalışmanın birinci bölümünde küresel iklim değişikliği tanımlanmıştır. Küresel iklim değişikliği üzerinde en büyük etkiye sahip sera gazı salınımları açıklanmış ve bu salınımlardaki artış ortaya koyulmuştur. Ayrıca küresel iklim değişikliği üzerine dünya kuruluşlarının yaptıkları çalışmalar ve gelecekte iklim değişikliğinin ne denli olacağına dair bilgisayar modelli senaryolara yer verilmiştir. Daha sonra küresel iklim değişikliğinin deniz ekosistemine etkileri, Karadeniz ve küresel iklim değişikliği başlıkları altında küresel iklim değişikliğinin hem Karadeniz'e hem de deniz ekosistemine etkileri belirtilmiştir. Birinci bölümde ayrıca deniz yüzey sıcaklığı bölümüne yer verilmiştir. Bu bölümde deniz yüzey sıcaklığının iklim değişikliğini yansıtma özelliğinden bahsedilmiştir ve deniz yüzey sıcaklığına etki eden faktörler açıklanmıştır. Bu değişiklerde anormalliklere sebep olan Dünya üzerindeki atmosferik olaylardan örnekler verilmiştir. Birinci bölümün son bölümünde ise yapılan çalışmanın amacı belirtilmiştir.
Çalışmanın ikinci bölümünde yapılan çalışmanın gerçekleştirildiği alandan bahsedilmiştir ve deniz yüzey sıcaklığı ölçüm yöntemleri hakkında bilgiler verilmiştir. İlk olarak Karadeniz tüm özellikleriyle ele alınmıştır. Başlangıçta Karadeniz'in jeopolitik öneminden bahsedilmiştir. Daha sonra Karadeniz'in fiziksel özellikleri açıklanmıştır. Karadeniz'in kapladığı alandan, yoğunluğundan, tuzluluk seviyesinden, bağlantılı olduğu denizlerle olan akıntı tiplerinden, genel akıntı sürkilasyonlarından, Karadeniz'i besleyen büyük akarsu kaynaklarından bahsedilmiştir ve son olarak Karadeniz deniz suyu kimyasal özelliklerine değinilmiştir. 
Çalışma alanındaki bir diğer lokasyon olan Zonguldak deniz havzası için açıklamalara yer verilmiştir. Zonguldak'ın coğrafi konumu belirtilerek çalışmada kullanılacak ölçümlerin alındığı Zonguldak meteorolojik ölçüm istasyonlarına yer verilmiştir. Bununla birlikte Türkiye'deki tüm deniz yüzey sıcaklığı yersel algılama ölçümü yapan kıyı istasyonları gösterilmiştir.
İkinci bölümün ikinci kısmında deniz yüzey sıcaklığı ölçüm yöntemlerine değinilmiştir. Deniz yüzey suyu ölçüm yöntemlerinin tarihsel gelişiminden bahsedilerek yersel ve uzaktan algılama yöntemlerine genel bir bakış yapılmıştır. Daha sonra yersel algılama yöntemleri detaylı şekilde açıklanmıştır,  yersel algılama yöntemleri olan şamandıralardan yapılan ölçümler, gönüllü gözlem gemilerinden yapılan ölçümler ve sahil gözlem istasyonlarından yapılan ölçümlerden bahsedilmiştir. Yersel algılama yöntemlerinden sonra uzaktan algılama yöntemlerine değinilmiştir. Meteorolojik uyduların kısaca tarihsel gelişiminden bahsedilmiştir ve meteorolojik uydulara örnekler verilmiştir. Meteorolojik uydulardan deniz yüzey sıcaklığını ölçen uydulardan bahsedilmiştir ve çalışmada kullanılan AVHRR uydusuna değinilmiştir.
Çalışmanın üçüncü bölümünde çalışmadan kullanılan yöntemlerden bahsedilmiştir. İlk olarak yersel algılama yöntemi için 1970-2010 yılları için Zonguldak meteoroloji gözlem istasyonundan alınan günlük deniz yüzey sıcaklığı verileri sunulmuştur ve bu değerlerin Microsoft excell programında işlenişinden bahsedilmiştir.
Uzaktan algılama yöntemleri için 2000-2012 yılları arasındaki Karadeniz ve Zonguldak lokasyonu günlük deniz yüzey sıcaklığı 13 yıllık dönemi için re-analizleri yapılmış uydu bazlı haritaların, myocean.com internet sitesinden elde edildiği belirtilmiştir. Myocean.com internet sitesinin bu kaynaklara AVHRR uydusundan elde etiği ve işlediği belirtilmiştir. Daha sonra bu verilerin işlenmesi için kullanılan Seadas programından bahsedilmiştir. Programın nasıl kullanıldığını açık bir şekilde ifade edebilmek için programın özelliklerinden belirtilmiş ve grafiklerle görsel olarak sunulmuştur.
Çalışmanın dördüncü bölümünde, üçüncü bölümde uygulanan methodların sonuçlarına yer verilmiştir. Dördüncü bölümün ilk bölümünde 2000-20012 yılları arasındaki uzaktan algılama yöntemiyle Karadeniz ortalama günlük deniz yüzey sıcaklığı analizi sonuçları açıklanmıştır. İkinci bölümde 2000-20012 yılları arasındaki uzaktan algılama yöntemiyle Zonguldak günlük deniz yüzey sıcaklığı analizi sonuçları açıklanmıştır. Üçüncü bölümde 1970-2010 yılları arasındaki yersel algılama yöntemiyle Zonguldak günlük deniz yüzey sıcaklığı analizi sonuçları açıklanmıştır. Dördüncü bölümün son bölümünde ise 2000-2012 yılları arasındaki uzaktan ve yersel algılama yöntemi sonuçları karşılaştırılmış ve bu bu yöntemlerin birbirleriyle olan tutarlılık oranları korelasyon analiziyle ortaya koyulmuştur.
Çalışmanın beşinci bölümünde uzaktan ve yersel algılama yöntemleriyle elde edilen sonuçlarla ilgili yorumlara ve önerilere yer verilmiştir.

Abstract:
Humanity gave up the agricultural society and began a new system with industrial revolution around 18th century machines took the place of manpower and so production facilities are accelerated. Green house gas which is one of the main problems nowadays and thereby global climate change arose with the industrial revolution. Global climate change cause many different and dangerous problems on Earth.
Climates show the characteristic of changing in the long term. It is a normal process the changing of the climates in time. Climate abnormalities begin to arise with the global climate change problem while this normal process goes on in the normal stability. This global climate change problem of which we see the ill effects especially in the last century will effect our future nagatively if these green house gas emissions goes on incresingly.
Global climate change show its ill effects on Earth in different areas. Melting on glaciers, rises on sea water levels, droughts and rises on the Earth temperature averages are only a few problems according to technological devices and modern detailed studies. Seas and oceans have an important place among these areas that are effected global climate change. These water masses cover %70 of the Earth and it is inevitable for these huge masses to be effected by the global climate change.
It has been shown that Turkey was also effected the climate change occuring around the world on the acamedic studies and different institution reports. Temperature changes in seas of  Turkey are clearly seen on these studies, too.
Sea surface temperature is effected by many reasons such as different atmospheric emissions, precipitation regimes, external power supplies, density rates and accordingly stream changes. Because of these reasons,sea water temperetaures can increase or decreases but especially in the last quarter it shows the tendency of increasing. The reason of this is probably the global climate change.
In the studies that were made in this area, Black Sea surface temperature changes in long term are examined and global climate change effect on Black Sea surface temperature are is tried to be presented. Sea surface temperature is generally mesaured by the methods of in situ and remote sensing. In this study, long term sea surface temperature measurements are analysed with these two measurement methods and the consistency of these two methods is presented in the statistical study.
In the first part of this study, global climate change is defined. The green house gas emissions that have the biggest effect on global climate change is explained and the increase of these emissions is shown. Besides, the studies of world wide institues on global climate change and computer-model scenarios about which extend of future climate change will be are exhibited. 
Then, effects of global climate changes on sea ecosystem and under the title of  Black Sea and global climate change, effects of global climate change on both Black Sea and sea ecosystem are all underlined. Additionally, in the first part, sea surface temperatures are taken place. In this part, the  reflection feature of climate change of sea surface temperature is mentioned and the factors that effect sea surface temperature are explained. 
Some various examples of atmospheric events that cause abnormalities on the Earth are given. In the last part of the first part the aim this study is explained.
In the second part of the study, the area of the study is mentioned and a detailed information about the sea surface temperature measurment methods is given. Firstly, the Black Sea is handled in all aspects. In the very first beginning, the geopolitic importance of Black Sea is explained. 
Then, the physical features of Black Sea is mentioned. The Black Sea's covering space, density, salinity level, stream types linked with other seas, general stream circulation, the largest rivers feeding the Black Sea are all spoken out and Black Sea sea water chemical features are mentioned.
Detailed explanations for Zonguldak sea basin which is another important location of our working area. Geographic location of Zonguldak is given and Zonguldak meteorological measuring stations that gives mesaurements for this study. Additionally, all coast stations that make sea surface temperature measuring in Turkey are shown.
In the second part of the second section, the sea surface temperature measuring  methods are mentioned. The historical development of sea surface water measuring methods are explained and in situ and remote sensing methods are generally told. 
Then in situ methods are explained in detail and the measurments from buoys-one of the in situ methods-, measurments from voluntary observating ships and measurments from coast observation stations are given. 
After that remote sensing methods are handled. The historical developement of meteorological satellites is shortly mentioned and there are some examples of the meteorological satellites. Satellites mesauring sea surface temperature from meteorological satellites are dealed and especially AVHRR satellite that was used for this study is explained.
In the third part of the study, the methods that are used for this study are examined. Firstly, for in situ sensing method for 1970-2010 years, the daily sea surface temperature data taken from Zonguldak meteorology observaton station are presented and the processing these values on Microsoft Excell program are mentioned.
For remote sensing methods, between 2000-2012 Black Sea and Zonguldak location daily sea surface temperature re-analyse of 13-year are made and satellite based maps are taken from myocean.com web site. 
Myocean.com we site took these sources from AVHRR satellite. Then Seadas program which was used for processing this data is defined. The features of the program are mentioned in order to explain clearly how the program is used and illustrated with graphics
In the fourth part of the study, the results of the methods applied in the part three are given. In the first part of the fourth part, the Black Sea average daily sea surface temperature analyse results between 2000 and 2012 by remote sensing method are explained. In the second part, Zonguldak average daily sea surface temperature analyse results between 2000 and 2012 by remote sensing method are explained.
In the third part, Zonguldak average daily sea surface temperature analyse results between 1970and 2010 by in situ sensing method are explained. In the last part of the fourth part, between 2000 and 2012 remote sensing method and in situ sensing method are compared and the consistency rates of these methods is put forth by correlation analyse.
In the fifth part of the study, the comments and suggestions about the results taken by remote and in situ sensing methods take place.