Nümerik yöntemler kullanılarak siklon merkezlerinin konumlarının tespiti ve yörüngelerinin tayini
Location detection and trajectory determination of cyclone centers using numerical methods
Yazar: İSMAİL SEZEN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ALİ DENİZ ; PROF. DR. KASIM KOÇAK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Meteoroloji = Meteorology
Dizin: Konum belirleme = Position determination ; Sayısal analiz = Numerical analysis ; Siklon = Cyclone

Özet:
Bu çalışmada 2,5 derece uzaysal ve 6 saat zamansal çözünürlüğe sahip 1000 mb. jeopotansiyel seviyesi için NCEP/NCAR yeniden analiz I verileri kullanılmıştır. Bu veri setinin seçilmesinde erişim kolaylığı ve veri formatı göz önünde bulundurulmuştur. Bununla birlikte, bu çalışmada önerilen yöntemin uygulanabilir olması için belirli çözünürlük kıstasları mevcuttur. Siklon merkezlerinin hızlarına dayalı olarak uygun uzaysal ve zamansal çözünürlük değerleri seçilmelidir.Konum tespiti için, arama işleminin gerçekleştirileceği her bir ızgara noktasındaki jeopotansiyel yükseklik değeri etrafındaki 8 nokta ile karşılaştırılmış; bu sekiz noktaya göre düşük ya da en az eşit yükseklik değerine sahip olan noktalar siklon merkez adayı olarak kabul edilmiştir. Siklon adayının gerçekten kapalı bir siklon merkezi olup olmadığının belirlenmesi için parabolik ve biparabolik interpolasyon yöntemlerindeki gerekli sınır koşullarını sağlayıp sağlamadığına bakılmıştır. Bu sınır testlerini geçen ve parabolik/biparabolik interpolasyon ile gerçek konumları hesaplanabilen adaylar siklon merkezi olarak kabul edilmiştir. Konum tespiti algoritmasının doğasından kaynaklanan ve aynı siklonun tekrar tespit edilmesine neden olan hatayı bertaraf etmek için, bulunan siklon merkezleri etrafında 300 km'lik yarıçaplı dairesel bir alanda başka herhangi bir siklon olup olmadığı araştırılmış, eğer siklon bulunmuş ise daha yüksek jeopotansiyel yükseklik değerine sahip siklon yoksayılmıştır. Bu sayede siklonların %5,16 `sı elenmiştir.Yörünge tespiti için, 6 saatlik zamansal çözünürlüğe sahip olan jeopotansiyel verileri doğrusal interpolasyon ile 1 saatlik çözünürlüğe indirgenmiştir. Tespit edilen siklonu, bir önceki saat diliminde civarındaki siklonlar ile eşleştirmek için, siklonların 1 saatlik süre içerisinde en çok ne kadar mesafe katedebileceklerinin belirlenmesine ihtiyaç vardır. Buna benzer yapılmış çeşitli çalışmalarda siklonların 80km/h ve 100km/h hız değerlerini geçmeyeceği öngörülmüştür. Lakin yapılan subjektif incelemede bazı siklon merkezlerinin 1 saatlik zaman periyodu içerisinde 200km 'yi aşkın mesafeler kat ederek yerdeğiştirdikleri gözlenmiştir. Bu durum her ne kadar bazı siklonların yörüngelerinin tespitini kesintiye uğratsa da, üzerilerinde yapılan mevsimlere ve aylara göre frekans incelemesinde büyük bir hataya yol açmayacaktır. Bu çalışmada 150 km' lik yarıçaplı dairesel bir alan içerisinde bir önceki zaman dilimindeki en yakın komşu siklon eşleştirmesi kullanılmıştır.Bu tür hataları bertaraf etmek için, en yakın komşu yönteminden ziyade, siklonun bulunduğu 3x3 'lük ızgara üzerindeki tandans fonksiyonu kullanılarak, tandansın negatif ve mutlak değerce en büyük olduğu noktaya doğru bir arama işlemi yapmak uygun olacaktır. Lakin zaman kısıtından dolayı bu çalışmada, siklon eşleştirmesi 150km `lik dairesel alan kullanılarak yapılmıştır.Yukarıda özetlenen yöntem, 63 yıllık 1000 mb jeopotansiyel yüzey verisi üzerinde uygulanmış; çalışma alanı olarak Türkiye'nin de içinde bulunduğu 25-55N enlemi ve 10-50E boylamı arasındaki bölge seçilmiştir. Tespit edilen siklon yörüngeleri Hysplit programının yörünge çizme ve frekans hesaplama arayüzleri kullanılarak incelenmiştir.Elde edilen yörüngeler kullanılarak mevsimlere ve aylara göre frekans haritaları çıkarılmıştır. Temel frekans haritalarının çıkarılmasında yaşam süresi 1 saat ve yukarısındaki siklon yörüngeleri tercih edilmiş; ek olarak yaşam süresine bakılmaksızın 1000 km ve üstü yerdeğiştirmeye sahip siklon yörüngeleri kullanılarak da frekans haritaları oluşturulmuştur. Bu haritalar, yerel kısa süreli siklon oluşumlarını ve uzun yaşam süresine sahip fakat durağan siklonları gözardı etmemize olanak sağlar. Ayrıca frekans haritalarını anlamamıza yardımcı olması amacıyla, aynı veriler kullanılarak siklonların yörüngeleri de çizdirilmiştir.Frekans haritalarının incelenmesi neticesinde, kış mevsiminde Türkiye'nin en çok Akdeniz üzerinden güneybatılı-batılı ve karadeniz üzerinden kuzeyli siklonik aktiviteye maruz kaldığı görülmektedir. İlkbahar'da ise siklon yörüngeleri biraz daha kuzeye kaymıştır ve ege denizinden tüm Türkiye 'yi etkileyen batılı bir siklonik faaliyet gözlenmiştir. Yaz mevsiminde Kıbrıs `ın batısındaki siklonik faaliyet artışı, bu bölgedeki kısa süreki siklonların yazın oldukça aktif olduğuna işarettir. Buna ek olarak, Muson alçak basınç merkezinin yaz mevsiminde gösterdiği faaliyet artışı dikkate değerdir. Sonbahar mevsiminde Kıbrıs'ın batısındaki aktivite bölgesi hala mevcut olmakla birlikte etkisini azaltmış ve Cenova körfezi merkezli, Yunanistan üzerinden ülkemize gelen siklonların sayısında artış olmuştur.Bahsedildiği üzere, bulunan siklon yörüngelerindeki kesintilerin iyileştirilmesi için algoritmada iyileştirmeler yapılması gerekmektedir. Bu iyileştirmelerin ardından elde edilen sonuçları daha net ve kesin biçimde yorumlamak mümkün olacaktır.

Abstract:
In this study, It has been used NCEP/NCAR Reanalysis-I 1000 mb geopotential data has 2.5 degree spatial and 6 hours temporal resolution. It has been considered access ease and data format to choose this set. However, There is some resolution criteria to apply the method suggested in this study. It must be chosen proper spatial and temporal resolution values based on cyclone center?s velocity.For location detection, it had been compared to eight neighboring-grid point of the each grid point that will be used to search process; The grid points that have equal or lower value according to eight neighboring grid points value accepted as cyclone center candidate. It had been taken into account required boundry conditions in parabolic and biparabolic interpolation for whether if cyclone candidate is a closed cyclone center indeed or not. Canditates that passes the boundry tests and has the real positions calculated by parabolic/biparabolic interpolations had been accepted cyclone center. It?s investigated whether if there is another one around detected cyclone center in a circle with 300 km radius. The cyclone which has higher geopotential height value is ignored if cyclone was detected, to eliminate the error originated from the nature of location detection algorithm and causes the same cyclone is detected again. 5.16% of cyclones is eliminated by this way.For track determination, the six hours temporal resolution raised to one hour by linear interpolation. It?s required to determine the maximum travelled distance of a cyclone in a hour to match the detected cyclone with the one around in previous time step. It?s predicted that the cyclones does not exceed the 80 km/h and 100 km/h velocity values in previous studies like this. However, it?s observed that some of cyclone centers had travelled more than 200 km in one hour time period in this subjective study. In spite of fact that some of cyclone tracks are interrupted caused by this error, it does not cause a large error on frequency analysis by seasons and months. The matching of most close cyclone in previous time step in a circle with 150 km Radius is used in this study.To avoid such errors, It?s good idea to accomplish a search procedure through the point that tendency is negative and it?s absolute value is maximum by using the tendency function created on 3x3 grid that cyclone is located in. However, the matching of cyclones is implemented by a circle with 150 km because of lack of time.The summarized method above is implemented on the 63 years geopotential height data; the area between 25-55N latitude and 10-50E longtitude that Turkey is inside is choosen as working area. The detected cyclone tracks are examined by using track plotting and frequency calculation of Hysplit application.The frequency maps by seasons and months are genereted by using obtained cyclone tracks. to generate basic frequency maps, cyclone tracks that has a life time is one hour and over had been preferred; additioanlly, the frequency maps had been generated by using cyclone tracks has distance 1000 km and over by ignoring life time. These maps makes it possible to ignore the local cyclones has short life time and the stationary cyclones has long life time. The cyclone tracks also is plotted to help us understand the frequency maps.As a result of examination of the frequency maps, Turkey is exposed by cyclonic activity mostly from southwest and west over Mediterranian and north over blacksea. The cyclone tracks are moved to North in the spring and a western cyclonic activity is observed from Aegean Sea. The increase of cyclonic activity over west of Cycprus is sign that cyclones are very active around there in summer season. Additionally, It?s important that the increase of activity of Muson low center in summer time. The increase of activity over North of Cycprus is still exist but acitivity values is decreased and The number of cyclones comes through Turkey from Genova gulf passing by Greece had increased.As mentioned before, some improvements is needed to decrease the number of interruptions in cyclon tracks. It will be possible to interpret the the obtained results more exact and clear after these improvements.