Karadeniz'de spektral pik dalga enerjisinin eğilim analizi
Trend analysis of spectral peak wave energy on the Black Sea
Yazar: EMİNE ACAR
Danışman: DOÇ. DR. MURAT KANKAL
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Dalga enerjisi = Wave energy ; Dalga iklimi = Wave climatology ; Eğilim = Tendency ; Karadeniz = Black Sea ; Spektrum = Spectrum

Özet:
Bu çalışmada, Karadeniz'de dalga koşullarının analizi gerçekleştirilerek dalgaların sahip oldukları spektral pik enerji ve pik periyodun uzun dönemli yıllık, mevsimlik ve aylık ortalama ve maksimum değerlerinin eğilimlerinin araştırılması hedeflenmiştir. Bu bağlamda, eğilim analizinin uygulanacağı veri seti olarak SWAN üçüncü nesil dalga tahmin modeli çıktıları ve ERA5 yeniden analizine ait 1979-2020 yıllarını kapsayan dalga spektrumları kullanılmıştır. SWAN dalga modelinin çıktılarından ve ERA5 yeniden analizi veri setinden Karadeniz üzerinde seçilen sırası ile 36 ve 876 istasyonda veriler çekilmiş ve işlenmiştir. 42 yıllık periyotta veri setlerinden çekilen dalga spektrumları işlenerek saatlik spektral pik enerji ve pik periyodu verileri ayıklanmıştır. Daha sonra, bu parametrelerin yıllık, mevsimlik ve aylık zaman ölçeklerinde ortalama ve maksimum değerleri hesaplanmıştır. En son adım olarak, üç farklı zaman ölçeğinde dört parametreye Mann-Kendall ve Geliştirilmiş Görselleştirme ile Yenilikçi Eğilim Analizi testleri uygulanmıştır. Böylece, Mann-Kendall ile bütüncül bir şekilde ve yenilikçi yöntem ile alt kategorilerde eğilim sonuçları irdelenmiş, bunun yanı sıra bölgesel ve küresel veri setlerinin eğilim analizi sonuçlarının kıyasının yapılabilmesi mümkün olmuştur. Sonuçta, spektral pik enerjinin her iki model sonucunda da Karadeniz genelinde ilkbahar ve yaz mevsimleri ile Ocak, Mart, Nisan, Ağustos ve Eylül aylarında artan, kış ve sonbahar mevsimleri ile Mayıs, Temmuz, Kasım ve Aralık aylarında ise azalan eğilimin baskın olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, pik periyotlar neredeyse tüm zaman ölçeklerinde artan eğilim, sonbahar mevsimi ile Mayıs ve Kasım aylarında ise azalan eğilim göstermiştir. SWAN dalga tahmin modeli ve ERA5 yeniden analiz verilerinden elde edilen sonuçların her iki parametre için de birbirini benzer olduğu görülmüştür. Ancak, pik periyotların yıllık ölçekte, kış ve sonbahar aylarında ERA5 ile artan eğilim gösterdiği bölgelerde SWAN modeli ile azalan eğilim tespit edilmiştir. Mann-Kendall testinde güven seviyesi ve yenilikçi yöntemde değişim oranı dikkate alındığında artan eğilimlerin azalan eğilimlere kıyasla daha şiddetli olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, it was aimed to investigate the trends of the spectral peak energy and peak period of the waves and the long-term annual, seasonal and monthly average and maximum values by analyzing the wave conditions in the Black Sea. In this context, the outputs of the SWAN third generation wave prediction model and the wave spectra covering the years 1979-2020 of the ERA5 reanalysis were used as the data set to which the trend analysis will be applied. From the outputs of the SWAN wave model and the ERA5 reanalysis data set, data were captured and processed at 36 and 876 stations, respectively, selected on the Black Sea. Hourly spectral peak energy and peak period data were extracted by processing the wave spectra drawn from the data sets over a 42-year period. Then, the mean and maximum values of these parameters on annual, seasonal and monthly time scales were calculated. As the last step, Mann-Kendall and Improved Visualization of Innovative Trend Analysis tests were applied to four parameters in three different time scales. Thus, trend results were examined in a holistically with Mann-Kendall and in sub-categories with innovative method, and it was possible to compare the trend analysis results of regional and global data sets. As a result, , it was determined that the spectral peak energy is increasing  in the spring and summer seasons, January, March, April, August and September, and decreasing in the winter and autumn seasons and May, July, November and December in both models. In addition, peak periods show an increasing trend in almost all time scales, and a decreasing trend in autumn season and May and November. The results obtained from the SWAN wave prediction model and ERA5 reanalysis data were found to be similar for both parameters. However, a decreasing trend was determined by the SWAN model in regions where the peak periods showed an increasing trend with ERA5 in the winter and autumn months and on an annual scale. Considering the confidence level in the Mann-Kendall test and the rate of change in the innovative method, it was seen that increasing trends were more severe than decreasing trends.