Trakya bölgesinin tarımsal meteorolojik özelliklerinin belirlenmesi
Determination of the agrometeorological properties of the Thrace region
Yazar: BARIŞ ÇALDAĞ
Danışman: PROF. DR. LEVENT ŞAYLAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Meteoroloji = Meteorology
Dizin: Derece-gün yöntemi = Degree-day method ; Kuraklık analizi = Drought analysis ; Meteorolojik faktörler = Meteorological factors ; Tarımsal üretim = Agricultural production ; Trakya bölgesi = Thrace region ; Uzaktan algılama = Remote sensing ; İklim değişikliği = Climate change

Özet:
CO2 gibi sera gazlarının konsantrasyonundaki artışların küresel ısınmaya ve iklim değişimine neden olacağı, birçok araştırmada öngörülmüştür. Küresel ısınmanın ekosistem üzerinde en önemli sonuçları arasında doğal afetlerden olan kuraklık bulunmaktadır. İklim değişimi, özellikle Türkiye gibi yarı kurak olan ve tarımı çoğunlukla yağışın miktar ve dağılımına bağlı olan ülkelerin ekonomilerine önemli etkilerde bulunabilir. Bu sebeple, iklim değişiminin tarım vb. alanlara yapacağı etkilerin önceden tahmini, karar vericiler için önemlidir. Kuraklık son yıllarda birçok ülkenin tarımsal üretimini ve su kaynaklarını da etkilemektedir. Tarım alanlarının büyük bir çoğunluğu teknik altyapı ve su kaynağı yetersizliğinden dolayı sulanamamaktadır. Kuraklığın ve iklim değişiminin etkilerinin birlikte izlenmesi ve belirlenmesinin önemi böylece ortaya çıkmaktadır.Trakya, Türkiye'nin kuzey batısında yer alan ve ülke tarımsal üretiminde önemli paya sahip bir bölgedir. Bölge Türkiye'de özellikle ayçiçeği ve çeltik üretiminin büyük bir kısmını karşılamaktadır. Buğday da bölgede Türkiye ortalamasının üzerinde bir verimle yetiştirilmektedir. Bölge içinde bağcılık ta oldukça popülerdir. Buna rağmen bölgenin tarımsal meteorolojik özellikleri (büyüme derece gün gibi vejetasyon dinamiği parametreleri) kuraklık durumu ve iklim değişiminin bölge tarıma olası etkileri üzerine ise yeterli sayıda ve nitelikte araştırma bulunmamaktadır. Bölgede bulunan orman alanlarının gelişme durumu ve meteorolojik faktörlerle etkileşimleri de, tarım ve orman meteorolojisi açısından incelenmeye ihtiyaç duymaktadır.Bu amaçla, tez çalışmasında Trakya'da geniş arazilerde yetiştirilen tarla bitkileri (buğday, çeltik ve ayçiçeği) ile orman alanlarının (kızılçam, meşe ve kayın) kuraklık durumu 1975-2005 yılları arasını kapsayacak biçimde bitkilerin gelişme dönemleri boyunca normalin yüzdesi, standart yağış ve z indeksleri hesaplanarak yorumlanmıştır. Sürekliliği az ve hafif şiddetli kurak dönemlerin ağırlıkta olduğu saptanmıştır. Tarla bitkilerinin Büyüme Derece Gün (BDG) ve vernalizasyon değerleri de yine bitki gelişme dönemleri için belirlenmiştir. Kışlık buğday 1975-2005 arası ortalama gelişme döneminde bölgede gelişimini ortalama 2750 BDG ile tamamlamıştır. Buğdayın bölgede ayrıca ortalama 70 ve üzeri vernalizasyonlu güne ihtiyaç duyduğu saptanmıştır. Ek olarak, 1995-2002 yılları arası için temin edilen uydu verisi ile tarım ve orman alanlarındaki NDVI değişimi incelenmiş olup, bu değişimin BDG ve kuraklık indeksleri arasındaki ilişkisi de ayrıca araştırılmıştır. Gelişme dönemleri boyunca en yüksek ortalama NDVI değerlerinin 0.45 (buğday) ve 0.50 (çeltik) ile bitkilerin çiçeklenme döneminde kaydedildiği anlaşılmıştır. Orman alanlarında ise Haziran ayları kızılçam için 0.4, kayın ve meşe için ise 0.65 ortalama NDVI ile en yüksek yansıtım değerlerinin kaydedildiği dönem olmuştur. SYİ ile NDVI arasında, bazı yıllarda ortaya çıkan doğrusal ilişkilerin, tüm yılların gelişme dönemleri dikkate alındığında mevcut olmadığı görülmüştür. Öte yandan NDVI ile BDG arasında doğrusal olmayan, yüksek korelasyonlar belirlenmiştir.Dinamik ve karmaşık yapıda olan bitki gelişimi, kontrol edilemeyen birçok faktörün etkisi altındadır. Söz konusu faktörler arasında en önemli rolü oynayan meteorolojik faktörlerin Trakya Bölgesi'nde buğday ve çeltik gelişimine ve verimine olası etkileri de tez çalışmasında bitki iklim modelleri kullanılarak analiz edilmiştir. Öncelikle modellerin sıcaklık, yağış, toplam güneş radyasyonu ve CO2'deki değişimlere karşı hassasiyeti, CERES-Wheat ve CERES-Rice modelleri kullanılarak araştırılmıştır. Bu adımı, RegCm3 bölgesel iklim modelinin IPCC A2 senaryosuna göre 2071-2100 arası dönem için verdiği değişimlerden bitkilerin etkilenme derecesinin incelenmesi izlemiştir. Bölgesel iklim modelinin günlük çıktıları 2071-2100 yılları arasında olası en kurak ve en sıcak gelişme dönemlerinin belirlenmesi için düzenlenmiş ve bitkilerin (buğday, çeltik) gelişme ile verim durumlarının ekstrem meteorolojik koşullardan etkilenme durumu ortaya konmuştur. Kırklareli'nde ve Edirne'de kışlık buğday veriminin sırasıyla ortalama %9, ve %30 artış göstereceği, Tekirdağ'da ise %13 oranında azalacağı belirlenmiştir. Edirne'de çeltik veriminin de yaklaşık %53 azalacağı öngörülmüştür.Trakya Bölgesi gibi tarım ve orman faaliyetlerinin baskın olduğu bölgelerde kuraklık durumunun ve iklim değişiminin üretime olası etkilerinin bilinmesi, üreticiler ve karar vericiler açısından önemlidir. Bu tez çalışmasından elde edilen sonuçlar, belirtilen etkilerin bölgede ilk kez ortaya konduğu örnekleri temsil etmektedir. Bu sebepten tez sonuçlarının üreticilerle tarım ve orman meteorolojisi alanında karar verici konumda olan kişilere/kurumlara yararlı olması ümit edilmektedir.

Abstract:
Increasing concentrations of the greenhouse gases like CO2 cause global warming in the Earth?s atmosphere. Being one of the natural disasters, the drought is the most important consequence of the global warming among the many on our ecosystem. Climate change particularly affects the economies of semi-arid countries like Turkey, in which the agricultural activities generally depend on the precipitation amount and distribution. Hence, predicting the effects of climate change on agriculture and related areas is very important for decision makers. In recent years, drought has serious influences on agricultural production and water resources in many countries. Most of the agricultural areas cannot be irrigated due to the lack of technical foundations and water resources. This fact clearly shows that the drought and the climate change parameters should be monitored and determined together.Located in the northwestern part of Turkey, the Thrace has a considerable portion in the country?s agricultural production. The region is responsible especially for the main part of the sunflower and rice production in Turkey. In addition, the winter wheat production rate in Thrace is generally higher than that in the rest of Turkey. Furthermore, vineyard is popular in particular areas of the region. However, despite of this important role and impact on Turkey?s economy, there is not enough qualified study on the agrometeorological properties of the region (parameters of the vegetation dynamics such as growing degree days, etc.), drought and the possible effects of climate change on the region?s agriculture. In addition, the interactions between the expansion of the forest areas and the atmospheric parameters are to be investigated for the region from the point of view of agricultural and forest meteorology.In this study, three drought indices, namely the percentage of normal, z score and standardized precipitation indices have been calculated and interpreted for seasonal field crops (wheat, rice and sunflower) and forests (pine, oak and beech) during the years between 1975 and 2005 to take a first step for filling the gaps in the desired drought related research in the region. In general, dry periods were determined with low severities and continuities. Growing Degree Day (GDD) and vernalization calculations for the field crops have been applied additionally. Among the average growing seasons, the winter wheat collected 2750 GDD?s. In addition it has been calculated that the winter wheat needs 70 and more vernalization days to complete it?s average growth. Furthermore, variations in the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) on the agricultural and forest areas were estimated by using the satellite data from 1995 to 2002. Possible correlations with the GDD?s drought indices were also investigated. Highest average NDVI values were calculated for the flowering periods of wheat (NDVI=0.45) and rice (NDVI=0.50), consequently. June showed the highest mean NDVI?s for pine (NDVI=0.4), oak and beech (NDVI=0.65) when the forest areas were considered. Some growing periods showed nearly linear correlations between SPI and NDVI while this was not the case when the whole growing period were considered. On the other hand, very good nonlinear relationships between NDVI and GDD were estimated for both field crops and trees.It is very well known that the dynamics and complex structure of the plant growth are under the influence of many factors which are out of our control. Meteorological parameters are the dominant ones among these factors. Using crop growth simulation models, they have been handled by their possible effects on wheat and rice development and yield. At first, model sensitivities to temperature, precipitation, global radiation and CO2 have been done by using the CERES-Wheat and CERES-Rice models. This was followed by the investigation of the development and yield reactions of the crops to the IPCC A2 scenarios from 2071 to 2100. To achieve this, model database used daily output from the RegCm3 Regional Climate Model by considering the associated field coordinates. Future winter wheat grain yields were calculated as %9 and %30 increases for Kırklareli and Edirne where a decrease of 13% is expected for Tekirdağ. Furthermore, the rice yield in Edirne is expected to show a decrease of nearly %53. Additional RegCm3 data were arranged and adapted into CERES meteorology files to enable model runs for the hottest and driest growing seasons for the time interval of 2071-2100.Reliable information on the drought and the effects of climate change on the agricultural production is very crucial for the farmers and decision makers in the agricultural and forestry regions like the Thrace. The results of this study represent the first examples of the above mentioned effects for the region. In this connection, it is hoped that the results of this thesis will be useful for the interested persons and organizations.