Trend analysis of climate extreme indices for Turkey

Abstract

Dünya üzerindeki hayat, hava durumu ve iklim olaylarından ciddi şekildeetkilenmektedir. İklimin su kaynakları, tarım, sağlık, yaşam koşulları, ekonomi,toplum ve çevrenin üzerindeki etkisi kaçınılmazdır. Dolayısıyla, iklimdekideğişkenliği ve bunun olası etkilerini anlayabilmek gerekir. Bunun için de öncelikleiklim sistemi hakında temel bir fikre sahip olunmalıdır.Hava durumu belirli bir zaman ve yer için atmosferdeki değişimleri ifade eder.Örneğin, sıcaklık, yağış, bulutlanma, rüzgâr, nem gibi atmosferik parametrelerindeğişimi hava durumunun nasıl olduğunu ve kısa süreli olarak (birkaç gün veyahafta) içinde nasıl değişeceğini gösterir. Hava durumu tahminleri ancak bir kaç günveya maksimum iki hafta olacak şekilde yapılabilir.Bir bölgenin iklimi ise on yıllar üzerinden gözlenen hava durumlarının ortalamasıolmakla beraber burada değişkenliklerin ve uç olayların da hesaba katılması gerekir.Dünya üzerinde iklim bölgesel olarak değişiklikler gösterir. Burada topoğrafya veenlem farkı önem arz eder. İklim ayrıca zamana bağlı olarak da değişim gösterir. Buzaman ölçeği onlarca yıldan milyonlarca yıla kadar değişebilir. İklim değişkenliğidoğal bir süreç olmakla beraber günümüzde bu durum insan etkisiyle meydana geleniklim değişikliğinden dolayı ciddi anlamda önem kazanmaktadır. Bunun sonuçlarıyeryüzündeki hayatı önemli şekilde yüzyıllar boyunca etkileyecek kapasitededir.Özellikle günlük hayatı olumsuz yönde etkileyen uç olayların oluşumunun artması dabu insan kaynaklı iklim değişikliğinin sonuçlarındandır.Maksimum, minimum ve ortalama sıcaklık değerleri, yağış miktarı hava durumunubelirleyen iklim parametreleridir. Fakat kuraklık, sel, sıcak hava dalgası gibiistatistiksel olarak oluşma olasılığı az olan durumlar uç olaylar olarak nitelendirilir.Bunların yoğunluk ve oluşum sıklıkları toplumu, çevreyi ve ekonomiyi olumsuz birşekilde etkilemektedir. Örneğin, daha yüksek maksimum sıcaklıklar; sıcak havadalgalarına ve karasal alanlar üzerinde daha çok sıcak günlerin oluşumuna nedenolabilir. Aynı şekilde, şiddetli yağış olaylarının sıklığının artışı; taşkınların,heyelanların, toprak erozyonlarının artışına neden olur. Bunlar, günlük hayatınbirçok anlamda zorlaşmasına sebep olurlar. Dolayısıyla uç olayların bilimsel olarakincelenmesi ve gerekli tedbirlerin önceden alınabilme olasılığının arttırılması bukonuda hassas olan çevre, toplum ve ekonomi için büyük önem arz etmektedir.Bu çalışmalardan bir tanesi de WMO ve CLIVAR ortak iklim değişikliği belirleme,görüntüleme ve indis uzman grubu ETCCDI tarafından yapılmıştır. Bu çalışmada uçolayların analizi için günlük maksimum, minimum sıcaklık ve yağış verilerindentüremiş 27 çekirdek indis oluşturulmuştur. Örneğin yaz günleri ve tropik gecelersayısı ya da buz ve donlu günler sayısı gibi.Bu tez çalışmasında ETCCDI tarafından hazırlanan 27 indis referans olarakalınmıştır. Türkiye için 14-iklim indisinin 1965 – 2006 yılları arasındaki eğilimiincelenmiştir. Bu analizin yapılması esnasında kullanılan günlük maksimum veminimum sıcaklık ve yağış verileri Türkiye Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden 452istasyon için temin edilmiştir. Veri görselleştirme metodu ile tam veriye sahip olan134 istasyon seçilmiş ve belirtilen dönem için analizler tamamlanmıştır.Analizi yapılan indisler: donlu günler, yaz günleri, buz günleri ve tropik gecelersayısı, büyüme sezonu uzunluğu, Ocak ve Temmuz ayları için maksimumsıcaklıkların maksimumu, minimum sıcaklıkların maksimumu, maksimumsıcaklıkların minimumu, minimum sıcaklıkların minimumu ve günlük sıcaklık aralığıdeğerleridir. Günlük maksimum yağış miktarı, 5 günlük ardışık maksimum yağışmiktarı ve yağışın 10 ve 20 mm'den büyük olduğu günlere ait indisler için ayrıca tektek hesaplamalar yapılmıştır.Yöntem olarak parametrik olmayan Mann Kendall sıra korelasyon testiuygulanmıştır. Bu test nonparametrik olduğundan verilerin dağılımındanbağımsızdır. Bu metoda göre, testin uygulandığı zaman serisinde bir artış veyaazalma olup olmadığı sıfır hipotezi ile yani 'H0: eğilim yok' ile belirlenir. Grafikselolarak ifade edilen test sonucuna göre de eğilimin başlangıç yılı tespit edilir.Bu metotta orijinal gözlem değerleri yerine sıralı dizideki değerler kullanılarak testistatistiği ti değeri hesaplanır. Test istatistiğiitnin dağılımı, sıfır hipotezi altındayaklaşık normaldir. Daha sonra dağılım fonksiyonun ortalaması ve varyansı bulunur.Bunlar kullanılarak sınama örneklem değeriu(t)veu '(t)değerleri hesaplanır.İstenilen anlamlılık düzeyine göre eğeru(t) 0 ise artan, değilse (u(t) 0 ) azalanyönde bir eğilimin olduğu anlaşılır. Örneğin %5 anlamlılık düzeyinde 1.96 ( ) 1.96 u tiçin herhangi bir eğilim yoktur denir. Yaniu(t)değeri busınırlar içinde kalıyorsa herhangi bir trend olmadığı anlaşılır. Fakat bu sınırları artanya da azalan yönde aştığında istatistiksel açıdan önemli bir trendin varlığından sözedilir. Trendin başlangıç yılıu(t)veu '(t)grafiklerinin birbirini kestiği noktadanitibarendir. Ayrıca grafikler birçok noktada birbirini kesiyorsa yine herhangi birtrendin varlığından bahsedilemez.Bu çalışmada parametrik olmayan Mann Kendall sıra korelasyon testi 134-istasyoniçin uygulanmıştır.İlk olarak, Ocak, Temmuz, Ekim ve Mayıs aylarının yıllık maksimum ve minimumsıcaklık ve yağış analizleri tamamlanmıştır. İncelenen dönemde bu ayların verileritam olduğundan dolayı bu aylar seçilmiştir. Bu analizlerin sonuçları şu şekildedir.Mayıs, Temmuz ve Ekim ayları için yıllık maksimum sıcaklıklarda artışgözlemlenmiştir. Ocak ayı için ise mekânsal uyumluluk arzeden herhangi bir trenderastlanmamış bazı istasyonlarda artış, bazılarında ise azalma görülmüştür. Temmuzve Ekim aylarının yıllık minimum sıcaklıkları eğilimi mekânsal olarak uyumlu birartış göstermiş sadece Erzurum istasyonunda azalma görülmüştür. Mayıs ayıminimum sıcaklıkları için hem azalış hem artış gösteren istasyonlar mevcuttur. Yıllıkyağış eğilim analizinde ise herhangi bir trende rastlanmamıştır.14 indis için 1965 – 2006 yılları arasında yapılan analiz sonuçları ise şu şekildebulunmuştur. Donlu günler (FD) minimum sıcaklığın 0°C'den küçük olduğu günlersayısını göstermektedir. Bu indisin analiz sonucu mekânsal olarak anlamlı bir artış yada azalış eğilimi göstermemekle birlikte, kuzey kesimde bazı istasyonlarda bu günleriçin artış görülmektedir. xxiiiMaksimum sıcaklığın 25°C'den büyük olduğu günler yaz günleri, SU, olaraktanımlanmaktadır. Yaz günleri sayısıyla ilgili olarak incelenen indis sonucuna göre,bu günlerin sayısında ülke genelinde Güneydoğu ve Doğu Anadolu bölgeleri hariçolmak üzere, istatistiksel olarak anlamlı bir artış görülmektedir.Tropik geceler minimum sıcaklığın 20°C'den büyük olduğu güne tekabül etmektedir.Bu indis için bulunan sonuçlara göre, Marmara Deniz'i çevresi ve Akdenizkıyılarında bulunan istasyonlar ile kuzeydoğu Karadeniz'de bulunan istasyonlarda bugünlerde artış mevcuttur. Ayrıca Güneydoğu ve Doğu Anadolu bölgelerinde yer alanörneğin; Malatya, Bingöl, İspir, Keban, Siirt, Ceylanpınar, Samandağ ile EgeBölgesi'nde Çeşme, Denizli, Bodrum, Selçuk istasyonlarında da minimum sıcaklığın20°C'den büyük olduğu günlerde artış gözlemlenmiştir.Günlük maksimum sıcaklıkların aylık maksimum ve minimum değeri ve günlükminimum sıcaklıkların aylık maksimum ve minimum değerleri Ocak ve Temmuzayları için incelenmiştir. Ocak ayları için herhangi bir eğilim bulunmamakla birlikteTemmuz ayları için gözlemlenen eğilimler şu şekildedir: Günlük minimumsıcaklıkların aylık maksimum değeri için Ege ve Akdeniz kıyıları ile Marmara Deniziçevresindeki istasyonlarda, iç kesimde yer alan bazı istasyonlar ile Karadenizkıyısındaki birkaç istasyonda artış görülmektedir. Günlük maksimum sıcaklıklarınaylık minimum değerleri için Ege ve Akdeniz kıyıları ile Güneydoğu, İç Anadolu vekuzeydoğu Karadeniz'de ki bazı istasyonlarda artış görülmüştür. Günlük minimumsıcaklıkların aylık minimum değeri için Ege ve Akdeniz kıyıları, Marmara Deniziçevresindeki istasyonlar ile ülkenin batı, iç ve kuzey kısımlarında yer alan bazıistasyonlarda artış gözlenmiştir.Günlük sıcaklık aralığı (maksimum, minimum sıcaklıkları farkı) indisi analiziTemmuz ve Ocak ayları için şu sonuçları vermektedir. Ocak ayı için herhangi birmekânsal uyumluluk görülmemekle beraber bazı istasyonlarda azalan, bazı içistasyonlarda ise artan değerler mevcuttur. Örneğin, İnebolu, Giresun, Bafra, Silifke,Çankırı, Nevşehir, Ardahan, Van, Sarıkamış, Kireçburnu istasyonların da eğilimazalma yönündedir. Antalya, Dikili, Bodrum, Burdur gibi istasyonlarda da artışgörülmektedir. Temmuz ayı için ise günlük maksimum, minimum sıcaklık farklarıkuzeyde bulunan istasyonlarda artış, Akdeniz kıyı kesiminde ve güneydoğu vedoğuda bulunan bazı istasyonlarda ise azalış şeklinde görülmektedir.Buz günleri (ID) maksimum sıcaklığın 0°C'den küçük olduğu günler için analizsonuçlarında herhangi bir eğilim bulunamamıştır.Bütün bu sonuçlara göre yani günlük maksimum ve minimum sıcaklık verilerikullanılarak yapılan analiz sonuçlarına göre, Türkiye üzerinde iklim değişikliğininetkilerinin özellikle yılın sıcak dönemlerinde daha belirgin olduğu anlaşılmıştır.Büyüme sezonu uzunluğu (GSL) günlük ortalama sıcaklığın 5°C'den büyük olduğuilk 6 gün ile günlük ortalama sıcaklığın 5°C'den küçük olduğu ilk 6 gün arasındakigünler toplamını veren indis için de herhangi bir eğilim görülmemekle beraber, kıyıkesimlerinde bu sürenin 365 günü geçtiği dönemler olmuştur. Örneğin Samandağistasyonunda 1965, 1980, 2000 yıllarında günlük ortalama sıcaklık 365 gün boyunca5°C'nin altına düşmemiştir.Bir ay içindeki günlük maksimum yağış miktarı, 5 günlük ardışık maksimum yağışmiktarı, yağışın 10 mm'den (şiddetli yağışlı) ve 20 mm'den (çok şiddetli yağışlı)fazla olduğu günler sayısıyla ilgili analizleri yapılan indisler için Ocak, Temmuz,Mayıs ve Ekim ayları için herhangi bir eğilime rastlanmamıştır. Bu çalışmada, 134 istasyon için yıllık maksimum ve minimum sıcaklık ve yağışverileri ile 14 iklim indisinin eğilim analizi 1965-2006 yılları için yapılmıştır.Yapılan araştırmanın sonuçları göstermektedir ki; yıllık maksimum sıcaklıklar içinTemmuz, Ekim ve Mayıs aylarında Türkiye genelinde bir artış mevcuttur. Aynışekilde yıllık minimum sıcaklık değerleri Temmuz ve Ekim ayları için artışgöstermektedir. Yaz günleri ve tropik geceler sayısında artış olmakla beraber,büyüme sezonu uzunluğu ve buz günlerinde herhangi bir eğilime rastlanmamıştır.Ülke genelinde yağış deseni için de herhangi bir eğilim mevcut değildir. Aylıkmaksimum ve minimum sıcaklık değerleri Temmuz aylarında artış göstermekte fakatOcak ayları için herhangi bir eğilim bulunmamaktadır. Sonuç olarak ülke çapındamaksimum ve minimum sıcaklıkları etkileyen bir ısınma eğilimi olmakla beraber,yağış için herhangi bir eğilim bulunamamıştır

The climate system has a profound effect on life on the Earth. People's daily lifemainly depends on weather that surrounds them. Besides, wheather and climateextremes have significant influence on society, environment and the economy.Hence, it is very important to study them.ETCCDI defined 27 core indices for investigating extreme events. In this study 14indices from them has been analysed. Daily temperature and precipitation data for452 stations, obtained from Turkish State Metereological Service. In order toeliminate stations with missing values, data visualization method used and 134stations selected from 452 stations. These data were used for trend analysis of theseindices between the periods 1965 – 2006.The Sequentiall Mann Kendall non-parametric test applied for trend analysis of theindices. This version of the Mann Kendall test used to determine the beginning of atrend within a sample.Firstly, in this study annual maximum and minimum temperature trends examinedfor four months that were October, May, January and July. In addition, their annualprecipitation investigation have been done. According to this examination, annualmaximum temperatures of July', October and May showed increasing trends whereasthere was not any spatially coherent trend observed for January. Annual minimumtemperature investigation revealed that for July' there was spatially coherentincreasing trend throughout the country. In contrast, just one station indicateddecreasing trend that was Erzurum. Moreover, the same behavior observed forOctober' annual minimum temperatures also. Annual minimum temperatures forMay' indicate both increasing and decreasing trends for some stations. There was notany annual precipitation pattern found for these months.Secondly, trend analysis of 14 indices studied. According to this analysis, there wasno spatially coherent increasing or decreasing trend for `number of frost days`,though the few stations that indicate increasing behaviour were mainly in thenorthern half of the country. On the other hand, `numbers of summer days` havebeen increasing in Turkey; and the significant increases distributed throughout thecountry with the exception of Southeastern Anatolia region. For `tropical nights`,stations located around the Marmara Sea, Mediterranean coastal areas and northeastof the country showed increasing trends. There weren't any trends observed for`growing season length` and `icing days`.Trend analysis of monthly maximum temperatures of daily maximum and minimum,monthly minimum temperatures of daily maximum and minimum have been done forJanuary and July. No trends observed for January. However, there was an increasingtrend for monthly maximum value of daily minimum temperatures of July. This trendobserved along coastal areas, especially Aegean and Mediterranean regions and some stations around Marmara Sea. Furthermore, a few stations on the Black Sea coastlineand some inland stations showed this behavior also.Trend analysis of monthly minimum value of daily maximum temperature of Julyindicated an increasing trend along the Mediterranean and Aegean coastlines.Besides, the same behavior observed at some stations located in the Southeast,Central Anatolia and northeast of the Black Sea Region.Trend analysis of monthly minimum value of daily minimum temperature of Julyshowed an increasing trend along the Mediterranean, Aegean coastlines and somestations around Marmara Sea. Moreover, some stations in the west, central andnorthern part of the country.Trend analyses of daily temperature range done for January and July. For January,there wasn't any spatially coherent trends observed; some stations showeddecreasing; some Aegean coastline and inland stations indicated increasing trend.Trend analyses of July showed that stations mainly in the northern part of the countryindicated increasing trend wheras some stations located in the Mediterraean coastalareas and southeast and east part of the country showed decreasing behavior.Trend analyses of precipitation indices were done as well. However, there wasn't anytrend observed for monthly maximum 1-day precipitation, also monthly maximumconsecutive 5-day precipitation. Moreover, no trend observed for R10mm (annualcount of days when precipitation ≥ 10 mm) and R20mm.In this study, 134 stations annual maximum and minimum temperature andprecipitation data have been analysed for the period 1965-2006. In addition, 14climate extreme indices trends have been investigated for the same period.Consequences from this research revealed that; annual maximum temperature ofJuly, October and May indicated increasing trends. Besides, annual minimumtemperature of July and October showed increasing tendency throughout the country.However, there wasn't any precipitation pattern found for Turkey. In addition,increasing trend observed for number of summer days and tropical nights whereasthere weren't any spatially coherent trends observed for growing season length andicing days. Monthly maximum and minimum temperatures displayed increasingtrend for July. However, no trends observed for January. Hence, it may infer that theeffect of climate change on Turkey is more obvious in the warmer part of the year.