Başlıca iklim parametrelerinin bitki su tüketimine etkilerinin uzaktan algılama yöntemleri ile araştırılması

Abstract

Dünya genelinde en fazla üretimi yapılan tarım ürünlerinden birisi olan buğday,ülkemizde yaklaşık 9,5 milyon hektar alanda ekilmekte, yıldan yıla değişmekle birlikte20 milyon ton civarında ürün alınmaktadır. Farklı ekim bölgeleri için önerilen üründeseninin, o yörenin ekolojik koşullarına adaptasyon düzeylerinin ve kuraklık ya daaşırı yağış vb. değişen iklim koşullarının bitkilerin gelişimine olası etkilerininizlenmesi uzaktan algılama teknikleri ve CBS ile mümkün olmaktadır. Çalışmadaöncelikle yersel akıllı istasyonlar kullanılarak fenolojik gelişim dönemlerine görealgılanan SPOT 5 uydu görüntüleri ile bitki karakteristikleri ve farklı istasyonlardakiürün özellikleri incelenmiş olup, bitki gelişiminde farklılıklara neden olan ekolojikkoşullar ve ürünlerin adaptasyon farklılıkları bu doğrultuda belirlenmiştir. Bununlabirlikte; özellikle Güneydoğu Anadolu Bölgesi'nin kurak ve yarı-kurak koşullarında,sulama sistemlerinin planlanmasında sulama suyu ihtiyacının tahmini için bitkilerdengelen terleme ve altındaki topraktan gelen buharlaşma, su kaynakları ve hidrolojikçalışmalar açısından önemli faktörlerdir. Çalışmanın amaçlarından biri, uzaktanalgılama teknikleri ve CBS kullanılarak gerçek evapotranspirasyonun tahmini ile farklıtoprak gruplarında bulunan buğday ekili alanlardaki su ihtiyacının belirlenmesidir.Büyüme döneminde algılanan SPOT 5 görüntüleri, hem Normalized DifferenceVegetation Index (NDVI) ve Modified Soil Adjusted Vegetation Index (MSAVI)analizlerinin yapılması hem de buğday ekim dönemi aylarındaki bitki katsayılarınınoluşturulmasında kullanılmıştır.Hızla gelişmekte olan bir ülke olan Türkiye'de, artan nüfus için; sulu tarımürünlerinden yeterli miktarda, sanayi için; ucuz, sürekli ve kaliteli yenilenebilirenerjiye ve özellikle ortalama ulusal standartlara göre yaşam seviyesi düşük olanbölgelerde evsel kullanımlar için; kaliteli suya ihtiyaç duyulmaktadır. Atatürk Barajıdünyanın en büyük dördüncü kil merkezli kaya dolgu baraj olmakla birlikteTürkiye'nin enerji ve tarım sektörünün gelişmesinde önemli rol oynamaktadır.Güneydoğu Anadolu Bölgesi için geniş ölçekli bölgesel bir kalkınma projesi (GAP)merkez bileşeni olarak 1980'li yıllarda bu yarı-kurak bölgede Fırat Nehri üzerinde inşaedilmiştir. Atatürk Barajı'nın Güneydoğu Anadolu Bölgesi'ne agrometeorolojikyönden etkilerinin mekânsal ve zamansal değişimler açısından belirlenmesi bir diğeraraştırmadır. 1984 – 2011 yılları arasında çok zamanlı Landsat uydu görüntüleri vemeteorolojik veri setleri değerlendirilerek Atatürk Baraj Gölü'nde su rezervideğişimleri nedeniyle bölgedeki zamansal değişim ve bu değişimin çevresel etkileribelirlenmiştir. Geçmiş 30 yıldan günümüze, havzadaki bitkisel gelişimi etkileyendeğişen iklim koşullarında (yağış oranı, hava sıcaklığı ve nemdeki aylık, mevsimlikve yıllık farklılıklar), mevsimsel su rezervi değişimleri ve sulanan alanlar arasındakiilişkiler araştırılmıştır. Yüzey yansıtım ve Disturbance Index (DI) değişimlerini eldeetmek için; kullanılan tüm görüntülerde geometrik ve atmosferik düzeltmeler ileTasseled Cap (TC) dönüşümleri gerçekleştirilmiştir. Sonuç veri setleri, bitki örtüsügelişiminin zaman-mekânsal desenlerini karakterize etmek için lineer eğilimanalizinde kullanılmıştır. İklim ve arazi örtüsü/kullanımı ile tespit edilen ekolojikbirimlerde analizler gerçekleştirilmiştir.İklim, zamansal ve mekânsal ölçekte sürekli değişkenlik gösteren dinamik bir yapıyasahiptir. İklim elemanları içerisinde zamana ve mekâna bağlı olarak en fazladeğişkenlik gösteren parametre yağış miktarıdır. Sel, kuraklık, fırtına ve sert rüzgârlargibi ekstrem çevresel olaylar, toplum için ciddi sonuçlar doğurabilmektedir. Ekstremhava ve iklim olaylarındaki değişiklikler önemli etkilere sahip olup bu değişiklikler ilebaşa çıkma toplumun en ciddi sorunları arasındadır. Ekstrem iklim olayları sonucuoluşan zarar tüm dünyada artmaktadır. Avrupa Çevre Ajansı (EEA), `Avrupa 2012İklim Değişikliği, Etkileri ve Hasar Görebilirlik` raporunda; 1980'lerde 9 milyar €olan maddi hasarın, 2000'lerde 13 milyar €'ya arttığını belirtmiştir. Amerika BirleşikDevletleri Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi (NOAA), sadece 2011 – 2012 yıllarıarasında aşırı hava olaylarının 188 milyar$ hasara neden olduğunu bildirmiştir.Hidrometeorolojik ekstrem olayların ve zaman içerisindeki değişimlerinin anlaşılmasıve tanımlanması, tarım ve sosyo-ekonomik kalkınmanın sürdürülebilirliği açısındanönemlidir. Acil hava olayları planlaması, tarımsal ve havza yönetimi ve sigorta riskhesaplamalarının hepsi bu ekstrem olayların frekans bilgisinin doğruluğuna bağlıdır.Hidrolojik risk analizi ve tasarımında ekstrem yağışın belirlenmesi önemli birsorundur. Erozyon ve hidroklimatik ekstrem olaylar ile verimli toprak tabakasınınortadan kalkması özellikle Akdeniz iklim kuşağında bulunan yarı-kurak ve kurakbölgelerde ciddi bir sorundur. Noktasal frekans analizi uzun dönemli kayıtlargerektirmektedir. Türkiye'de uzun gözlem süreli yağış ölçekleri oldukça az olmaklabirlikte bunların çoğunun da yazıcısı bulunmamaktadır. Ayrıca pek çok yazıcı ölçekliistasyonlarda kaydedilen yağışların güvenilirliğinden şüphe edilmekte ve önemliekstrem veriler kaydedilememektedir. Meteorolojik istasyonlardan sağlanan yağışverileri her ne kadar hidrolojik modellerin doğruluğunu arttırsa da mekânsal olarakkapsama alanları sınırlıdır. Uzaktan algılama teknikleri, hem mekânsal hem dezamansal olarak yağış olaylarının sürekli gözlemlenmesine olanak sağlamaktadır.Çalışmanın son bölümünde, uydu yağış veri seti olarak Tropik Yağmur ÖlçümMisyonu (TRMM)-3B42 verisi, Güneydoğu Anadolu Bölgesi'ndeki yağışdeğişkenliğini karakterize etmek ve tarım ve hidrolojik uygulamalar için uydu yağıştahminlerinin değerlendirilmesi amacıyla günlük yersel yağış verileri iledoğrulanmıştır. TRMM uydusundan 1998 - 2012 yılları arasında elde edilen noktasalyağış verileri ile 7 adet yersel meteorolojik istasyondan elde edilen yağış verilerikullanılmıştır. Zaman-mekânsal desenler, yağış zaman serilerine uygun çeşitli dağılımfonksiyonlarının istatistiksel analizleri ile tanımlanmıştır. Dağılım fonksiyonlarınınuygunluğu özellikle şekil parametresinin davranışına göre incelenmiştir. Ayrıca,çalışma alanı üzerindeki yağış olaylarına ait mekânsal desenler ve korelasyonlar; 90.,95. ve 99. yüzde birlik hesaplamaları ile analiz edilmiştir. Bölgesel frekans ilişkileriile farklı yıllar için geri dönüş periyotları, seçilen en uygun dağılım ile oluşturulmuşolup, çalışma bölgesindeki mekânsal değişkenlik tanımlanmıştır. Piksel tabanlınoktasal frekans analizleri ile belirlenen bölgelerdeki mekânsal değerlendirmeleryapılmış ve uygun dağılım fonksiyon parametrelerine ait tematik haritalaroluşturulmuştur.

Wheat is one of the most over-production of agricultural products around the worldand in our country, about 9.5 million hectares of land is planted, 20 million tons ofproduct is obtained varies from year to year. Monitoring the potential impacts ofrecommended product pattern for different planting regions, levels of adaptation to theecological conditions of the area and changing climate conditions as drought orexcessive rainfall etc. on plant growth is possible with remote sensing techniques andGIS. In this study, first of all the plant characteristics and the product features ofdifferent stations were investigated by using ground stations and with the help of SPOT5 satellite images acquired within the periods of phenological development of theplant. Accordingly, the ecological conditions causing variations in plant developmentand the adaptation differences of the products were identified. In addition,transpiration from plants and evaporation from the underlying soil is an importantfactor in water resources and hydrological studies, for estimating irrigation waterrequirements when planning irrigation systems, especially in arid and semi-aridconditions of South-Eastern Anatolia region. One of the aim of the study is to designatethe water requirement for wheat fields cultivated on different soil types by estimatingthe actual crop evapotranspiration of wheat crop by using Remote Sensing techniquesand Geographical Information Systems. SPOT 5 images acquired on growing seasonwere used to determine the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI),Modified Soil Adjusted Vegetation Index (MSAVI) and to generate the cropcoefficients for each month of wheat crop season.As a rapidly developing country Turkey, needs sufficient amount of irrigatedagricultural products for growing population; cheap, continuous and high qualityrenewable energy for the industry; qualified water for domestic uses especially for theregions that are having low level of life standards with respect to the national averagestandards. The Atatürk Dam is the fourth largest clay-cored rock fill dam in the world,which plays an important role in the development of Turkey's energy and agriculturesector. It was constructed on the Euphrates River located in semi-arid SoutheasternTurkey in the 1980s as the central component of a large-scale regional developmentproject for the Southeastern Anatolia region (GAP). Determination of the impacts ofthe Atatürk Dam on agro-meteorological aspects to the Southeastern Anatolia regionis yet another investigation in terms of spatial and temporal variations. Changedetection and environmental impacts due to water-reserve changes in Atatürk DamLake have been determined and evaluated using multi temporal Landsat satelliteimageries and meteorological datasets within a period of 1984 to 2011. Therelationships between seasonal water reserve changes and irrigated plains underchanging climatic factors primarily driving vegetation activity (monthly, seasonal, andannual fluctuations of rainfall rate, air temperature, humidity) on the watershed havebeen investigated from the previous ~30 years to present conditions. For all images,geometric and atmospheric corrections and Tasseled Cap transformations were carriedout to attain changes in surface reflectance and denoting disturbance of Landsatreflectance data. The resulting dataset was used in a linear trend analysis tocharacterize spatiotemporal patterns of vegetation-cover development. Analysis hasbeen conducted in ecological units that have been determined by climate and landcover/use.Climate has a dynamic structure denoting perpetual variability in temporal and spatialscales. Depending on space and time, rainfall amount has the most variation in thecomponents of the climate system. Extreme environmental events, such as floods,droughts, rainstorms, and strong winds have severe consequences for human society.Changes in extreme weather and climate events have significant impacts and areamong the most serious challenges to society in coping with a changing climate. Thecost of damage caused by extreme climate events is rising all over the world. TheEuropean Environment Agency (EEA) report (`Climate Change, Impacts andVulnerabilities in Europe 2012`) stated that the cost of damage had increased from €9 billion in the 1980s to €13 billions in the 2000s. In the United States, the NationalOceanic and Atmospheric Administration (NOAA) reported that $188 billion indamage was caused by the severe weather events in 2011 and 2012. Understandingand identifying hydrometeorologic extreme events and their changes through time arekey in sustaining agriculture and socio-economic development. Planning for weatherrelatedemergencies, agricultural and reservoir management and insurance riskcalculations, all rely on knowledge of the frequency of these extreme events. Theassessment of extreme precipitation is an important problem in hydrologic riskanalysis and design. Erosion and removal of the fertile soil layer through hydroclimatic extreme events is also a serious problem in semi-arid to arid regions,especially in Mediterranean climates. Accurate measurements of precipitation on avariety of space and time scales are important to climate scientists and decisionmakers, including hydrologists, agriculturalists and emergency managers. Thehistorical record of precipitation observations is limited mostly to land areas whererain gauges can be deployed, and measurements from those instruments are sparse overlarge and meteorologically important regions of the Turkey, such as over theSoutheastern Anatolia Region. While rain gauge measurements are often used to tunehydrologic models, they are limited by their spatial coverage. Remote sensingtechniques using space borne sensors provide an excellent complement to continuousmonitoring of rain events both spatially and temporally. In the last part of the study,the Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM) satellite rainfall dataset has beenvalidated with daily rain gauge measurements in order to characterize rainfallvariability and to evaluate satellite rain estimates for agricultural and hydrologicalapplications in the Southeastern Anatolia region. The precipitation retrievals from theTRMM satellite were compared with data from seven surface rain gauges within theperiod of 1998 - 2012. Spatiotemporal patterns through statistical analyses wereidentified by fitting various distribution functions to the rainfall time series, and thefitting results were analyzed focusing on the behavior of the shape parameter. Spatialpatterns and correlations of rainfall events across the study area were also analyzed bythe calculation of the 90th, 95th and 99th percentiles. Regional frequency relationshipand the recurrence intervals for different years were constituted using the chosen themost appropriate distribution and the spatial variability in the study region has beendescribed. Thematic maps of the appropriate distribution function parameters wereproduced by performing the spatial evaluations of the designated regions with pixelbasedpoint frequency analysis.