Detecting climate in Turkey : an investigation of urban effects

Abstract

ÖZET Göreceli homojenlik testlerini kullanarak meteorolojik zaman serilerindeki homojen olmayan değişimleri tesbit eden bir metod seti geliştirilmiştir. Bu metod seti, grafik analizin, non-parametrik Kruskal-Wallis homojenlik testinin and Wald- Wolfowitz runs testinin yüksek korelasyonla istasyonların yıllık ortalama sıcaklık serilerinin farklarına uygulanmasından oluşmuştur. Bu testlerin bireysel olarak verimliliklerini test etmek için bir seri Monte Carlo simulasyonu gerçekleştirilmiştir. Yöntem, ortalamadaki değişim büyüklüğünü ve zamanını vermesi açısından istatistiki olarak faydalı bulunmuştur. 82 tane Türkiye meteoroloji istasyonunun yıllık ortalama sıcaklık serisinin farklarına uygulanması sıcaklık zaman serilerini test etmede değerli bir yöntem olduğunu ortaya koymuştur. Türkiye'deki iklim değişimini hesaplayabilmek ve şehir etkisinin iklim değişimi üzerindeki boyutlarını belirleyebilmek için 1951-90 periyodunda homojen bulunmuş 50 istasyonun ve homojenlik açısından ayarlanmış 4 istasyonun sıcaklık serileri kullanılmıştır. İki küme oluşturulmuştur; büyük şehir istasyonlarını içeren Sİ, ve kırsal, küçük ve orta büyüklükteki şehir istasyonlarını içeren S2. Normalize edilmiş 'Kendall trend testi katsayılarını', uzaysal enterpolasyon yöntemi, Kriging, ile gridleyerek sıcaklıktaki trendin kontur şekilleri oluşturulmuştur. Bulgular, ortalama sıcaklıklarda özellikle kuzey bölgelerinde olmak üzere istatistiki olarak belirgin bir soğuma ve minimum sıcaklıklarda ise şehirleşmiş bölgeler civarında ısınma ortaya koymuştur. Mevsimsel analiz, belirli soğumanın genelde yaz aylarında, ısınmanın ise ilkbaharda yaygın olduğunu göstermiştir. Zaman serileri üzerinde uygulanmış lineer regresyon metodu, 40 yıllık periyod boyunca ortalama sıcaklıklarda 0.24 °C ve minimum sıcaklıklarda 0.56 °C'lık belirli bir şehirsel etkinin olduğunu açığa çıkarmıştır. 0.24°C/40 yıl'lık bir şehirsel etki dünyanın üç ayrı bölgesinde bulunandan çok daha büyüktür. Türkiye geneli için ortalama alındığında, kırsal istasyon kümesi S2, ortalama sıcaklıklarda -0.40 °/40 yıl büyüklüğünde bir soğumanın olduğunu göstermektedir. Mikro-ölçekli analizler vasıtası ile İstanbul'un güneyindeki şehirsel ısı adası etkisi %95 güvenilirlik seviyesinde bulunmuştur. İstanbul'un kuzeyindeki istasyonların bireysel sıcaklık serilerinde ise soğuyan bir trend tesbit edilmiştir. İstanbul'un güney kesimlerindeki şehirleşme ve endüstrileşme, bölgesel soğuma üzerinde negatif etki yapmaktadır. Türkiye'deki büyük şehirlerin saat 21.00' deki ortalama sıcaklık serilerinin bireysel analizi, en şiddetli bölgesel ısınmanın ilkbaharda ve en zayıfının ise sonbahar ve kış mevsimlerinde olduğunu ortaya koymuştur. Sıcaklığın tam aksine, yağış serilerinde istatistiki olarak belirgin bir şehirsel etkiye rastlanmamıştır. vı

ABSTRACT A series of methods are described whereby climatological time series can be detected for inhomogeneities using relative homogeneity techniques. The methodology includes graphical analysis, non-parametric Kruskal-Wallis homogeneity test and Wald-Wolfowitz runs test application to the difference annual mean temperature series of the highly correlated stations. A series of Monte Carlo simulation studies is carried out which determined the detection efficiencies of those tests. The procedure is statistically rigorous and provides estimates of the time and magnitude of change in the mean. Its application to 82 Turkish climate stations difference annual mean temperature series indicates that the method is a valuable tool for testing temperature series. With a view to estimating climate change and its urban induced bias in selected Turkish cities, we have used temperature data from the period 1951 to 1990 recorded by 54, 4 of which are corrected for their inhomogeneities. Two sets are produced; SI, including the large urban stations, and S2, consisting of rural, small urban and medium urban stations. Normalized Kendall trend test coefficients with a spatial prediction scheme, kriging, is used to construct spatial patterns of trend on Turkey. Results reveal a statistically significant cooling in mean temperatures mostly in northern regions and warming in minimum temperatures specific to large urban areas. Seasonal analysis shows that most of this significant cooling has been occurring in the summer and warming in the spring. Linear regression method performed on temporal series resulted in a significant urban bias of 0.24 °C per 40 years on mean temperatures and 0.56 °C/40-years on minimum temperatures. Mean temperatures of S2 set, when averaged, put forward that there is a cooling of magnitude -0.40°C/40 years in Turkey. An urban bias magnitude of0.24°Cl40 years on mean temperature is much greater than the results found on other three regions of the earth (0.05°C!l00 years). By conducting analysis on a micro-scale, a 95% significant urban heat island effect is found in the southern Istanbul. Northern Istanbul stations do not show any warming trend; instead, they have a cooling trend. Urbanization and industrialization in the southern part of Istanbul has a negative effect on regional cooling. Seasonal analysis of individual 21.00 hour temperature series for large cities of Turkey suggest that regional warming is strongest in spring and weakest in autumn and winter. On the contrary, almost no significant urban effect on precipitation can be detected.