Nijer`de iklim endeksleri ile ilişkili meteorolojik kuraklık analizi ve tahmini: Dalgacık-ANFIS yaklaşımı

Abstract

Bu tez çalışmasında Standartlaştırılmış yağış indeksi (SYİ) ve standartlaştırılmış yağış evapotranspirasyon endeksine (SYEİ) dayanarak Nijer'deki meteorolojik kuraklık değişkenliği ve bunun 16 büyük ölçekli iklim endeksi ile bağlantısı homojen yağış bölge ölçeğinde analiz edildi. 1950-2016 dönemini kapsayan 158 istasyonun aylık yağış eksik verileri tamamlanması ve homojenlik analizleri yaptıktan sonra, temel bileşenler analizi kullanarak Nijer'de homojen yağış bölgeleri (HR) tanımlandı. Her tanımlanan HR için üç ay ölçekli SYİ ve SYEİ metotlarıyla kuraklık süresi, yoğunluğu ve şiddeti değerlendirildi. SYİ ve SYEİ zaman serilerinde, Mann-Kendall testi ve sürekli dalgacık dönüşümü yaklaşımları uygulanarak sırayla kuraklık eğilim ve periyodiklik analizleri yapıldı. SYİ ve SYEİ ile iklim endeksleri arasındaki bağlantıları değerlendirmek için doğrusal çapraz korelasyon analizi ve çapraz dalgacık analizi metotları kullanıldı. Daha sonra en etkili olan iklim endeksleri adaptif sinirsel bulanık çıkarım sistemi (ANFIS) ve birleşik dalgacık-ANFIS yaklaşımlarına dayanan bir kuraklık tahmin modeline girdi değişkenleri olarak kullanıldı. Sonuçlara göre tanımlanan dokuz HR'lerin her birinde, 1990'lardan sonra kuraklık süresi, şiddeti ve dönüş süresini 1970'ler ve 1980'lere göre önemli bir azalma göstermektedir. Ancak, 1990'lardan sonra bazı yoğun kuraklık olayları da meydana gelmiş; hem de trend analizinden tüm HR'lerde kuraklık yoğunluğun artması göstermektedir. Ayrıca, SYEİ serilerinde bulunan aşağı düşüş eğilimin büyüklüğü, SYİ serilerindeki eğiliminden daha yüksektir; bu da küresel ısınmanın Nijer'deki kuraklık oluşumuna etkilerini göstermektedir. Son olarak, Atlantik on yıllarca salınımı, Atlantik havzasının nispi nemi, Kuzey Atlantik deniz yüzeyi sıcaklığı, zonal rüzgar gibi iklim endeksleri dalgacık-ANFIS tahmin modelinde kullanarak Nijer üzerinde maharetli kuraklık tahmin değişkenleri olduğu bulundu.

In this study, based on a 3-month scale standardised precipitation index (SPI) and standardised precipitation evapotranspiration index (SPEI), meteorological drought variability and its connection with 16 large-scale climate indices were analysed at a homogeneous rainfall region (HRs) scale in Niger. The rainfall data of 158 stations spanning the period 1950-2016 were used to identify HRs over the country using principal component analysis (PCA) technique. For each identified HR, the SPI and SPEI were computed as drought quantifying parameters through which drought duration, intensity and severity were assessed. Drought trend analyses were performed using Mann-Kendall (MK) test and trend-free pre-whitening MK test, whereas periodicity analysis was achieved using continuous wavelet transform. The teleconnection between the drought indices and the climate indices was assessed using linear cross-correlation analysis and cross-wavelet analysis. The most influential climate indices were then considered as input variables in a drought prediction model based on adaptive neuro fuzzy inference system (ANFIS) and a combined wavelet-ANFIS approach. In all of the nine identified HRs, a significant decrease in drought duration, severity and frequency was found after the year 1990 in comparison to the 1970s and 1980s. However, some intense drought events, with relatively short durations, were observed after the 1990s. In addition, the trend analysis showed a degradation of drought conditions in all of the HRs. Moreover, the magnitude of the downward trends found in the SPEI series is higher than those of the SPI series, therefore, showing the negative impact of global warming over the country's climate. Finally, the Atlantic multidecadal oscillation, the relative humidity from the Atlantic basin, the sea surface temperature from the Atlantic basin, zonal wind and several other climate indices were found to be skilful drought predictors over Niger by using the wavelet-ANFIS forecasting model.