Effect of surface characteristics of Istanbul and its outskirts on the local weather circulation

Bir bölgenin yerel hava akışını, kara-deniz meltemi, şehir ısı adası gibi farklı yüzeylerin termal özelliklerinin neden olduğu mezo-ölçek sirkulasyonlar etkilemektedir. Bu çalışmada, hem stratejik açıdan önemli olan hem de Türkiye’nin en kalabalık şehri olan İstanbul ve çevresi için yerel hava akışı incelenmiştir. Şehrin morfolojisinin ve şehirleşmenin yerel hava akışına yapmış olduğu katkıyı göreceli olarak incelemek için duyarlılık testleri, atmosferik-meteorolojik sayısal model yardımı ile gerçekleştirilmiştir. Dinamik modelleme, duyarlılık testlerinin gerçekleştirilmesi sırasında kullanılan yöntemdir. Bu çalışmada, üç boyutlu, hidrostatik olmayan mezo-ölçek model Operational Multi-scale Environment model with Grid Adaptivity (OMEGA) kullanılmıştır. İstanbul Boğazı’nın etkisi ve hafif yükseltilerden oluşan şehir topoğrafyasının meydana getireceği etki de bu çalışmada incelenmiştir. Duyarlılık testleri kurgulanırken, mümkün olabilecek en basit durumdan mevcut duruma kadar yapılan çeşitli değişikliklerle akış özellikleri incelenmiştir. Topoğrafyanın olmadığı ve tek bir arazi örtüsünün kullanıldığı bölge üzerindeki mevcut su yüzeylerinin etkisinin de izole edildiği test en basit durum olarak düşünülmüştür. Daha sonra İstanbul Boğazı ilave edilerek boğaz etkisi incelenmiştir. Büyük ölçek hava akışlarının etkisini anlamak için ise farklı jeostrofik rüzgâr yönü ile benzeşim yapılmıştır. Bu testlere topoğrafya ve mevcut arazi örtüsü de ilave edilerek simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, Boğaz’ın kanal etkisi yarattığı ve topoğrafyanın varolan akışı kuvvetlendirdiği gözlenmiştir. Boğaz boyunca yer alan yerleşimin ise deniz melteminin kıyıdan içeriye dogru ilerlemesini engellediği belirlenmiştir. Ayrıca sinoptik ölçekli rüzgârın yön değişiminin yerel akışı etkilediği de elde edilen önemli bir sonuçtur.    Anahtar Kelimeler: Karadeniz meltemi, şehir ısı adası, dinamik modelleme.Atmospheric motion is affected by wide range of scales from a few milimeters to thousands of kilometers. Therefore, it is crucial to understand the behavior of the atmospheric flows on these scales. Although all of these scales play a role on the transport and dispersion of the pollutants, mesoscale atmospheric processes are significant over the traveling time and distance for short and long range transport and dispersion of pollutants. Thermally and terrain induced circulations contribute to the transport and dispersion pattern of the pollutants via terrain characteristics and the surface inhomogeneities. Besides, growing urbanization modifies the mesoscale circulation characteristics. The response of the local scale circulation to the other scales or its interaction with them influences the characteristics of pollutant transport by means of the modified mesoscale circulation. Therefore, understanding mechanism of the development and evolution of small scale flow features and their interaction with large scale flow features is one of the desires. Mesoscale circulations such as sea-land breeze, urban heat island are controls our local atmosphere. Theoretically, the mechanism behind the development of the sea-land breeze circulation has been known since 1800s. Thermally-induced circulations, sea-land breeze and urban heat island, occur depending on the difference on the heating and cooling of the underlying surface. Heat capacity difference between land and water triggers the onset of the sea-land breeze. Similar to the sea-land breeze circulation, urban heat island circulation occurs due to the heat capacity difference between the urban and rural areas. Although mechanisms of the thermally-induced circulations are known, the interaction between other mesoscale features (such as mountain-valley wind) or large scale circulations is important and it changes by the properties of the location. Since the shorelines are preferred as a residential area, it is unavoidable to encounter the interaction between the sea-land breeze and the urban heat island. In addition to these circulations, topography makes the contribution to the local flow. The present research is concentrated on the mesoscale circulations, sea-land breeze and urban heat island. Since the dynamic downscaling is very useful tool while studying sensitivity studies, the idealized numerical simulations are performed using a fully non-hydrostatic three-dimensional numerical model OMEGA with its unstructured grid. The unstructured grid enables us to resolve land and water boundaries better than the other mesoscale models which use structured grid. The more detailed information about the land cover benefits us to study mesoscale circulation. It should be kept in mind that it is not possible to solve any small properties of the domain even using unstructured grid. Uniform initial flow is utilized at horizontal and vertical directions. The study is focused on Istanbul since it is the longest and the most crowded city in Turkey and also the wide range of data availability for direct comparison. Since each feature of a region affects the local flow, relative effects of geographic features on the local circulation are exemplified by means of the idealized simulations. Simulations are conducted starting from very simple case to a complex one, which means that contribution of each feature is added one-by-one to the domain.  For instance, as a simple case, surface is set to the flat, and a uniform land-use and land cover map is used. Then after, effect of the presence of a strait is investigated adding the Bosphorus strait to the domain. Topographic effect is also analyzed including model resolved topography. Finally, current land-use types and land-water properties are used with different large scale flow directions to investigate effect of the urbanization. Although studies in the literature have showed that smooth topography has no influence on the circulation, topography-induced effect is observed over the hilly topography of Istanbul. Results show that the Bosphorus strait channeled the air flow that is blowing from the north through the Bosphorus. This channeled flow is enhanced when the topography is added to the domain. Significant contribution to the local flow comes from urbanization by arranging the sea-land breeze existence or penetration over the domain. The presence of the urban area causes a convergence over the urbanized area by hindering the inland penetration of the sea breeze. Results indicate that the flow over Istanbul converges at a point depending on the surface properties which are utilized in the sensitivity simulation. The southwesterly flow direction prevents the existence of the land breeze that is observed under the northeasterly flow condition. Keywords: Sea-land breeze, urban heat island, dynamic modeling

Analysis of the atmospheric and oceanic circulations of the southern ocean with the help of numerical models

Bu çalışmada amacımız, Güney Okyanusu üzerindeki rüzgar dinamiklerini ve bunun okyanus devinim sirkülasyonu üzerindeki etkisini incelemektir. Bu amaçla, atmosfer ve bileşik okyanus-deniz buzu yüksek çözünürlüklü bölgesel modelleri ayrı ayrı koşturulmuştur. 2007 ve 2013 yılları arasında eşzamanlı olarak üç benzetim gerçekleştirilmiştir. İlk benzetim, gözlemlenen deniz yüzeyi sıcaklığı ve deniz buzu konsantrasyonu tarafından zorlanan sadece atmosfer bölgesel modelidir. Model, ortalama deniz seviyesi basıncı, 2 metre hava sıcaklığı, yukarı atmosfer jetleri ve Stratosferik Polar Vortex gibi önemli atmosferik özelliklerin mevsimselliğini başarıyla yakalamıştır. Model, Antarktika'daki gözlem istasyonlarıyla uyumluluk göstermektedir. İkinci benzetim, reanaliz atmosferik veri seti ile zorlanan kontrol okyanus-deniz buzu bileşik bölgesel modeldir. Okyanus modeli, deniz yüzeyi sıcaklık gradyanını doğru şekilde yakalamayı başarmıştır. Drake Geçidi'ndeki taşınım değerleri gözlemler dahilinde yaklaşık 152 Sv'dir. Son olarak, Güney Okyanusu üzerindeki bölgesel rüzgar gerilmesinin 1,5 kat arttığı bir duyarlılık benzetimi de yapılmış ve daha güçlü Drake Geçidi taşınımı ve Deacon Hücresi sirkülasyonu gözlemlenmiştir. Bu çalışma ileride gerçekleştirilebilecek Güney Okyanusu tamamen bütünleşik atmosfer-okyanus modeli geliştirilmesi için kapasite ve kabiliyetlerin ortaya konmasını sağlamıştır.In this study, our aim is to investigate Southern Ocean wind dynamics and its impact on the ocean overturning circulation. To this end, we performed atmosphere and ocean-sea ice coupled regional high-resolution models separately. We conduct three concurrent simulations spanning between 2007 and 2013. The first simulation is atmosphere only regional model forced by observed sea surface temperature and sea ice concentration. The model successfully captures important atmospheric properties such as mean and seasonality of the sea level pressure, 2 meter air temperature, upper level jet, Stratospheric Polar vortex. The model compares well against the observation stations throughout the Antarctica. The second simulation is the control ocean-sea ice coupled regional model forced with reanalysis atmospheric dataset. In the ocean model, we capture the sea surface temperature gradient. The transport at the Drake Passage is around 152 Sv which is within the observation values. Finally, we conduct a sensitivity simulation where the zonal wind stress over the Southern Ocean is increased 1.5 times. This leads to stronger Drake Passage transport and Deacon Cell overturning circulation in the model. This study has provided to demonstrate the capacity and capabilities to develop a Southern Ocean integrated fully coupled atmosphere-ocean model that can be carried out in the future

Report on WRF model sensitivity studies and specifications for the mesoscale wind atlas production runs:Deliverable D4.3

This report describes the sensitivity studies performed with the mesoscale model WRF in preparation of the mesoscale wind atlas production runs. The objective of this work was to find a model setup that is not just a best practice setup but well-founded and based on scientific evaluation. We started with performing some initial sensitivity experiments changing the PBL scheme and the initialisation of the model. The work was distributed among several partners, each conducting the same set of experiments but on a different domain. The objective of this first phase was to ensure that everybody speaks the same language in terms of applying WRF in the context of NEWA. The results were analysed and compared in terms of the mean wind climate. To draw conclusions regarding the quality of the experiments, the results of one domain were compared to tall mast observations. Overall the model showed a good performance with slightly better results for one of the two tested PBL schemes (MYNN) and weekly initialisation of simulations (compared to daily). In the next phase, further sensitivity tests were conducted for one of the previously defined domains, varying a multitude of parameters as e.g. model version, vertical resolution, forcing data and land surface parameterisation. These studies showed that virtually each parameter change is affecting the results in some way, while significant effects on the wind climate are mostly obtained by changes in physical parameterisation e.g. PBL scheme, representation of the land surface and surface roughness. However, also non-physical parameters as the simulation length and the domain size affects the results considerably. The results suggest to use rather small domains and not too long simulations (in the order of 1–2 weeks). One of the objectives of NEWA is to create a probabilistic wind atlas, i.e. to provide uncertainty information to the mesoscale wind atlas (see Deliverables D3.1 and D4.4). This will be achieved by generating an ensemble of WRF simulations with different model configurations. While the final ensemble to be run over the complete NEWA domain will only include a few members, a much larger ensemble was run for a smaller sub-domain to find the ensemble members that generate the largest spread and will be used in the final NEWA ensemble. A second objective of this initial large ensemble was to find an optimal setup for the mesoscale production run. Based on the experience gained in the previous sensitivity experiments, a 47-member ensemble was assembled and run. The individual members were compared against each other, as well as against tall mast observations. Different metrics were explored to assess the performance of the members, i.e. not only the usual statistical measures as RMSE, BIAS and correlation but also metrics that compare the wind speed distributions. In the final part of this report we present the ultimate WRF setup for the NEWA production run that was run between August 2018 and March 2019 on the MareNostrum supercomputer in Barcelona

İstanbul Bölgesi Üzerindeki Mezo-ölçek Akışın Ve Kirletici Taşınım Paterninin Sayısal Olarak İncelenmesi

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü, 2009Thesis (Ph.D.) -- İstanbul Technical University, Eurasia Institute of Earth Sciences, 2009Atmosferik hareket, birkaç milimetre'den birkaç kilometere'ye kadar geniş bir ölçek aralığından etkilenir. Bu nedenle, atmosferik akışın bu ölçeklerdeki davranışını anlamak oldukça önemlidir. Bütün bu ölçeklerin kirletici taşınım ve yayılımında önemli rolü olmasına rağmen, mezo-ölçek atmosferik işlemler, kirleticilerin kısa ve uzun mesafeli taşınım ve yayılımı için taşınma zamanı ve mesafesi üzerindeki rolü bakımından önemlidir. Termal ve topoğrafya etkisi ile oluşan sirkülasyonlar, topoğrafya karakteristikleri ve homojen olmayan yüzeyler yardımı ile kirleticilerin taşınım ve yayılımına katkıda bulunur. Bunların yanısıra, artan şehirleşme de mezo ölçek dolaşım karakteristiklerini değiştirmektedir. Lokal ölçekteki dolaşımların diğer ölçeklerdeki hareketlere tepkisi ya da onlarla olan etkileşimi, mezo-ölçek dolaşımların kirletici taşınım karakteristiklerini etkiler. Bu nedenle, küçük ölçek akışların oluşum ve gelişimi ve küçük ölçek hareketlerin büyük ölçek haraketlerle ekileşimini anlamak gerekmektedir. Bu çalışmada, kara-deniz meltemi, şehir ısı adası gibi mezo-ölçek dolaşımlar incelenmiştir. Çalışmanın ilk kısmında, İstanbul'da şehirleşmenin istatistiksel ve sayısal olarak incelenmesi üzerinde durulmuştur. Mann-Kendall trend testi, İstanbul'daki trendin olumasını ve önemini ve ani trend değişikliğinin başlamasını belirlemek için, şehir, banliyö ve kırsal alanlardaki gözlem istasyonlarının minimum sıcaklık verilerine uygulanmıştır. Bununla birlikte, sınırlı alan, hidrostatik olmayan ve topoğrafyayı takip eden koordinatları kullanan, bir mezo-ölçek atmosfer model olan MM5'da modelleme analizlerinde kullanılmıştır. Mann-Kendall istatistik testi şehir ve kırsal alanlar arasındaki minimum sıcaklıklarda istatistiksel olarak anlamlı pozitif bir trendin olduğu gözlenmiştir. Mevsimsel analizler ise, şehirleşmenin yaz aylarında hakim olduğunu göstermiştir. Artan nüfus ile birlikte trenddeki ani değişikliklerin 1970 ve 1980'li yıllarda meydana geldiği tespit edilmiştir. Model çalışmaları ise, İstanbul'un genişleyen şehir sınırları ile birlikte şehir ısı adasının da 1951'den 2004'e genişlediğini göstermiştir. Temmuz ayı için gerçekleştirilen, geçmiş ve şuanki durumu temsil eden şehir görünümü benzeşim farklarından, şehrin Avrupa ve Asya yakasında, iki-hücreli şehir ısı adası yapısının varlığı tespit edilmiştir. İki benzeşim için, yüzey sıcaklığındaki maksimum fark yaklaşık 1oC'dir. Model çalışması, şehrin hakim kuzeydoğulu rüzgar hızının ve subuharı karışma oranının azaldığını göstermiştir. Şehirleşmenin neden olduğu ısınma etkisi, şehir üzerinde 600-800 m yüksekliğe kadar etkisini sürdürmekte ve yukarı seviyelerde meydana gelen iki ısı adası hücresi birleşmektedir. Çalışmanın ikinci kısmında, idealize edilmiş sayısal benzeşimler, kara-deniz meltemi ve şehir ısı adası gibi mezo-ölçek dolaşımların İstanbul'un yerel akışına etkisinin detaylı olarak incelenmesi için gerçekleştirilmiştir. Kara-su sınırlarını daha iyi cozen bir grid tekniğine sahip olmasından dolayı, düzensiz (unstructured) grid yapısı olan üç boyutlu hidrostatik olmayan sayısal bir model olan OMEGA, yataydaki homojen başlangıç rüzgarı, yerden modelin en üst atmosferik sınırına kadar kullanılarak ideal sayısal benzeşimler yapmak için çalıştırılmıştır. Yapılan ideal sayısal benzeşimler yardımı ile, göreceli olarak bölgenin coğrafi özelliklerinin; İstanbul Boğazı'nın ve şehirleşmenin lokal dolaşımlara etkisi incelenmiştir. Yapılan önceki araştırmalarda, topoğrafyanın yüksek olmadığı bölgelerde, topoğrafyanın lokal sirkülasyona etkisi olmadığı ifade edilmesine rağmen, İstanbul ve çevresinde varolan topoğrafyanın dolaşımı etkilediği görülmektedir. Sayısal modelin farklı başlangıç rüzgarları ile de benzeşim çalışmaları yapılmış ve dolaşım karakteristikleri farklılıklar göstermiştir. Araştırma sonuçları, İstanbul Boğazı'nın bir kanal akışının oluşumuna neden olduğunu ve topoğrafyanında bu akışı güçlendirdiğini göstermektedir. Şehirleşme, kara-deniz melteminin oluşmasını ve kara içlerine ilerlemesini düzenleyerek, lokal akışa katkıda bulunur. İdeal sayısal benzeşimlere ilave olarak, kara-deniz meltemi ve şehir ısı adası oluşumu için gerekli şartları sağlayan gerçek zamanlı benzeşimler de gerçekleştirilmiştir. Her bir ideal benzeşimin lokal sirkülasyona katkısı detaylı olarak incelenmiştir. Ayrıca, analizler yaz ve kış aylarındaki durumu belirlemek amacı ile, belirlenen iki gün için gerçek zamanlı simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilmiş olan hipotetik benzeşimlerin sonuçları ışığında bu iki simülasyon karşılaştırılmış ve değerlendirilmiştir. Sonuçlar, OMEGA'nın oldukça iyi bir şekilde belirlenen tarihler için benzeşimler gerçekleştirdiğini göstermiştir. Kış benzeşimi için deniz melteminin 1000 UTC (1200 LST) meydana gelirken, yaz simülasyonu için 0700 UTC'de (1000 LST) meydana geldiğini göstermiştir. Her iki simülasyonda da yukarı seviyelerde tersine dolaşımlar meydana gelmiş ancak, yaz ayında meydana gelen dolaşımın atmosferin daha yukarı seviyelerinde olduğu gözlenmiştir. Konverjans ise kış ayı için 1300 UTC (1500 LST) ve yaz ayı için 1000 UTC'de (1300 LST) meydana gelmektedir. Kara meltemi ise, kış benzeşimi için 1700 UTC (1900 UTC) ve yaz ayı için 1900 UTC'de (2200 LST) başladığı tespit edilmiştir. Bu araştırmada yürütülen diğer bir çalışmada, sayısal model OMEGA ve atmosferik yayılma modelini kullanılarak Marmara Bölgesi'ndeki kirleticilerin taşınım ve yayılımı incelenmiştir. İstanbul ve Çanakkale Boğazları ile önemli bir su yolu olan Marmara Bölgesi, stratejik olarak önem arz etmektedir. Çalışmanın bu bölümünde, meydana gelebilecek bir tanker kazası sonucunda kirletici salınımının risk haritasının hazırlanmasına çalışılmıştır. Belirlenen noktalardan atmosfere salınan kirleticilerin dağılımı, Lagrangian yayılma modeli kullanılarak belirlenmiştir. Çalışmada, kirletici salınım noktaları için, kirletici dozunun oluşma olasılığı hesaplanmıştır. Sonuçlar yaygın partikül yayılma yönünün güney-güneydoğulu olduğunu ve oluşma olasılığının kirletici salınım noktalarına yakın bölgelerde yüksek olduğunu göstermiştir. Ayrıca yapılan duyarlılk testleri ile oluşma olasılığının, kaynaktan çıkan kirletici miktarına ve konsantrasyon ve dozaj için belirlenen eşikdeğerine hassas olduğu tespit edilmiştir.Atmospheric motion is affected by wide range of scales from a few millimeters to thousands of kilometers. It is important to understand the behaviour of the atmospheric flows on these scales. Although all these scales play a role on the transport and dispersion of the pollutant, mesoscale atmospheric processes are significant over the traveling time and distance for short and long-range transport and dispersion of pollutants. Thermally and terrain induced circulations contribute to the transport and dispersion pattern of the pollutants via terrain characteristics and the surface inhomogeneities. Besides of these, growing urbanization modify the mesoscale circulation characteristics. The response of the local-scale circulation to the other scales or its interaction with them influences the characteristics of pollutant transport by means of the modified mesoscale circulation. Therefore, understanding mechanism of the development and evolution of local-scale flow features and their interaction with large-scale flow features is one of the desires. The research is concentrated on the mesoscale circulations (i.e. sea-land breeze, urban heat island). It is focused on a statistical and numerical investigation of the urbanization in Istanbul in the first part of the study. Mann-Kendall Trend test is applied to the minimum temperature dataset for urban, suburban and rural station in Istanbul to determine the existence and significance of trends, and starting year for the abrupt change in the trends. Limited area, non-hydrostatic, terrain-following sigma coordinate mesoscale model MM5 is also used for the modeling analyses. Mann-Kendall test indicates the statistically significant positive trends in the minimum temperature time series between urban and rural stations. Seasonal trend analyses depicts that the most pronounce urbanization effect occurs in summer. The changes in the trends are observed in 1970s and 1980s consistent with the increase in the population growth rate. The model results show the expansion of the urban heat island depending on the expansion of the city boundaries in Istanbul from 1951 to 2004. A two-cell structure of the urban heat island: one on the European side and the other one on the Asian side is observed at the surface from the July simulations with current and past landscape. The maximum surface level temperature difference between past and current simulations is about 1oC. The modeling experiment shows that the city reduces the prevailing northeasterly wind speed and water vapor mixing ratio. The heating effect of the urbanization penetrates about 600-800 m height in the atmosphere over the city, and the two surface heat island cells combines aloft. The idealized numerical simulations are performed on the second part of the study to investigate the details of the mesoscale circulations such as sea-land breezes and urban heat island effect on the local flow of Istanbul. A fully non-hydrostatic, three-dimensional numerical model (OMEGA) with unstructured grid and uniform initial flow at horizontal and vertical directions is performed for the simulations since its grid technique better captures the land-water boundaries. Relative effects of geographic features on the local circulation are exemplified by means of the idealized simulations. Furthermore, effect of the presence of a strait and urbanized area on the local circulation is analyzed. Topography-induced effect is observed over the hilly topography of Istanbul. Moreover, different background flow conditions are also examined for Istanbul. Uniform geostrophic wind with different wind direction also shows changes on the circulation characteristics. Results show that the channeling is occurred because of the Bosphorus and enhanced by the topography. Significant contribution to the local flow comes from urbanization by arranging the sea-land breeze existence or penetration over the domain. Real case simulations are also performed using OMEGA based on atmospheric conditions which are required for existence of a sea breeze and urban heat island over the Bosphorus. Furthermore, the analyses are conducted for two different dates. One of these dates is specified in summer and the other one is in winter. The flow conditions on these dates are compared and evaluated in the light of hypothetic simulations. The results show that OMEGA performs reasonably well. The fully developed sea breeze exits at 1000 UTC (1200 LST) in winter case while it is observed at 0700 UTC (1000 LST) in summer case. Re-current circulations are also observed on both simulations. However, it occurs higher in the atmosphere in summer case than the winter case. The convergence occurs at 1300 UTC (1500 LST) in winter case and 1000 UTC (1300 LST) in summer case. The land breeze occurs at 1700 UTC (1900 UTC) in winter whereas it is at 1900 UTC (2200 LST) for summer simulation. Another concern on this study is to investigate the behaviour of transport and dispersion of pollutants over the Marmara Region using numerical model (OMEGA) with its embedded Atmospheric Dispersion Model (ADM). The Marmara Region is located at strategically important waterway with its two narrow straits, the Bosphorus and the Dardanelles. The particular attention is focused on mapping risky area for the Straits, resulting from release of pollutants after a tanker accident. Lagrangian dispersion model is used to disperse materials from the specified release points. Probability of exceedance of dosages is calculated at the surface for these release points. Results depict the most common direction of the particle dispersion is south-southwesterly, and the most risky areas are located close to the release points. Also, the sensitivity simulations depict that the probability of exceedance values are sensitive to the source strength and threshold values of dosage and concentration.DoktoraPh.D

The North Atlantic Oscillation Simulation: Comparison Of Two Extreme Years

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü, 2003Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Eurasia Institute of Earth Sciences, 2003Güneyli Salınım (ENSO) ve Kuzey Atlantik Salınım (KAS) gibi büyük atmosferik sirkülasyonlar meydana geldikleri bölgelerle birlikte civarlarında da önemli etkilere sahiptirler. Kuzey Atlantik Salimim, ENSO'ya göre büyük bir alam etkisi altına alan İzlanda civarındaki Subpolar Alçak Basınç Merkezi ve Azor Adaları civarındaki Subtropikal Yüksek Basınç Merkezi arasındaki atmosferik kütledeki büyük ölçekli meridyonel sirkülasyondur. Bu çalışmada bölgesel iklim modeli RegCM2, batıda İzlanda ve Azor Adalarım, doğuda Hazar Denizi'ne güneyde Afrika'nın kuzeyi ve kuzeyde İskandinavya'nın bir kısmım içine alan bölge için pozitif KAS indeksinin gözlendiği 1989-1990 ve negatif KAS indeksinin gözlendiği 1995-1996 yıllan için 1989, 1995 yıllarında Ekim, Kasım, Aralık aylan ve 1990 ve 1996 yıllarında Ocak, Şubat ve Mart aylan için çalıştınlmıştır. Modelin çalıştırıldığı altı ay içinden KAS'ın daha büyük ve önemli etkilerinin görüldüğü kış KAS indekslerini (KASİ) temsil eden Aralık, Ocak ve Şubat aylan analizlerde dikkate alınmıştır. Modelin tutarlılığı için ise, 500mb jeopotansiyel yüksekliği NCEP verileri ile karşılaştınlmıştır. Model paternleri genel paternler ile uyum göstermektedir. 850mb rüzgarlan ve 700mb akım çizgileri her iki indeks durumu için analiz edilmiştir. Özellikle KAS'ın farklı iki indeks durumundaki yağışın bölgesel dağılımı üzerinde önemli etkisi vardır. KAS 'm pozitif olduğu kış indeksinde yağış özellikle kuzey Avrupa ülkeleri ve İskandinavya üzerinde meydana gelirken Avrupa'nın güneyi, Akdeniz, Türkiye ve kuzey Afrika'da daha kuru şartlar gözlemlenmektedir. Negatif fazda ise tam tersi durum söz konusudur. Model sonuçlarım irdelemek için İklim Teşhisleri Merkezi (CDC, The Climate Diagnostics Center) tarafindan oluşturulmuş aylık ortalama yağışlar kullanılmıştır. Model tarafından hesaplanan toplam yağışlarına bakıldığında 1989-1990 pozitif indeks ve 1995-1996 negatif indeksin olduğu periyotlarda da benzer bir patem gözlenmiştir.Large atmospheric circulations such as, Southern Oscillation (ENSO) and North Atlantic Oscillation (NAO) have significant effects in their formation regions with their surrounding continents. The North Atlantic Oscillation, large-scale meridional circulation in atmospheric mass between subpolar low pressure center and subtropical high pressure center influences larger areas than the ENSO. In this study, regional climate model (RegCM2) domain is from Island and Azor islands to the Hazar Sea in west-east direction and from northern Africa to part of north Scandinavia in south-north direction. Time periods for the model runs are chosen in 1989-1990 for positive index and in 1995-1996 for negative index. Model is run for October, November and December in 1989 and 1995 and for January, February and March in 1990 and 1996. In the analysis, December, January and February is considered to represent large and important effects of the NAO winter index within the six months model runs. 500mb gepotantial height compare with NCEP data for model consistency and simulated model patterns are well-represented the observed patterns. 850mb wind stress and 700mb stream flow are analysed for two different indices phase. Especially, the NAO has significant effects on the spatial distrubition of precipitation. Precipitation observes over the north European countries, Scandinavia when positive NAO winter indices occur and dry conditions is dominant over the southern Europe, Mediterranean, Turkey and north Africa. In contrast, negative indices have opposite conditions. Monthly mean precipitation data from the Climate Diagnostics Center (CDC) used to compare model results. Accumulative precipitations calculated by model have similar pattern in 1989-1990 positive index years and in 1995-1996 negative index years.Yüksek LisansM.Sc

The making of the New European Wind Atlas – Part 1: Model sensitivity

This is the first of two papers that document the creation of the New European Wind Atlas (NEWA). It describes the sensitivity analysis and evaluation procedures that formed the basis for choosing the final setup of the mesoscale model simulations of the wind atlas. The suitable combination of model setup and parameterizations, bound by practical constraints, was found for simulating the climatology of the wind field at turbine-relevant heights with the Weather Research and Forecasting (WRF) model. Initial WRF model sensitivity experiments compared the wind climate generated by using two commonly used planetary boundary layer schemes and were carried out over several regions in Europe. They confirmed that the most significant differences in annual mean wind speed at 100 m a.g.l. (above ground level) mostly coincide with areas of high surface roughness length and not with the location of the domains or maximum wind speed. Then an ensemble of more than 50 simulations with different setups for a single year was carried out for one domain covering northern Europe for which tall mast observations were available. We varied many different parameters across the simulations, e.g. model version, forcing data, various physical parameterizations, and the size of the model domain. These simulations showed that although virtually every parameter change affects the results in some way, significant changes in the wind climate in the boundary layer are mostly due to using different physical parameterizations, especially the planetary boundary layer scheme, the representation of the land surface, and the prescribed surface roughness length. Also, the setup of the simulations, such as the integration length and the domain size, can considerably influence the results. We assessed the degree of similarity between winds simulated by the WRF ensemble members and the observations using a suite of metrics, including the Earth Mover¿s Distance (EMD), a statistic that measures the distance between two probability distributions. The EMD was used to diagnose the performance of each ensemble member using the full wind speed and direction distribution, which is essential for wind resource assessment. We identified the most realistic ensemble members to determine the most suitable configuration to be used in the final production run, which is fully described and evaluated in the second part of this study (Dörenkämper et al., 2020).The European Commission (EC) partly funded the NEWA project (New European Wind Atlas) through FP7 (topic FP7-ENERGY.2013.10.1.2) The authors of this paper acknowledge the support the Danish Energy Authority (EUDP 14-II, 64014-0590, Denmark); the German Federal Ministry for the Economic Affairs and Energy, on the basis of the decision by the German Bundestag (ref. no. 0325832A/B); Latvijas Zinatnu Akademija (Latvia); Ministerio de Economía y Competitividad (Spain, ref. nos. PCIN-2014-017-C07-03, PCIN-2016-176, PCIN-2014-017-C07-04, and PCIN-2016-009); the Swedish Energy Agency (Sweden); and the Scientific and Technological Research Council of Turkey (grant no. 215M386). Andrea N. Hahmann additionally acknowledges the support of the Danish Ministry of Foreign Affairs, administered by the Danida Fellowship Centre under the project “Multiscale and Model-Chain Evaluation of Wind Atlases” (MEWA) and the ForskEL/EUDP (Denmark) project OffshoreWake (PSO-12521, EUDP 64017-0017)