Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2017İklim modelleri, iklim sistemi bileşenleri arasındaki karmaşık etkileşimleri anlamaya yarayan birincil araçlardır. Öte yandan, emisyon senaryolarının yardımıyla iklim sistemi bileşenlerinin gelecekteki durumunu simüle etmek için kullanılmaktadır. İklim değişikliği küresel bir olgu olmasına rağmen, iklim değişikliğinin etkileri yerel ve bölgesel ölçekte de hissedilebilmektedir. Çözünürlüğü 100 km ile 400 km arasında değişen genel dolaşım modellerinin (GCM) yardımı ile bölgesel ölçekte iklim değişimlerini çözebilmek ve bu bölgesel etkileri değerlendirmek zordur. Bu nedenle, bölgesel iklim modelleri (RCM) ülke çapında gelecek projeksiyonlarını gerçekleştirmek ve politik çözümler üretmek için gereklidir. Yaygın bir yöntem olan dinamik ölçek küçültme yöntemi ile, bölgesel iklim modelleri genel dolaşım modellerinin ölçeğini dinamik olarak küçültmektedir. Böylece bölgesel iklim modelleri, kıyı şeritleri gibi yüzey heterojenliklerinden etkilenen alanlar hakkında daha ayrıntılı bilgiler sağlamakta ve orta ölçekli atmosferik olayları genel dolaşım modellerinden daha iyi yakalamaktadır. Çalışmanın genel amacı Türkiye ve batısı için günümüz ve gelecek koşulları iklim simülasyonlarını gerçekleştirmektir. Bu amaç için hidrostatik olmayan sınırlı alan modeli COSMO-CLM (CCLM) iklim modeli koşturulmuştur. Açılımı Consortium for Small-scale Modeling olan COSMO modeli, CLM Topluluğu (CLM-Community) tarafından Alman Meteoroloji Servisi’nin Bölgesel Modeli (Local Model) kullanılarak geliştirilmiştir. COSMO modeli, herhangi bir ölçek yaklaşımı kullanılmadan nemli atmosferdeki sıkıştırılabilir akışı tanımlayan ilkel termo-hidrodinamik denklemlere dayanmaktadır. Model denklemleri dönen coğrafi koordinatlarda formüle edilmiş ve yüzeyi takip eden yükseklik koordinatlarında genelleştirilmiştir. Atmosferdeki bazı fiziksel süreçler parametreleştirme şeması ile hesaba katılmıştır. Çalışma kapsamı yerel iklim koşullarının ortaya koyulması olduğundan 0.11° (yaklaşık 12 km) çözünürlüğe kadar inilmiştir. Simülasyonlar 1971’den 2005 yılının sonuna kadar olan 35 yıllık bir zaman aralığını kapsamaktadır. Ancak yüksek çözünürlükte modelin başlangıç birkaç yılı spin up zamanı olarak alınmakta olup analizlerde kullanılmamaktadır. Model için kullanılan koordinatlar dıştaki çalışma alanı için Türkiye esas alınarak, içteki çalışma alanı için ise Türkiye’nin batısı baz alınarak seçilmiştir. Hem günümüz hem de gelecek küresel iklim simülasyonları, CCLM sınırlı alan modelinin Max-Plank Meteoroloji Enstitüsü (Max-Planck-Institut for Meteorology) tarafından geliştirilen ve CMIP5 (Coupled Models Intercomparison Project Phase 5) arşivinde yer alan MPI-ESM-LR yer sistem modeli çıktılarıyla zorlanmasından elde edilmiştir. MPI-ESM yer sistem modeli, atmosferi temsil eden ECHAM6 ve buz-okyanus ilişkisini içeren MPIOM genel sirkülasyon modellerinden oluşmaktadır. Bunların yanı sıra MPI-ESM-LR, yer yüzeyi ve bitki örtüsünün atmosfer ile etkileşimini kapsayan JSBACH; okyanus biyogeokimyasını temsil eden HAMOCC alt sistem modellerini içermektedir. Düşük çözünürlükteki bu konfigürasyon, atmosfer için T63/1.9° yatay çözünürlükte olmasından dolayı 0.11° çözünürlüğe ulaşabilmek adına 2 aşamalı dinamik yuvalama stratejisi izlenmiştir. Öncelikle CCLM, MPI-ESM-LR ile zorlanarak 0.44° (yaklaşık 50 km) çözünürlükte simülasyonlar elde edilmiştir. Daha sonra 3 saatlik aralıklar ile yazdırılan 0.44° simülasyonları ile zorlanan CCLM modeli 0.11° çözünürlükte koşturulmuştur. Bunun yanı sıra, karmaşık topografya ve kıyı şeritlerine sahip aynı bölge ve aynı referans dönemi için CCLM modelinin performansını keşfetmek amacıyla bir kez de NCAR/NCEP Reanalysis veri seti ile dinamik ölçek küçültme yöntemi uygulanmıştır. 0.44° çözünürlüğe sahip simülasyonlar, küresel veri setlerinden biri olan ve 0.5° grid çözünürlüğüne sahip İklim Araştırma Birimi (CRU) veri setinin ortalama sıcaklık ve yağış verileri ile karşılaştırılarak Türkiye gibi kompleks bir topoğrafya üzerinde modelin tutarlılığı irdelenmiştir. Bunun yanı sıra, 0.11° çözünürlüğe sahip simülasyonlar için Türkiye’ye ait ortalama sıcaklık gözlemi yapan 372 Meteoroloji Genel Müdürlüğü (MGM) istasyonundan, %20’den fazla eksik veri bulunduran istasyonlar elenerek, geriye kalan 217 noktadaki gözlem verisinden çalışma alanında kalan 48 istasyona ait veriler, istasyonlara en yakın gridlerdeki model çıktıları ile karşılaştırılarak yanlılık analizi yapılmıştır. Aynı yöntem ile yağış için Türkiye genelinde bulunan 283 istasyondan en çok veriye sahip 212 istasyon hesaplanmış ve bu 212 istasyon içerisinden 48 istasyonun ise çalışma alanı içerisinde kaldığı tespit edilmesinin ardından yağış için de yanlılık analizi yapılmıştır. Ayrıca ortalama sıcaklık için model yüksekliklerinden istasyon yükseklikleri çıkarılmış, bu değerler sıcaklığın yükseklik ile değişimini ifade eden ortalama lapse rate (6.5℃/km) ile çarpıldıktan sonra model çıktılarına eklenmiştir. Bu düzeltmenin sonucunda elde edilen yeni model sonuçlarının, istasyon değerleri ile tekrar farkı alınarak model topoğrafyasının sıcaklık ile ilişkilendirilmesi sağlanmış ve Türkiye’nin batı bölgesinde model taraflılığı test edilmiştir. 2-m sıcaklıkların yıllık ve mevsimsel ortalamalarına bakıldığında hem reanaliz veri seti ile koşturulan hem de MPI-ESM-LR yer sistem modeli ile kuple edilen CCLM model sonuçlarının CRU gözlem verisetine göre, 0.44° çözünürlüğe sahip ana çalışma alanı üzerinde benzer sıcaklık dağılımı ortaya koymaktadır. Yıllık sıcaklık ortalamaları, kuple edilen model simülasyonlarının Türkiye üzerinde daha tutarlı (± 1℃) olduğunu göstermektedir. Benzer şekilde reanalizle zorlanan model sonuçlarında kış ve sonbahar mevsimlerinde soğuk yanlılığın hâkim olduğu Türkiye’de kuple edilen model, değerleri daha tutarlı hale getirmektedir. Bu karşılaştırmalarda en çok dikkat çeken, her iki şekilde de koşturulan CCLM modelinin genellikle Kafkas Dağları gibi dağlık bölgelerde daha büyük yanlılığa (>2℃) sahip olmasına rağmen yükseltinin fazla olduğu Türkiye'nin kuzeydoğusundaki sıcaklıkları daha düşük (2℃) over mountainous regions such as Caucasus Mountains, it underestimates the temperatures (6℃) particularly over eastern (for 0.44° resloution) and inland (for 0.11° resloution) parts of Turkey is expected in summer season. However, this climate change does not only refer to increasing temperatures but also to changing precipitation regimes. There is a tendency towards a larger relative decrease of summer precipitation at higher elevations, but there are exceptions to this as well. Drier conditions exceeding 90 mm are apparent over the mountainous regions in 2071-2100 period compared to previous periods, especially for the projections of 0.11° resolution.Yüksek LisansM.Sc
