Assessing climate change impacts at sub-daily scale using convection-permitting climate simulations in northwestern Türki̇ye
Kuzeybatı Türkiye'de konveksiyona izin veren iklim simülasyonları kullanılarak günlük-altı ölçekte iklim değişikliği etkilerinin değerlendirilmesi
- Tez No: 982565
- Danışmanlar: PROF. DR. YURDANUR ÜNAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Meteoroloji, Meteorology
- Anahtar Kelimeler: Akdeniz iklimi, Mediterranean climate
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Türkiye, Avrupa'nın güneydoğu kesiminde ve Doğu Akdeniz'de aşırı hava olaylarının sıklığının artması nedeniyle iklim değişikliğinden en çok etkilenen ülkelerden biridir. Bunun sonucunda içme suyu kaynakları, tarım, gıda, sanayi ve hidroelektrik enerji sektörlerinde önemli bir etki beklenmektedir. Diğer taraftan, küresel sıcaklıkların yükselmesi ile birlikte nemli aşırı sıcaklıkların yoğunlaşması öngörülmektedir. Bu durumun, tehlikeli düzeyde ısı stresine (HS), uzun süreli ve yüksek düzeyde maruz kalmaya yol açacağı tahmin edilmektedir. Orta düzeyde HS'nin bile bir dizi sağlık ve sosyoekonomik etkiye yol açtığı gözlemlenmiştir. Bu nedenle, aşırı olaylar ve bunların etkilerine ilişkin kapsamlı nicel ve nitel değerlendirmeler yapmak hayati önem taşımaktadır. Türkiye'nin kuzeybatısında yer alan Marmara Bölgesi, yüksek nüfus yoğunluğu ile gelişmiş endüstriyel ve tarımsal faaliyetlerin bir arada bulunması sebebiyle iklim değişikliği ve buna bağlı etki analizleri açısından kritik hale gelmektedir. Bölge aynı zamanda, Uludağ, Yıldız ve Kaz Dağları gibi belirgin dağ silsileleriyle karakterize edilen karmaşık ve engebeli bir topoğrafyası ile öne çıkmaktadır. Bu yüksek arazi yapıları, orografik yükselmeyi güçlendirerek özellikle kıyı kesimler ve yüksek rakımlı bölgelerde yoğun yağışların oluşumunu belirgin biçimde artıran bir mekanizma olarak işlev görmektedir. Bölgenin bu karmaşık topoğrafik yapısı ve kıyı dinamiklerinin doğru şekilde temsil edilebilmesi, yüksek çözünürlüklü bölgesel iklim modellemesini gerekli kılmaktadır. Bölgesel iklim modeli (RCM) ile konveksiyona izin veren model (CPM) simülasyonları arasındaki temel farklardan biri, sadece topografik özelliklerin ne kadar iyi temsil edildiği değil, aynı zamanda derin konveksiyonun nasıl ele alındığıdır. 10 km ve daha kaba çözünürlükteki RCM'lerde, derin konveksiyon gibi daha küçük ölçekli atmosferik süreçler için parametrizasyon kullanılmaktadır. Konveksiyon, ısı, nem taşınımı başta olmak üzere birçok atmosferik etkileşimi içeren ve genellikle birkaç saatlik zaman dilimlerinde gerçekleşen bir süreçtir. Bu nedenle, atmosferik değişikenlerin ve özellikle ekstrem değerlere ilişkin dinamiklerin analiz edilmesinde günlük zaman çözünürlüğü çoğu durumda yetersiz kalmakta, daha küçük zaman ölçeklerine ihtiyaç duyulmaktadır. Uzamsal çözünürlüğün artırılması, konvektif süreçlerin fiziksel olarak çözümlenebileceği ve parametrizasyon gereksiniminin büyük ölçüde ortadan kalkacağı bir eşik değerine ulaşılmasını sağlar. Bu eşik, konveksiyona izin veren iklim simülasyonlarının (CPCS'lerin) uygulandığı çözünürlük aralığını tanımlar ve literatürde genel olarak bu aralığın 4 km ve altı olduğu kabul edilmektedir. Tez, iki ana hedefle tasarlanmıştır. Bunlardan ilki, Türkiye'nin kuzeybatı bölgesinde CPCS'lerin performansını, günlük-altı (saatlik) değişkenlik ve aşırı hava olayları üretme açısından CPCS olmayan (non-CPCS), zorlayıcı modelleriyle karşılaştırarak incelemektir. İkincisi, 21. yüzyıl boyunca Temsili Konsantrasyon Rotaları (RCP) 8.5 kapsamında CPCS'lerden elde edilen aşırı yağış ve sıcaklıklarla ilgili uzun vadeli tahminleri inceleyerek, güncel ve küresel bir fenomen olan iklim değişikliğinin etkisini ortaya koymaktadır. Bu hedefler doğrultusunda, hidrostatik olmayan bölgesel iklim modeli COSMO-CLM (CCLM) için girdi olarak iki farklı başlangıç ve sınır koşulu verisi kullanılarak iki ayrı simülasyon dizisi gerçekleştirilmiştir. İlk hedef için, CCLM modeli için mükemmel başlangıç ve sınır koşulu olarak ECMWF Reanalysis v5 (ERA5) verisi kullanılmış ve 2011 ile 2020 arasındaki model performansı, günlük-altı ölçekte değerlendirilmiştir. Burada, konveksiyona izin veren çözünürlüğe inmek amacıyla, yaklaşık 31 km'den 0,11°'ye (yaklaşık 12 km) ve ardından 0,025°'ye (yaklaşık 2,5 km) dinamik bir ölçek küçültme süreci içeren iki aşamalı bir yuvalama stratejisi kullanılmıştır. Tezin ikinci aşaması, aşırı değerlerdeki değişiklikleri tahmin etmek amacıyla, 1986-2005 referans dönemi ve RCP8.5 emisyon senaryosu altında on yıllık gelecek dönemler (2031-2040, 2051-2060, 2071-2080, 2091-2100) için MPI-ESM-LR yer sistemi modeli (ESM) ile zorlanan CCLM simülasyonlarından oluşmaktadır. MPI-ESM-LR'nin uzamsal çözünürlüğü yaklaşık 200 km olduğu için, önceki durumundan farklı olarak üç aşamalı yuvalama tekniği uygulanmıştır. Sonuç olarak, çözünürlük sıçramalarının etkisini azaltmak için MPI-ESM-LR önce 0,44°'ye (yaklaşık 50 km), ardından sırasıyla 0,11° ve 0,025° çözünürlüğe indirgenmiştir. 0,44° ve 0,11° çözünürlüğe sahip (bundan sonra CCLM50 ve CCLM12 olarak anılacaktır), konveksiyona izin vermeyen iklim simülasyonlarında (CPCS olmayan) 2 kategorili buz şeması aktive edilmiştir. Diğer yandan, 0,025° çözünürlüğe sahip CPCS'lerde (bundan sonra CCLM2.5 olarak anılacaktır) derin konveksiyon parametrizasyonu devre dışı bırakılırken, mikrofizik parametrizasyon şemasında graupel içeren 3 kategorili buz şemasına geçilmiştir. Simülasyonlar için kullanılan kısaltmalar, CCLM'e verilen başlangıç ve sınır koşulu verisi, CCLM ve km cinsinden model çözünürlüğü şeklinde dizayn edilmiştir. Örneğin; MPI_CCLM12, MPI-ESM-LR ile zorlanan 0,11° çözünürlükteki CCLM simülasyonlarını temsil etmektedir.
Özet (Çeviri)
Türkiye is one of the most affected countries by climate change due to the increasing frequency of extreme events in the southeastern part of Europe and the eastern Mediterranean. As a result, a significant impact is expected on drinking water resources, agriculture, food, industry, and energy sectors. On the other hand, even moderate levels of heat stress (HS) have been observed to trigger a range of health and socioeconomic impacts. The Marmara region, located in the northwestern Türkiye, has become critical in terms of climate change and related impact analyses due to its high population density, complex topography and the presence of developed industrial and agricultural activities. The elevated structures serve as a mechanism that amplifies orographic uplift, thereby significantly increasing the formation of heavy precipitation, particularly in coastal areas and high-altitude regions. To resolve the complex topography and coastal characteristics, high-resolution regional climate information is required. One of the main differences between regional climate models (RCMs) and convection-permitting models (CPMs) lies not only in their representation of topographic characteristics, but more critically, in how deep convection is treated. In RCMs, parameterization is used for smaller-scale atmospheric processes such as deep convection. The convection process involves multiple interactions such as heat, moisture etc., and frequently occurs within hours; thus, a sub-daily scale becomes appropriate for the evaluation of atmospheric variablity and extremes. Increasing spatial resolution enables reaching a threshold value where convective processes can be physically resolved and the need for parameterization is largely eliminated. This threshold defines the resolution range at which convection-permitting climate simulations (CPCSs) are applied, and the critical resolution range for such simulations is generally accepted to be less than 4 km in the literature. The thesis is designed with two main objectives. First, it evaluates the performance of CPCSs to produce sub-daily variability and extremes over northwestern Türkiye in comparison with their driving model. Second, it investigates long-term projections in precipitation and heat extremes from CPCSs under the Representative Concentration Pathways (RCP) 8.5 throughout the 21st century, revealing the impact of climate change, which is a current and global phenomenon. For these purposes, a series of simulations were carried out using two different initial and boundary condition data sets as inputs for non-hydrostatic regional climate model (RCM), COSMO-CLM (CCLM). For the first goal, ECMWF Reanalysis v5 (ERA5) data was utilized as the perfect initial and boundary condition for CCLM, evaluating the model performance between 2011 and 2020 period at sub-daily scale. Here, a two-step nesting strategy was employed, entailing a dynamical downscaling process from approximately 31 km to 0.11° (circa 12 km) and subsequently to 0.025° (circa 2.5 km), with the intent of attaining a convective-permitting resolution. The second phase of the thesis constitutes CCLM simulations forced with MPI-ESM-LR earth system model (ESM) for 1986-2005 reference, and decadal future periods (2031-2040, 2051-2060, 2071-2080, 2091-2100) under RCP8.5 emission scenario in order to project future changes in extreme values. In this instance, three-step nesting was applied, in contrast to prior case, since the spatial resolution of MPI-ESM-LR is nearly 200 km. Consequently, MPI-ESM-LR was first downscaled to 0.44° resolution (circa 50 km) to mitigate the impact of resolution jumps. In non-CPCSs with resolutions of 0.44° and 0.11° (hereinafter referred to as CCLM50 and CCLM12), a 2-category ice scheme has been activated. On the other hand, in CPCSs with a resolution of 0.025° (CCLM2.5), the parametrizations for deep convection are switched off, and the microphysics scheme is switched to a 3-category ice scheme that includes graupel. The abbreviations used for simulations are designed as follows: the initial and boundary condition data given to CCLM, CCLM, and the model resolution in kilometers.
Benzer Tezler
- Evaluating the LCA of two buildings with close embodied energy which have different functions
Farklı işlevlere sahip olan iki binanın üç tür duvar kullanarak yaşam döngüsünün değerlendirilmesi
POOYA PAKMEHR
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ERKAN KARAGÜLER
- İklim değişikliğinin Seyhan Havzası su kaynakları üzerindeki olası risklerinin meteorolojik verilere dayalı olarak değerlendirilmesi
Assessment of possible risks of climate change on Seyhan Basin water resources based on meteorological data
SERPİL SİNAN
Doktora
Türkçe
2024
Çevre MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT BAŞIBÜYÜK
- Küresel hidro-meteorolojik veri setleri ile aylık akışların yayılı modellenmesi
Distributed monthly runoff modeling using global hydro-meteorological datasets
DESTİNA DİLAN EKİNCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriDokuz Eylül Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OKAN FISTIKOĞLU
- Cultural heritage circular governance for the integrated conservation of historic cities: The case of the Medina of Munis
Tarihi şehirlerin bütünleşik korunmasına yönelik kültürel miras'ın döngüsel yönetişimi: Tunus Medine örneği
YASMINE TIRA
Doktora
İngilizce
2024
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANDAN TÜRKOĞLU
- Sürdürülebilir gelişmede ?sağlık?: Sağlık göstergelerinin kentsel planlamada kullanılabilirliği üzerine Antalya Büyükşehir örneği
Health in sustainable development: Usability of health indicators in urban planning, case study of Antalya Metropolitan Municipality
EDİP DİNÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Allerji ve İmmünolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZLEM ÖZÇEVİK