Türkiye Alansal Yağış Hesaplaması

T.C.
ORMAN VE SU İŞLERİ BAKANLIĞI
METEOROLOJİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ
TÜRKĠYE ALANSAL YAĞIġ HESAPLAMASI
Ali Ġhsan AKBAġ
AraĢtırma Dairesi BaĢkanlığı
Hidrometeoroloji ġube Müdürlüğü
1
ĠÇERĠK
GĠRĠġ
ÇALIġMANIN GAYESĠ
UYGULANAN YÖNTEMLER
YÖNTEMLERĠN KARġILAġTIRILMASI
SONUÇLAR VE DEĞERLENDĠRME
2
GĠRĠġ
Ülkemizin su potansiyelinin belirlenmesi çalıĢmalarında esas teĢkil eden
yağıĢ miktarının hesaplanması için Hidroloji Ġhtisas Heyeti içerisinde,
konusunda deneyimli kiĢilerden oluĢan “Alansal YağıĢ Alt ÇalıĢma
Grubu” kurulmuĢtur. Bu çalıĢma DSĠ ve MGM uzmanlarından oluĢan
grup tarafından gerçekleĢtirilmiĢtir.
ADI SOYADI
ÜNVANI
KURUM ADI
Dr. Bülent SELEK
DAİRE BAŞKANI
DSİ
Yusuf ULUPINAR
ŞUBE MÜDÜRÜ
MGM
Kemal SEYREK
ŞUBE MÜDÜRÜ
DSİ
Dr. Hakan AKSU
ŞUBE MÜDÜRÜ
DSİ
A.Hamdi SARGIN
MÜHENDİS
DSİ
Mustafa ARSLAN
MÜHENDİS
DSİ
A.İhsan AKBAŞ
MÜHENDİS
MGM
Özkan ÖZ
MÜHENDİS
MGM
Sefer KERVANKIRAN
MÜHENDİS
MGM
Alaattin UĞURLU
MÜHENDİS
MGM
Hüseyin ŞAHİN
MATEMATİKÇİ
MGM
3
ÇALIġMANIN GAYESĠ
 Ġklim elemanları içerisinde zaman ve mekân bakımından en fazla
değiĢkenlik gösteren parametre yağıĢtır. YağıĢ yüksekliği bir yerden
diğerine farklılık göstermektedir.
4
ÇALIġMANIN GAYESĠ
 YağıĢ ölçümleri meteoroloji istasyonlarında noktasal olarak
yapılmaktadır. En basit yolla bir bölgenin yağıĢ ortalaması
hesaplanırken, o bölgeye giren istasyonların yağıĢlarının aritmetik
ortalaması alınır.
 Eğer bölgenin bir kısmını kapsayan yükseklik farkı yağıĢlarına sebep
olabilecek engebeler veya sıcaklık farkı yağıĢlarına meydan verecek
sıcaklık farkı (konvektif) söz konusu ise aritmetik ortalama yöntemi
kullanılmamalıdır (ġen,2003).
5
ÇALIġMANIN GAYESĠ
 Ġstasyon sayısının bölgeyi tam olarak temsil edecek sayıda
olmaması ve normallerin hesaplanabilmesi için yeterli zaman
aralığında verilerin bulunmaması yağıĢ ortalamalarının alansal
yağıĢ hesaplama yöntemleri kullanılarak hesaplanması ihtiyacını
oluĢturmuĢtur.
 Mühendislik hidrolojisi çalıĢmalarının pek çoğunda yağıĢın
sadece zamansal değil, onun kadar önemli olabilecek alansal
miktarlarının da hesaplanması gereklidir (ġen,2003).
 Bu çalıĢmanın gayesi uzun sürelerde yağıĢ verisi bulunan
meteoroloji istasyonlarını kullanarak, farklı alansal yağıĢ
hesaplama yöntemleri uygulamaları yaparak, Ülkemizin yağıĢ
dağılımını en iyi temsil edecek yöntemi bulmak ve uygulamaya
koymaktır.
6
YÖNTEMLER
Alansal YağıĢ Hesaplama Yöntemleri,
 Thiessen Çokgen,
 Ağırlıklı Çokgen (ġen),
 Yüzde Çokgen (ġen),
 Ters Mesafe Ağırlıklı (IDW),
 EĢyağıĢ eğrileri (Isohyetal)
 Kriging,
metotları olmak üzere 6 metotla 1981-2010 yıllarına ait yağıĢ normalleri
Türkiye, Bölgeler ve Havzalar bazında hesaplanmıĢtır.
7
YÖNTEMLER
 Alansal yağış hesaplamalarında uzun sürelerde yağış verisi bulunan 255
adet meteoroloji istasyonunun yıllık toplam yağış verileri kullanılmıştır.
8
Aritmetik Ortalama
AWOS 3
AWOS 2
Her bir istasyondaki yağıĢlar
toplamının istasyon sayısına
bölümüne eĢittir.
Ortalama YağıĢ: ∑ Yi /n
AWOS 1
9
Thiessen Çokgen
 Birbirine komĢu istasyonlar üçgenleme yöntemi ile birleĢtirilerek
üçgen kenarlarının orta noktaları bulunur.
 Bulunan orta noktalardan kenar orta dikmeleri çizilir.
 Kenar orta dikmelerin kesiĢtiği noktalar ile istasyon etrafında
çokgenler oluĢturulur.
 Her bir istasyonun alanı toplam alana bölünerek o istasyonun etki
ağırlığı (temsil oranı) hesaplanır ve hesaplanan bu değer istasyonun
10
yağıĢ değeri ile çarpılarak alansal yağıĢ değeri bulunur.
Thiessen Çokgen
11
Thiessen Çokgen
 1981-2010 periyodunda seçilmiş 255 istasyon için Coğrafi Bilgi
Sistemleri ortamında Thiessen Çokgenleri oluşturulmuş ve alansal
yağış hesaplaması yapılmıştır.
 Thiessen Çokgenleri ile hesaplama iki türlü yapılmıştır. İlk olarak 25
adet havza için ayrı ayrı oluşturulması ile yapılan hesaplamada
ortalama yağış miktarı 571.9 mm bulunmuştur. Bu hesaplamada
Seyhan Havzası ortalama yağış miktarının hesaplamasında havzada
yer alan 5 istasyon kullanılmıştır.
 İkinci olarak ise bütün ülke tek bir havza kabul edilerek çokgenler
oluşturulmuş ve bu çokgenler dikkate alınarak havzalar için hesaplama
yapılmıştır.
12
Thiessen Çokgen
 Thiessen Çokgen Yöntemine göre Türkiye alansal yağış ortalaması 571.8 mm,
aritmetik ortalamaya göre ise 626.4 mm’dir.
 Karadeniz, Akdeniz, Ege ve Marmara Bölgeleri’nde yağış ortalamalarında
önemli sapmalar görülürken diğer bölgelerde ki farklılıklar önemli ölçüde
değildir.
13
Ağırlıklı Çokgen (ġen) Yöntemi
 Bu yöntemde her bir istasyon için ağırlık katsayısı belirlenir.
Ağırlık katsayısı için Thiessen çokgen yöntemi ile elde edilen
çokgenlerin merkez istasyon ile merkez istasyona komşu çevre
istasyonların yağışları esas alınır. Aşağıdaki formüle göre ağırlık
katsayısı hesaplanır.
Pi= Pm/(Pm+Pç) i=1,2,3,…,n
𝒙 ̅ =(P1+ P2+ P3+…. +Pn)/n
K=1- 𝒙 ̅
Bu formülde:
Pm=Merkez İstasyonun Yağış Miktarı
Pç= Çevre İstasyonun Yağış Miktarı
14
Ağırlıklı Çokgen (ġen) Yöntemi
Merkez
AKSARAY
AKSARAY
AKSARAY
AKSARAY
AKSARAY
AKSARAY
AKSARAY
AKSARAY
Çevre
Merkez Yağışı
Çevre Yağışı
Pm/(Pm+Pç)
343.9
343.9
343.9
343.9
343.9
343.9
343.9
343.9
321.1
289.4
477.6
281.6
378.5
381.7
419.4
339.2
0.517142857
0.54302858
0.418624467
0.54980016
0.476052049
0.473952591
0.450543692
0.503440199
CİHANBEYLİ
EREĞLİ
KAMAN
KARAPINAR
KIRŞEHİR
KULU
NEVŞEHİR
NİĞDE
Pi= Pm/(Pm+Pç) )
i=1,2,3,…,n
x ̅=(P1+ P2+ P3+…. +Pn)/n
K=1-x ̅
K=1-0,491573
K= 0,508427
15
Ağırlıklı Çokgen (ġen) Yöntemi
 Ağırlıklı Çokgen yöntemine göre istasyon etrafında oluĢan çokgen alanları
dinamik
olmakta,
istasyon
yağıĢı
ile,
istasyona
komĢu
istasyonların
yağıĢlarının miktarına göre ters orantılı olarak büyüyüp-küçülmektedir. Ağırlıklı
Çokgen yöntemine göre Türkiye Alansal YağıĢ Ortalaması 548,6 mm’dir
16
Ağırlıklı Çokgen (ġen) Yöntemi
17
Mesafenin Tersi Ağırlıklı (IDW) Yöntemi

Mesafenin tersi ile ağırlıklandırma,
yakın noktalara uzak noktalardan
daha yüksek ağırlık değeri atayan ve
mümkün olan tüm örnek noktalarını
dikkate alan bir tahminleme
yöntemidir.

Bu teknik enterpole edilecek
noktadan uzaklaĢtıkça ağırlığı da
azaltan ve örneklem noktalarının
ağırlıklı ortalamasına göre bir yüzey
enterpolasyonu yapmaktadır.
AWOS 3
AWOS 2
D1
X D2
D3
AWOS 1
18
Mesafenin Tersi Ağırlıklı (IDW) Yöntemi
Bu teknikte aşağıdaki denklem kullanılmaktadır;
Denklemde;
Pj= Yağış değeri hesaplanacak nokta,
Pi = Yağış değeri bilinen nokta,
d = İstasyonlar arası mesafe ve
n = kuvvet
19
Mesafenin Tersi Ağırlıklı (IDW) Yöntemi
IDW (Inverse Distance Weighted) yöntemine göre Türkiye’nin Alansal
YağıĢ Ortalaması 579,2 mm’dir
20
Mesafenin Tersi Ağırlıklı (IDW) Yöntemi
21
Mesafenin Tersi Ağırlıklı (IDW) Yöntemi
22
Yüzde Çokgen (ġEN) Yöntemi
ġen(1997) tarafından geliĢtirilmiĢtir.
Bu metot ile alansal yağıĢ hesabında aĢağıdaki adımlar izlenmiĢtir:
YağıĢ istasyonlarının seçimi
Üçgen ağı oluĢturma
Matlab ile yağıĢ ağırlıklı üçgen anahtar noktalarının bulunması (ġen
Noktası)
ġen noktalarından çokgenler oluĢturma
Türkiye sınırına göre çokgenlerin kesimi ve alan hesabı
Bölge ve havzalara göre alansal yağıĢ hesabı
23
Yüzde Çokgen (ġEN) Yöntemi
Yukarıdaki Ģekilde A,B,C istasyonları ile oluĢturulan üçgenin
Anahtar Noktası(ġen Noktası) bulunması için önce sahip oldukları
yağıĢ değerine göre yüzde ağırlıkları hesaplanır.
A noktasının ağırlığı=A’nın değeri/(A+B+C Toplam değeri)
24
Yüzde Çokgen (ġEN) Yöntemi
 A köĢesine ait kenarortay üzerinde BC kenarından A'ya doğru
A
noktasının yüzde yağıĢ ağırlığı oranında ilerlenir ve BC'ye paralel bir
doğru çizilir.
 Birinci adımda A istasyonu için yapılan iĢlem B veya C içinde yapılır
ve çizilen doğruların denklemleri çözülürse bulunan nokta YağıĢ
Ağırlıklı Anahtar Noktası(ġen Noktası)'dır.
Yüzde Çokgen Yöntemi (ġen Metodu) için 255 istasyona ait koordinat
verileri kullanılarak ArcGIS yazılımı modüllerinden TIN modülü ile
üçgenler oluĢturuldu.
25
Yüzde Çokgen (ġEN) Yöntemi
Ġstasyonlar arasında oluĢturulan üçgenlerin Anahtar noktaları ve enlem
boylam değerleri, Matlab programı kullanılarak hesaplandı. Hesaplanan
Anahtar noktaları ArcGIS ortamında haritaya aktarıldı.
Yukarıdaki haritada görüldüğü üzere bu metotta oluĢan üçgenler
Türkiye alanının tamamını kapsamamaktadır.
26
Yüzde Çokgen (ġEN) Yöntemi
 Burada sınırlarda yer alan istasyonlar etrafında da kapalı
çokgenler oluĢturabilmek için ġen Noktalarından ait olduğu
üçgenin dıĢına doğru kenara dik doğrular çizdirildi. Bu
doğruların kesiĢim noktaları ile yada dıĢarıda tanımlanan bir
çerçeve üzerindeki kesiĢim noktaları bulundu. Böylece her
istasyonun etrafında çokgenler oluĢturuldu.
27
Yüzde Çokgen (ġEN) Yöntemi
 OluĢturulan
çokgenler
Türkiye
sınırından
kesildi.
Böylelikle
istasyonlara ait çokgen alanları oluĢturulmuĢ oldu.
 OluĢturulan çokgenlerin alanları temsil ettiği istasyonun yağıĢı ile
çarpılarak ve toplam alana bölünerek Türkiye’nin alansal yağıĢı Yüzde
Çokgen Yöntemi (ġen Yöntemi)’ne göre hesaplandı.
28
Yüzde Çokgen (ġEN) Yöntemi
 Aritmetik ortalama, Thiessen, Ağırlıklı Çokgen (ġen) ve Yüzde Çokgen
yöntemine göre yağıĢ Ortalamaları Ģekilde görülmektedir. Yüzde Çokgen
Yöntemi (ġen Yöntemi) ile alansal yağıĢ hesaplamasına göre Türkiye’nin 19812010 ortalama yağıĢ normali 536.0 mm olarak belirlenmiĢtir.
29
EĢ YağıĢ Eğrileri (Ġsohyetal) Yöntemi
 Gözlem istasyonlarının sahayı yeterli ölçüde temsil etmesi durumunda
iyi sonuçlar verdiği bilinmektedir. YağıĢ istasyonlarının değerleri ile
birlikte harita üzerine çizilmelerinin akabinde eĢ yağıĢ çizgilerinin
çizilmesi Ģeklinde uygulanır. Ġstasyon ağırlık değerleri iki eĢ yağıĢ çizgisi
arasında kalan alan ve yağıĢ değeri olarak iki konturun ortalaması
alınmaktadır.
𝑚
𝑃𝑜𝑟𝑡 = ∑ 𝑊𝑖𝑃𝑖
Ġ=1
𝑃𝑜𝑟𝑡: Alansal ortalama yağıĢ
𝑃𝑖 : Temsil eden konturu
𝑊𝑖: Temsil alanı
30
EĢ YağıĢ Eğrileri (Ġsohyetal) Yöntemi
Bu yöntem uygulanırken Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ortamında belirlenen
aralıklarla eĢ yağıĢ eğrileri çizdirildi . Eğrilerin arasında oluĢan alt alanlar ile
kapsayan yağıĢ değerlerinin çarpımı sonucunda alansal yağıĢ hesaplandı. EĢ
yağıĢ eğrileri yöntemi ile Türkiye yağıĢ ortalaması 578.5 mm bulunmuĢtur.
31
Kriging Yöntemi
AWOS 3
AWOS 2
D1
X D2
D3
AWOS 1
Kriging
enterpolasyon
yöntemi,
bilinen yakın noktalardan alınan verileri
kullanarak,diğer noktalardaki verilerin
optimum değerlerini kestiren bir
enterpolasyon yöntemidir. Sadece
uzaklığa değil noktaların uzaysal
düzenine de bağlıdır.
Kriging gibi jeoistatistiksel yöntemler
sadece
tahmin
yüzeyi
üretme
yeteneğine sahip
değildirler.
Bu
yöntemler aynı zamanda modelden
elde edilen tahminlerin güvenirliği veya
doğruluğuna iliĢkin bazı değerler
verebilmektedirler.
32
Kriging Yöntemi
Yukarıdaki tabloda ArcGIS Geostatistical Analyst altında Ordinary Kriging
modülünün Circular, Exponential, Spherical ve Gaussian yöntemleri
kullanılarak yapılan hesaplamalarda elde edilen Minimum, Maksimum,
Ortalama yağıĢ değerleri ve bu yöntemlerin Hata Karelerinin Ortalamasının
Karekökü (RMSE-Root Mean Square Error) değerleri görülmektedir. Ayrıca
bu yöntemlerin Cross Validation tablosundan R ve R² değerleride
hesaplanmıĢtır.
33
Kriging Yöntemi
Yanda 1981-2010 yılları arasında yıllık yağış
ortalaması verileri ile ArcGIS Geostatistical Analyst
altında Ordinary Kriging modülünün Circular,
Exponential, Spherical ve Gaussian yöntemleri
kullanılarak hazırlanan haritalar görülmektedir.
Görüldüğü
üzere
Kriging
altından
değişik
yöntemlerle hesaplanan ortalama yağış değerlerinde
çok büyük farklılıklar görülmemektedir. En düşük 574
mm en yüksek ise 589.1 mm ortalama yağış değeri
hesaplanmıştır.
Yukarıdaki tabloda görüldüğü üzere Alansal
YağışHesaplanmasında
Hata
Karelerinin
Ortalamasının Karekökü (RMSE) değeri ile ölçülen ve
tahminlenen değerler arasındaki R² katsayıları
incelendiğinde, RMSE değeri en küçük ve R değeri
en büyük olan Exponential yöntemi diğer yöntemlere
göre öncelikli olarak tercih edilmelidir.
34
Kriging Yöntemi
Kriging yöntemine göre Türkiye’nin Alansal YağıĢ Ortalaması 574,0
mm’dir
35
Kriging Yöntemi
36
Kriging Yöntemi
37
YÖNTEMLERĠN KARġILAġTIRILMASI
Doğu
Karadeniz
Havzası
için
1981-2010
normalleri
ile
oluĢturulmuĢ Thiessen, Ağırlıklı Çokgen ve Yüzde Çokgen (ġen)
yöntemlerinin yağıĢ hesaplamasında kullanılan çokgen alanları.
38
YÖNTEMLERĠN KARġILAġTIRILMASI
1981-2010 yağıĢ normalleri aritmetik ortalama ve alansal yağıĢ dağılımları.
39
YÖNTEMLERĠN KARġILAġTIRILMASI
40
YÖNTEMLERĠN KARġILAġTIRILMASI
1981-2010 yağıĢ normalleri aritmetik ortalama ve alansal yağıĢ dağılımları.
41
YÖNTEMLERĠN KARġILAġTIRILMASI
42
SONUÇ VE DEĞERLENDĠRME
Bu çalıĢmada 255 istasyona ait noktasal veriden Türkiye’nin
Alansal YağıĢ Ortalamasının elde edilebilmesi için 6 farklı yöntem
kullanılmıĢ ve elde edilen değerler yukarıda tablolar ile ortaya
konmuĢtur. Sonuç olarak Türkiye’nin Alansal YağıĢ Ortalaması 536579.2 mm arasında, toplam yağıĢ hacmi ise 419.9-453.7 milyar m³
arasındadır.
Kullanılan yöntemlerden Mesafenin Tersi Ağırlıklı ve Kriging, yağıĢ
verileri ile araĢtırma ve analiz yapmak isteyenler için sağladığı
uygulama kolaylığı açısından çok tercih edilen metotlardır.
43
SONUÇ VE DEĞERLENDĠRME
Aritmetik ortalama yönteminin pratik bir yöntem olması nedeniyle
tercih ediliyor olması, Türkiye Su Potansiyelinin hesaplamasında
ana veri olan yağıĢ ortalamasının %10 fazla görülmesine neden
olmaktadır.
 Mesafenin Tersi Ağırlıklı, Thiessen, EĢyağıĢ eğrileri, Kriging
yöntemlerinin aralarındaki farklar yüzde birler mertebesinde ve
ihmal edilebilecek düzeydedir. Aynı biçimde diğer iki yöntem
Ağırlıklı Çokgen (ġen) ve Yüzde Çokgen (ġen) yöntemleri de diğer
dört yönteme göre yüzde beĢ (%5) ve yüzde yedi (%7) mertebesinde
yakın sonuçlar vermiĢtir.
 Kriging
yöntemiyle
hesaplanan
1981-2010
periyodunda,
Türkiye’nin Alansal Yağış Ortalaması 574 mm ve toplam yağış
hacmi ise 449.6 milyar m³ olarak belirlenmiştir.
44
GRID Yöntemi
AWOS 3
AWOS 2
 DeğiĢik yağıĢ kaynaklarının
(RADAR, Yer ölçümü, Uydu,
Klimatoloji) birleĢtirerek GRID bazlı
yağıĢ ürünü elde edilir.
 Havzadaki GRID yağıĢ değerleri
toplanır ve GRID sayısına bölünür.
AWOS 1
ABD Nehir Tahmin Merkezilerinde (NOAA
River Forecasting Center) kullanılan en
son yöntemdir.
45
GRID Yöntemi
Grid Yağış Değerleri
Kalite Kontrolü
Yapılmış Yer Ölçümleri
Uydu Yağış
Verileri
Radar Yağış
Verileri
Klimatolojik
Yağış
Verileri
MPE
Yazılımı
Yağış Miktarı (mm)
46
TEŞEKKÜR EDERİM
47

Download Report