Search

Bu çalışmada, Karadeniz'in rüzgâr ve dalga iklimi üzerine iklim değişikliğinin etkisinin en kötümser senaryo (RCP8.5) dikkate alınarak, mevcut iklimi temsil edebilecek şekilde geliştirilen bir topluluk modeli ile irdelenmesi hedeflenmiştir. Bu hedefe ulaşmak için, öncelikle Karadeniz'i içeren yüksek mekânsal ve zamansal çözünürlüklü iklim modeli rüzgâr hızları sekiz farklı modelden (EURO-CORDEX) temin edilmiş ve bu rüzgarlar kullanılarak varsayılan ayarlamalı üçüncü nesil dalga tahmin modeli (SWAN) 1970-2005 tarihsel döneminde, 2006-2099 gelecek döneminde çalıştırılmıştır. Dalga iklimi simülasyonlarının performans analizi için tarihsel dönem kontrol veri setleri olarak ECMWF ERA5 yeniden analiz ve altimetre uydu gözlemleri kullanılmıştır. İlk olarak ERA5 yeniden analiz dalga tahminleri, Karadeniz'in farklı kıyılarındaki yerinde dalga ölçümlerine karşı doğrulanmıştır. Daha sonra, rüzgâr ve dalga iklimleri, ERA5 ile sunulurken, her bir topluluk üyesinin ERA5 verisine kıyasla normalleştirilmiş farkları hesaplanmıştır. Karadeniz'deki topluluk üyelerinin ortalama dalga parametrelerinin batı bölgesinde ERA5 ile uyumlu olduğu, doğu bölgesinde ise ortalama %25 oranında fazla tahmin edildiği görülmüştür. ERA5 belirgin dalga yükseklikleri, altimetre ve yerinde ölçümlere kıyasla düşük tahmin edildiğinden; özellikle doğu bölgesinde, topluluk üyelerinin ERA5 verilerine kıyasla doğruluğu makul bulunmuştur. Bu nedenle, sekiz topluluk üyelerinin tamamı ile topluluk modeli tanımlanmıştır. Bu topluluğun gelecek simülasyonları, başlıca dalga parametrelerinin (Hm0, Tm02, Pw) ve rüzgâr hızlarının (U10) ortalamalarındaki değişimleri göstermek için kullanılmıştır. Ortalama dalga ve rüzgâr karakteristiklerinde öngörülen değişimler, tarihsel ortalamalara (1970-1999) göreceli olarak gelecekteki (2040-2069 ve 2070-2099) ortalamaların karşılaştırılmasıyla belirlenmiştir. Buna ek olarak, belirgin dalga yüksekliği ve dalga enerji akısının (Pw) gelecekteki (2006-2099) öngörülen eğilimleri de analiz edilmiştir. U10 ve Hm0 ortalamaları havzanın doğu kesimlerinde -%10'a varan belirgin düşüşler göstermektedir. Hm0'ın 99. yüzdelik dilimdeki değerlerinin, ortalamalarından daha fazla değişeceği ve ağırlıklı olarak artış yönünde olacağı öngörülmektedir. Yıllık dalga enerji akısı ortalamalarındaki değişimler Hm0 ortalamalarındaki değişimlere benzerken, mevsimsel değişimlerin (-%15 azalma ve %12 artış aralığında) daha yüksek olması beklenmektedir. Yıllık Hm0 ortalamalarında -0,08 cm/yıl aşağı yönlü istatistiksel olarak anlamlı eğilimler öngörülmüş ve gelecek dönemde Pw'de -0,005 kWm-1/yıl düzeyinde aşağı yönlü anlamlı eğilimler bulunmuştur. This study aims to investigate the impact of climate change on the wind and wave climate of the Black Sea by considering the high-emission scenario (RCP8.5) with an ensemble developed to represent the present climate. Initially, high spatial and temporal resolution climate model wind speeds containing the Black Sea were obtained from eight models (EURO-CORDEX) to achieve this goal. The third-generation wave prediction model (SWAN) with default settings was run using these winds for the historical period 1970-2005 and the future period 2006-2099. The performance analysis of the wave climate simulations was performed using ECMWF ERA5 reanalysis and altimeter satellite observations as historical period control datasets. First, the ERA5 reanalysis wave hindcasts are validated against in-situ wave measurements at different coasts of the Black Sea. Then, the normalized differences of each ensemble member against ERA5 data were computed to compare the wind and wave climates with ERA5. It was found that the mean wave parameters of the ensemble members in the Black Sea were in agreement with ERA5 in the western region. In contrast, they were overestimated by 25% on average in the eastern part. Since ERA5 significant wave heights are underestimated compared to the altimeter and in-situ measurements, the accuracy of ensemble members compared to ERA5 data was found to be reasonable, especially in the eastern region. Therefore, the ensemble model was defined with all eight ensemble members. The future simulations of this ensemble were used to show the changes in the averages of the main wave parameters (Hm0, Tm02, Pw) and wind speeds (U10). The projected changes in the mean wave and wind characteristics are determined by comparing future (2040-2069 & 2070-2099) averages relative to historical averages (1970-1999). In addition, the projected trends of significant wave height and wave energy flux (Pw) are analyzed over the future (2006-2099). U10 and Hm0 means show significant decreases up to -10% in the eastern parts of the basin. The 99th percentiles of Hm0 are projected to change more than their means and tend to increase. While the changes in the annual Pw means are similar to the changes in the Hm0 means, the seasonal changes (in the range of -15% decrease and 12% increase) are expected to be higher. Downward significant trends in the annual Hm0 means were projected with a slope of -0.08 cm/year, and downward trends in Pw were found at the level of -0.005 kWm-1/year during the future period.

Açık deniz ve kıyı mühendisliği faaliyetlerinde, rüzgar ve dalgaların özelliklerini belirlemek amacıyla yapılan rüzgar ve dalga iklim çalışmaları, çok önemli bir yer tutmaktadır. Dalga iklim çalışmaları, uzun dönemli rüzgar verileri kullanılarak üretilen dalga verileriyle yapılmaktadır. Dalga verilerinin üretilmesinde, rüzgar ölçümlerinin kesikli ve noktasal olması, istasyonlar arasındaki mesafenin fazla olması nedenlerinden dolayı, farklı hava tahmin merkezlerinin rüzgar tahmin modelleri ile türetilmiş veri setleri kullanılmaktadır. Bu durumda, dalga modeline girdi olarak tanımlanan rüzgar veri setinin doğruluğu önemli bir sorun olmaktadır. Bu yüzden, bu çalışmanın hedefi, Karadeniz'de dalga modellemesinde, dalga modeline girdi olarak tanımlanabilecek en iyi rüzgar veri setinin belirlenmesidir. Bu maksatla, üç farklı veri tahmin merkezinden (NCEP, NASA ve ECMWF) temin edilen dört farklı veri setinin (CFSR, MERRA, ERA-Interim ve Operasyonel) doğrulukları, 2000-2014 yılları arasındaki verilere dayanarak farklı açılardan test edilmiştir. Bu hava tahmin merkezlerinin rüzgar ürünlerinin performansları, Karadeniz'in güney şeridi boyunca seçilen beş farklı karasal DMİ istasyonu (Kumköy, Amasra, Sinop, Giresun, Hopa) ve Romanya açıklarındaki Gloria açık deniz istasyonunda ölçülmüş rüzgar verileri kullanılarak irdelenmiştir. Analizler kapsamında öncelikle, hem ölçüm hem de tahmin veri setlerinin istatistiksel özellikleri belirlenerek kıyaslanmıştır. Daha sonra, ölçüm ve tahmin veri setlerinin zaman serileri, rüzgar gülleri ve olasılık dağılımları kıyaslanarak irdelenmiştir. Son olarak, ölçüm veri setleriyle tahmin veri setlerinin çakışan verileri kullanılarak eş zamanlı hata istatistiği, hem tüm veri kullanılarak hem de farklı hız aralıkları için incelenmiştir. Ayrıca, veri kaynaklarının hata değerlerinin yıllara göre değişimleri her yıl için gerçekleştirilen eş zamanlı veri analizine dayanarak irdelenmiştir. Bütün veri kaynaklarının açık denizde ölçüm verilerini temsil edebilecek düzeyde düşük hatalara ve yüksek korelasyona sahip oldukları belirlenmiştir. Kıyı şeridi boyunca, batı kısmında ECMWF veri kaynakları daha doğru sonuç verirken; doğu kısmında CFSR rüzgar alanları daha iyi performans göstermiştir. Daha iyi zamansal ve alansal çözünürlüğe sahip CFSR rüzgar alanlarının, orografik etkilerin yoğun olduğu bölgelerdeki rüzgarları daha iyi temsil ettiği tespit edilmiştir. Wind-wave climate studies to determine characteristics of the winds and waves occupy an important place in offshore and coastal engineering activities. Wave climate studies are carried out with the help of waves modeled by using long-term wind data. Because of the wide distance between stations and discrete point wind measurements, data sets derived from wind forecast models of different weather forecast centers are used for the production of wave data. In this case, the accuracy of wind data set defined as an input for the wave model is an important issue. Thus, the aim of this study is to determine the best available wind data set as an input for wave modelling in the Black Sea. To that end, the performances of four different data sets (CFSR, MERRA, ERA-Interim and Operational) retrieved from three different forecast centers (NCEP, NASA and ECMWF) has been tested from different aspects based on the data covering the period 2000-2014. The performances of these wind products were analyzed by using the wind measurements at five different terrestrial DMİ stations (Kumköy, Amasra, Sinop, Giresun, Hopa) and Gloria offshore drilling platform near the coast of Romania. Within the scope of analyses, statistical characteristics (mean, standard deviation and variation coefficient etc.) of both measurements and forecast data sets were firstly determined and compared to each other. Time series, wind roses and probability distributions of all data sets and the measurements were examined. Then, simultaneous error statistics were obtained between forecast and measurement data by using both the entire data and different wind speed intervals. Besides, yearly changes of the error values of wind data sources were discussed based on simultaneous error statistics for each year. Regarding the results of the study, all data sources represent the offshore measurement data with low errors and high correlation values. It was observed that the ECMWF datasets yield better results along the western side while CFSR wind fields have shown better performance along the eastern side of the Black Sea coast. It is also determined that, CFSR wind fields which have better temporal and spatial resolution has been found to be successful in representing the regions where orographic effects have an influence. DMİ Genel Müdürlüğü

This study aims to present an evaluation and implementation of a high-resolution SWAN wind wave hindcast model forced by the CFSR wind fields in the west Mediterranean basin, taking into account the recent developments in wave modelling as the new source terms package ST6. For this purpose, the SWAN model was calibrated based on one-year wave observations of Azeffoune buoy (Algerian coast) and validated against eleven wave buoys measurements through the West Mediterranean basin. For the calibration process, we focused on the whitecapping dissipation coefficient C-ds and on the exponential wind wave growth and whitecapping dissipation source terms. The statistical error analysis of the calibration results led to conclude that the SWAN model calibration corrected the underestimation of the significant wave height hindcasts in the default mode and improved its accuracy in the West Mediterranean basin. The exponential wind wave growth of Komen et al (1984) and the whitecapping dissipation source terms of Janssen (1991) with C-ds = 1.0 have been thus recommended for the western Mediterranean basin. The comparison of the simulation results obtained using this calibrated parameters against eleven measurement buoys showed a high performance of the calibrated SWAN model with an average scatter index of 30% for the significant wave heights and 19% for the mean wave period. This calibrated SWAN model will constitute a practical wave hindcast model with high spatial resolution ((similar to)3 km) and high accuracy in the Algerian basin, which will allow us to proceed to a finer mesh size using the SWAN nested grid system in this area.