KARADENİZ DE KIYASLAMALI DALGA TAHMİNİ: HOPA ÖRNEĞİ

Transkript

1 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu KARADENİZ DE KIYASLAMALI DALGA TAHMİNİ: HOPA ÖRNEĞİ Adem AKPINAR 1, Mehmet ÖZGER 2, Murat İhsan KÖMÜRCÜ 3 1 Gümüşhane Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, 29100, Gümüşhane 2 İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul 3 Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, 61250, Trabzon Özet Bu çalışmada, öncelikle ECMWF in sahip olduğu veri setlerinin (ERA Interim, ERA 40, ERA 15, ve Operational veri seti) dalga tahminlerinin kendi içlerinde kıyaslanması amaçlanmış ve bu maksatla, bu veri setlerinden Karadeniz için en uygun olanı, NATO nun Barış için Bilim adlı birimi tarafından sponsorluğu yapılan NATO-TU WAVES projesi kapsamında temin edilen şamandıra ölçümleri (belirgin dalga yüksekliği, ortalama dalga periyodu ve yönü) ile veri setlerinin tahmin verilerinin kıyaslanması sonucunda elde edilmiştir. Ayrıca, Karadeniz de en uygun çıkan ECMWF veri seti, ECMWF in ERA Interim rüzgar alanlarının ve DMİ nin rüzgar verilerinin kullanılması ve basitleştirilmiş dalga tahmin yöntemlerinin bu verilere uygulanması sonucunda elde edilen dalga tahminleri arasında gerçekleştirilen iç kıyaslanmada en doğru sonucu veren basitleştirilmiş dalga tahmini ile kıyaslanmıştır. Sonuçta, ECMWF veri setleri arasında ERA Interim veri setinin dalga karakteristiklerini diğer veri setlerine göre ve basitleştirilmiş dalga tahmin modellerine göre daha iyi (Hs için R = ve Ts için R = 0.639) tahmin ettiği ve ECMWF ERA Interim veri setinin şamandıra ölçümlerine daha yakın sonuçlar verdiği belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: ECMWF veri setleri, basitleştirilmiş dalga tahmin yöntemleri, dalga modelleri, Hopa The Comparative Wave Hindcasting in the Black Sea: the Case of Hopa Abstract In this study, it is principally aimed the intercomparison of hindcasted wave parameters of ECMWF data sets (ERA Interim, ERA 15, ERA 40, and Operational models). For this purpose, the most appropriate one from these data sets for the Black Sea is obtained by comparing the hindcasted wave fields of ECMWF data sets and the buoy wave data (significant wave height, average wave period and direction) collected within the NATO-TU WAVES project which is sponsored by NATO peace for science unit. Besides, to predict the wave characteristics, 4 various simplified methods using 2 different wind data sources (ECMWF ERA Interim wind fields and DMİ wind records), were employed individually. Thus, the performances of creating 8 simplified models and 4 ECMWF data sets are compared with each other and the most appropriate wave

2 Kıyı Mühendisliği Sempozyumu forecast model for the Black Sea, Hopa buoy station is indicated. Finally, it is determined that ECMWF ERA Interim data set (R = for Hs and R = for Ts) estimated better than the other ECMWF data sets and created simplified models to predict the wave parameters, and also, it is found that ERA Interim wave forecasts from the ECMWF data sets were closer to the buoy measurements. Keywords: ECMWF data sets, simplified wave hindcasting methods, wave models, Hopa Giriş Bir bölgedeki dalga şartlarının bilinmesi, gemi seyahati, balıkçılık, petrol çıkarımı, ordu faaliyetleri vb. insan faaliyetlerinin tümü için hayati bir öneme sahiptir. Dalga modellerinin gelişimi son birkaç yılda çok önemli yol katetmiştir ve günümüzde dalga tahminleri açık denizlerde oldukça güvenilirdir. Dalga modelleri çoğunlukla atmosferik modelle sağlanan yüzeysel rüzgarlardan dalga alanlarını hesapladığından dolayı, bu süreç muhtemelen okyanus yüzeyindeki rüzgarların uzaktan algılanması ve hava tahminlerindeki ilerlemelerle gerçekleştirilmiştir. Dalga modellerinin güvenilirliği son zamanlarda daha da artmıştır (Ardhuin vd., 2007). Bu bağlamda, bu çalışmada Karadeniz in güney doğu kıyısında bulunan Hopa açıklarına odaklanılarak bu bölge için mevcut ve elde edilebilecek bazı veri kaynaklarının doğruluğu araştırılmıştır. Çalışma Alanı ve Veri Kaynakları Ülkemizde gerçekleştirilen dalga ölçümünün sınırlı olmasından dolayı, önceden dalga karakteristiklerinin ölçümünün gerçekleştirildiği Hopa açıklarında açıkdeniz şartlarında şamandıra ölçümünün mevcut olmasından dolayı çalışmada bu istasyona odaklanılmıştır (Şekil 1). ECMWF, rüzgar alan verilerinin yanı sıra, WAM Cycle 4 üçüncü nesil sayısal dalga tahmin modeli yardımıyla gerçekleştirdiği tahmini dalga verilerine de sahiptir. Bu çalışmada da Karadeniz de Hopa açıklarına odaklanarak en uygun dalga tahminine karar verebilmek için ECMWF in sahip olduğu farklı veri setlerinin kendi aralarında kıyaslamasının yapılması planlanmış ve bu maksatla üç farklı veri setinden (ERA Interim, ERA 40 ve Operasyonel veriseti) 1995 yılının tüm aylarına ait veriler temin edilmiştir. Bu veri setleri enlemde ve boylamda 0.25 o x 0.25 o lik bir alansal çözünürlüğe ve 6 saatlik zamansal çözünürlüğe sahiptirler. Şekil 1. Karadeniz Haritası, Hopa Şamandırası, ECMWF ve DMİ Rüzgar Kayıt İstasyonları

3 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Çalışmada rüzgardan dalga tahminini basitleştirilmiş dalga tahmin yöntemleriyle gerçekleştirebilmek için ihtiyaç duyulan rüzgar verisi 1995 yılının tüm aylarını kapsayacak şekilde Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü (DMİ) nden ve Avrupa Orta Vadeli Hava Tahmin Merkezi (ECMWF) nin ERA Interim veri setinden temin edilmiştir. Dalgaların gerçekçi tahminlerinin elde edilebilmesinde veri kaynağının doğruluğunun önemi çok büyüktür. Bu yüzden, bu çalışmada basitleştirilmiş dalga tahminlerinde giriş verisi olarak kullanılacak rüzgar verileri için iki farklı rüzgar kaynağı kullanılmış ve uygulamada farklı veri kaynağına ve farklı yöntemlere göre en doğru tahmini veren basitleştirilmiş dalga tahmininin yapılması amaçlanmıştır. Her iki veri kaynağı da hem avantaja hem de dezavantaja sahiptir. Örneğin DMİ verileri 1 saatlik bir zaman çözünürlüğüne sahipken ECMWF verileri 6 saatlik bir çözünürlüğe sahiptir. Yani, DMİ nin 1 günlük kaydında 24 adet veri mevcutken ECMWF in veri setinde günde 4 kayıt mevcuttur. Ayrıca, DMİ veri tabanı alansal çözünürlüğe sahip değildir, noktasal bazda veri temin edilebilmektedir. Ancak, ECMWF in veri seti enlemde ve boylamda 0.25 o x 0.25 o lik bir alansal çözünürlüğe sahiptir. Dalga tahminlerini doğrulamak için NATO nun Barış için Bilim adlı birimi tarafından sponsorluğu yapılan NATO-TU WAVES projesi kapsamında ölçülen Hopa şamandıra istasyonuna ait 1995 yılının tüm aylarını içerecek şekilde belirgin dalga yüksekliği ve ortalama dalga periyodu ve yönü verileri kullanılmıştır. ECMWF Dalga Tahmin Modelleri ECMWF, 1975 yılında kurulan şu anda 32 ülke tarafından desteklenen bağımsız bir uluslar arası kurumdur. Kurumun merkezi İngiltere de Londra nın batısında Reading kasabasında yer almaktadır. Organizasyon, Türkiye nin dahil olduğu 18 ülke ile üyelik antlaşmasına ve 14 ülke ile işbirliği antlaşmasına sahiptir (ECMWF, 2010). Türkiye de, Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü ECMWF in temsilcisidir. DMİ, ECMWF in verilerine giriş iznine sahiptir ve aynı zamanda bu iki kurum birbirlerine katkıda bulunmaktadır. ECMWF küresel atmosferik tahminleri ve dalga tahminlerini geliştirmekte, rüzgar ve dalga tahmin modelleri kurgulamakta, araştırma denemeleri yapmakta, ve gözlemlerden, analizlerden, tahminlerden ve araştırma denemelerinden elde edilen verileri biriktirmektedir (Berkün, 2007). Bu çalışmada kullanılan ECMWF verileri, ECMWF ve DMİ den alınan özel izin sayesinde ECMWF veri sunucusundan temin edilmiştir. ECMWF in veri arşivleme sistemi birkaç veri setinden (Operasyonel arşiv, Reanaliz arşiv (ERA-Interim, ERA-15 ve ERA-40) ve bazı özel spesifik veri setleri) oluşmaktadır. ECMWF te dalga modellemesi bir üçüncü nesil dalga tahmin modeli olan WAM Cycle 4 (Komen vd., 1994) modeline dayanmaktadır. İlk operasyonel küresel okyanus dalga model uygulaması Haziran 1992 de gerçekleştirilmiş ve enlem ve boylamda 3 o (yaklaşık 350 km) gibi çok kaba bir alansal çözünürlük kullanılmıştır (Janssen vd., 2005). Günümüzde ise 0.25 o gibi iyi sayılabilecek bir alansal çözünürlükte ve 6 saatlik zamansal çözünürlükte veri tabanlarına sahip ECMWF atmosferik ve dalga modelleri geliştirilmiştir. Günümüze kadar geliştirilen model ürünleri dalga şamandıra ve uydu verileri elde edildiği sürece doğrulanmakta ve gerektiğinde güncellenmektedirler. ECMWF günümüze kadar üç ayrı re-analiz projesi gerçekleştirmiştir. Bu veri setlerinin en günceli olan ERA Interim veri seti, 1979 yılı Ocak ayından günümüze kadar ki süreci kapsamaktadır. ERA-Interim veri seti dışındaki diğer re-analiz veri setleri Aralık 1978 ve Şubat 1994 yılları arasını kapsayan ERA-15 veri seti ve Eylül 1957 ve Ağustos 2002 yılları arasını kapsayan ERA- 40 veri seti, sırasıyla 15 ve 45 yıllık süreler için ilgili hava parametrelerinin küresel ve kısa süreli tahminlerinin re-analiz arşivleridir. DEMETER veya diğer özel veri setleri ise belirli bölgelere odaklanan dolayısıyla küresel bir öneme sahip olmayan bölgesel veri setleridir. Bunların dışında ECMWF ayrıca bir operasyonel veri setine sahiptir. Bu veri setindeki bütün parametreler de Haziran 1992 ve Temmuz 2011 yılları arasında kayıtlı tutulmaktadır.

4 Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Basitleştirilmiş Dalga Tahmin Metotları Coastal Engineering Manual (CEM) Yöntemi Bu metotta, feç sınırlı şartın sonlanması için minimum rüzgar esme süresi Denklem 1 den hesaplanabilmektedir. (1) Burada; t min saniye biriminde minimum rüzgar esme süresi, F metre biriminde feç mesafesi ve U deniz yüzeyinden 10 m yükseklikteki rüzgar hızı (m/s) dır. Feç sınırlı şart durumunda belirgin dalga yüksekliği ve periyodu Denklem 2 ve 3 deki gibi ifade edilebilmektedir. (2) (3) Burada, Denklem 4 teki formülle tahmin edilebilen sürtünme hızı (m/s) dır. (4) Burada, Denklem 5 deki gibi tanımlanabilen sürükleme katsayısıdır. (5) Süre sınırlı şartlarda eşdeğer feç uzunluğu Denklem 6 dan hesaplanmalıdır. (6) Burada, t fırtına süresi (s) dir. Süre sınırlı şart durumunda belirgin dalga yüksekliği ve periyodunun belirlenebilmesi için bu denklemden elde edilen eşdeğer feç değerinin Denklem 2 ve 3 de yerine konulması gerekmektedir [US Army, 2003; Etemad-shahidi vd., 2009; Akpınar vd., 2011]. Shore Protection Manual (SPM) Yöntemi SPM yönteminde açık deniz dalga tahminleri JONSWAP spektrumuna dayanan bir parametrik model kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Bu yöntemde, belirgin dalga yüksekliği ve pik periyot, rüzgar hızı, feç uzunluğu ve fırtına süresi ile ilişkilidir. (7) Burada; U A rüzgar gerilme faktörü, F feç uzunluğu ve t d rüzgar esme süresidir. Rüzgar gerilme faktörü; (8)

5 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Burada, U 10 ortalama deniz seviyesinin 10 m yukarısındaki ortalama rüzgar hızıdır. Feç sınırlı şart durumunda, US Army (1984) veya SPM yöntemi rüzgardan açık deniz dalgaların tahmini için Denklem 9, 10 ve 11 deki parametrik modeli önermektedir. (9) (10) (11) Burada, F metre biriminde feç mesafesi, t min saniye biriminde minimum rüzgar esme süresidir ve rüzgar hızının t min süresince sabit olduğu varsayılmaktadır [Liu ve Frigaard, 2001]. Rüzgarın t min dan daha düşük hızda esmesi durumunda feç sınırlı varsayımlar geçerli olamaz. SPM metodunda, dalgaların oluşumu süre sınırlı ise Denklem 11 de t min yerine rüzgar esme süresinin konulmasıyla bir eşdeğer feç mesafesi hesaplanmakta ve sonra dalga parametreleri bu feç değeri kullanılarak Denklem 9 ve 10 yardımıyla yeniden hesaplanmaktadır [Ozeren ve Wren, 2009]. Bunun yanında, T p değeri spektral pik periyodunu temsil etmektedir. Belirgin dalga periyodu; (12) formülüyle belirlenmektedir [Yüksel ve Çevik, 2009; Akpınar vd., 2011]. Wilson Yöntemi Bu metotta, feç sınırlı şartın sonlanması için minimum rüzgar esme süresi Denklem 13 den hesaplanabilmektedir. (13) Burada; t min saat biriminde minimum rüzgar esme süresi, F kilometre biriminde feç mesafesi ve U deniz yüzeyinden 10 m yükseklikteki rüzgar hızı (m/s) dır. Feç sınırlı şart durumunda belirgin dalga yüksekliği ve periyodu Denklem 14 ve 15 deki gibi ifade edilebilmektedir. (14) (15) Rüzgarın t min dan daha düşük hızda esmesi durumunda feç sınırlı varsayımlar geçerli olamaz. Wilson metodunda, dalgaların oluşumu süre sınırlı ise Denklem 13 de t min yerine rüzgar esme süresinin konulmasıyla bir eşdeğer feç mesafesi (Denklem 16) hesaplanmakta ve sonra dalga parametreleri bu eşdeğer feç değeri kullanılarak Denklem 14 ve 15 yardımıyla yeniden hesaplanmaktadır. (16)

6 Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Burada; F eş kilometre biriminde eşdeğer feç mesafesi, t saat biriminde fırtına süresi ve U deniz yüzeyinden 10 m yükseklikteki rüzgar hızı (m/s) dır [Yüksel ve Çevik, 2009; Etemad-Shahidi vd., 2009; Akpınar vd., 2011]. JONSWAP Spektrum Yöntemi JONSWAP spektrumu gelişen deniz durumu için dalga karakteristiklerini tahmin etmekte sıkça kullanılmaktadır. Bu yöntemde beklenen frekans spektrum (E(f)) şu şekilde ifade edilmektedir [Hasselmann vd., 1973]. (17) (18) Burada; f m frekansın spektral tepe değerini göstermektedir. Feç sınırlı durum için tanımlanan belirgin dalga yüksekliği (H s ) ve ortalama dalga periyodu (T z ) şu şekilde tahmin edilmektedir. (19) (20) ve süre sınırlı durum için, (21) (22) denklemleri kullanılmaktadır. Burada; H s belirgin dalga yüksekliği (m), T z ortalama dalga periyodu (s), F feç uzunluğu (km), U rüzgar hızı (m/s) ve t fırtına süresi (saat) olarak belirtilmiştir. Eğer aşağıdaki şart sağlanıyorsa, feç sınırlı durum için yazılan formüller geçerlidir. (23) Aksi takdirde süre sınırlı duruma ait olan eşitlikler kullanılmalıdır [Özger, 2007; Akpınar vd., 2011]. Bulgular ve İrdeleme Basitleştirilmiş Dalga Tahmin Metotlarının Performanslarının Değerlendirilmesi Karadeniz de kıyaslamalı dalga tahminini gerçekleştirebilmek için öncelikle akla ilk gelen basitleştirilmiş dalga tahmin yöntemlerinin Karadeniz de seçilen Hopa istasyonuna uyarlanması olmuştur. Bunun için, daha önceden dalga ölçümü gerçekleştirilen Hopa şamandıra istasyonundaki 1995 yılının tüm ayları boyunca hem DMİ hem de ECMWF in rüzgar veri setleri kullanılarak dalga karakteristiklerini tahmin etmek için dört ayrı basitleştirilmiş dalga tahmin metodu seçilmiştir. Bütün bu metotlar her iki veri kaynağı kullanılarak yukarıda izah edildiği gibi yön değişiminin 15 o ve rüzgar hız değişiminin 2.5 m/s olacağı kabulüyle bu istasyondaki

7 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu verilere uygulanmıştır. Sonuçta, tahmin edilen dalga karakteristiklerinin uygun kıyaslaması için ölçülen dalga karakteristikleri ile eşzamanlı olan tahmin verileri eşleştirilerek ayıklanmıştır. Ayıklanan tahmin edilmiş ve ölçülmüş dalga karakteristikleri hem dalga tahmin yöntemlerinin hem de rüzgar veri kaynaklarının performanslarını değerlendirebilmek için kıyaslanmıştır. Dalga tahmin yöntemlerinin miktarsal kıyaslaması için bias parametresi, saçılım indeksi (SI), hataların karelerinin ortalamasının karekök hatası (RMS), ortalama mutlak hata (MAE), korelasyon katsayısı (R) ve belirlilik katsayısı (R 2 ) kullanılmıştır. (24) (25) (26) (27) (28) Tablo 1, Hopa şamandıra istasyonu için belirgin dalga yüksekliği ve ortalama dalga periyodu tahmininde basitleştirilmiş dalga tahmin yöntemlerinin ve veri kaynaklarının hata istatistiklerini vermektedir. Sonuçlar, ECMWF verileri kullanılarak Wilson yönteminin uygulanması durumunda en iyi tahminin (Hs için R = ve Ts için R = 0.163) yapıldığını göstermektedir. Tablo 1. Hopa şamandıra istasyonu için belirgin dalga yüksekliği ve ortalama dalga periyodu tahmininde basitleştirilmiş dalga tahmin yöntemlerinin hata istatistiği Veri kaynağı - Çakıştırılan RMS bias SI Tahmin yöntemi veri sayısı Hatası MAE R R 2 Belirgin Dalga Yüksekliği (Hs, m) DMİ Jonswap DMİ CEM 1083 adet DMİ SPM (12 ay) DMİ Wilson ECMWF Jonswap ECMWF CEM 690 adet ECMWF SPM (12 ay) ECMWF - Wilson Ortalama Dalga Periyodu (Ts, s) DMİ Jonswap DMİ CEM 1083 adet DMİ SPM (12 ay) DMİ Wilson ECMWF Jonswap ECMWF CEM 690 adet ECMWF SPM (12 ay) ECMWF - Wilson

8 Kıyı Mühendisliği Sempozyumu ECMWF Veri Setlerinin Performanslarının Değerlendirilmesi Karadeniz i içine alacak şekilde dünyanın çeşitli denizleri için dalga karakteristiklerini gerçekleştiren ve bir veritabanında bu verileri biriktiren birkaç hava tahmin merkezi bulunmaktadır. Bu hava tahmin merkezleri kendi sayısal programları ve atmosferik modelleri yardımıyla dalga modellerini oluşturmaktadırlar. Bidlot vd. (2002) beş ayrı hava tahmin merkezinin (Avrupa orta vadeli hava tahmin merkezinin dalga modeli, İngiltere nin ulusal hava tahmin merkezinin Met Office dalga modeli, Amerikan ordusunun operasyonel küresel atmosferik tahmin sistemi, Kanada meteoroloji merkezinin atmosferik model sistemi ve Amerika nın ulusal okyanus ve atmosfer kurumunun NOAA/NCEP operasyonel dalga modeli) dalga modellerinin performanslarını şamandıra ve uydu verilerini baz alarak değerlendirmiştir. Bidlot vd. (2002) nin çalışma sonuçlarına göre, ECMWF in dalga modelinin daha iyi performans gösterdiği görülmüş ve aynı zamanda, en düşük tahmini rüzgar hatalarına sahip olan merkezin (ECMWF) en düşük dalga tahmin hatalarına sahip olduğu da belirlenmiştir. Bundan dolayı, bu çalışmada ECMWF in veri sisteminin sahip olduğu farklı veri tabanları arasında kendi iç kıyaslaması yapılarak Karadeniz için en doğru dalga tahmin modelinin belirlenilmesine çalışılmıştır. ECMWF ERA 15 veri tabanı 1994 yılına kadar veriye sahip olduğundan ve bu çalışmada 1995 yılına odaklanıldığından dolayı bu veri tabanına ilişkin herhangi bir kıyaslama yapılmamıştır. Diğer üç veri tabanı için gerekli kıyaslamaların yapılabilmesi için, 1995 yılını kapsayan dalga tahmin verileri her üç veri tabanından elde edilmiş ve veriler 6 saatlik alansal çözünürlüğe sahip dalga alanları şeklinde olduğundan ve bu çalışmada daha önceden dalga ölçümü gerçekleştirilen Hopa şamandıra istasyonuna odaklanıldığından dolayı bu istasyona en yakın karelaj noktasının verileri her bir veri setinden ayıklanmıştır. ECMWF veri tabanlarının istatistiksel parametreler (minimum, maksimum, ortalama ve standart sapma) baz alınarak değerlendirmesinin detaylı sonuçlar vereceği düşünüldüğünden 1995 yılı süresince ECMWF veri setlerinin sahip olduğu tahmini dalga parametrelerinin istatistiksel parametrelerinin hata istatistiği Tablo 2 de özetlenmiştir. Bu tablodan anlaşılacağı gibi, belirgin dalga yüksekliğinin tahmin hatası minimum, maksimum ve ortalama değerler bazında en küçük operasyonel veri setinden elde edilirken, ortalama dalga periyodunun en düşük tahmin hatası ise ERA Interim veri setinden elde edilmiştir. Tablo yılı süresince ECMWF veri setlerinin sahip olduğu tahmini dalga parametrelerinin istatistiksel parametrelerinin hata istatistiği Belirgin dalga yüksekliği (Hs, m) Minimum Maksimum Ortalama Değer R. H. (%) Değer R. H. (%) Değer R. H. (%) Standart sapma ERA 40 veriseti ERA Interim veriseti Operasyonel veriseti Şamandıra ölçümleri Ortalama dalga periyodu (Ts, s) ERA 40 veriseti ERA Interim veriseti Operasyonel veriseti Şamandıra ölçümleri Ortalama dalga yönü (derece) ERA 40 veriseti ERA Interim veriseti Operasyonel veriseti Şamandıra ölçümleri

9 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Dalga kayıtlarının zamansal değişimlerinin 1 yıllık süredeki grafiğinin detaylı bir kıyaslama sunamadığından dolayı, uygun bir değerlendirme yapabilmek için daha düşük bir zaman dilimine odaklanılmış ve 1995 yılı Ocak ayı için ECMWF veri setlerinin sahip olduğu tahmini belirgin dalga yüksekliklerinin ve ortalama dalga periyotlarının zaman serilerinin ölçülmüş verilerle kıyaslanması Şekil 2 de sunulmuştur. Bu grafiklerden ERA Interim veri setinin hem belirgin dalga yüksekliğinin hemde ortalama dalga periyodunun zamansal değişimlerini diğer veri tabanlarına göre daha iyi tahmin ettiği görülmektedir. Şekil yılı Ocak ayı için ECMWF veri setlerinin sahip olduğu tahmini (a) belirgin dalga yüksekliklerinin (b) ortalama dalga periyotlarının zaman serilerinin ölçülmüş verilerle kıyaslanması ECMWF in tahmini dalga verileri ile Hopa şamandıra istasyonunda ölçülen dalga verilerinin zamansal çözünürlükleri farklıdır. Özellikle şamandıra ölçüm verilerinin zamansal olarak bir sürekliliğinden söz etmek mümkün değildir ve bu veriler kesiklidir. Bu yüzden, yukarıdaki kıyaslamaların yanı sıra, tahmini ve ölçülmüş verilerin eşzamanlı değerlerinin de bir değerlendirilmesinin yapılması kararlaştırılmıştır. Bu bağlamda, üç veri setinin tahmini dalga parametreleri ile ölçülmüş veriler eşzamanlı olarak ayıklanmıştır. Tablo 3, ECMWF veri setlerinin ölçülmüş verilerle eşleştirilmiş eşzamanlı kayıtlarının hata istatistiğini vermektedir. Ayrıca, ECMWF veri

10 Kıyı Mühendisliği Sempozyumu setlerinin ölçülmüş verilerle eşleştirilmiş eşzamanlı kayıtlarının (belirgin dalga yüksekliğinin ve ortalama dalga periyodunun) saçılım diyagramları Şekil 3 ve 4 te sunulmuştur. Tablodan görülebileceği gibi, eşleştirilmiş eşzamanlı verilerde üç dalga parametresi için de en az hataya sahip veri tabanı ECMWF ERA Interim veri setidir. Eşzamanlı verilerden çizilmiş saçılım diyagramlarından da, ECMWF ERA Interim veri setinin diğer veri setlerine göre çok daha iyi olduğu görülmektedir. Şekil 3. ECMWF veri setlerinin ölçülmüş verilerle eşleştirilmiş eşzamanlı kayıtlarının (belirgin dalga yüksekliğinin) saçılım diyagramları Tablo 3. ECMWF veri setlerinin ölçülmüş verilerle eşleştirilmiş eşzamanlı kayıtlarının hata istatistiği Belirgin dalga yüksekliği ( m) Ortalama dalga periyodu (s) Ortalama dalga yönü (derece) RMS hatası R RMS hatası R RMS hatası R ERA 40 veriseti ERA Interim veriseti Operasyonel veriseti

11 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Şekil 4. ECMWF veri setlerinin ölçülmüş verilerle eşleştirilmiş eşzamanlı kayıtlarının (ortalama dalga periyodunun) saçılım diyagramları Sonuç Bu çalışmada, iki farklı rüzgar veri kaynağı kullanılarak dört farklı basitleştirilmiş dalga tahmin yönteminin Hopa şamandıra istasyonuna uygulanması sonucunda en iyi basitleştirilmiş dalga tahmin yöntemini ve mevcut ECMWF dalga tahmin modellerinin aralarında kıyaslanması sonucunda en uygun ECMWF dalga tahmin modelinin belirlenmesi ve bu modellerin kıyaslanması sonucunda Hopa için en iyi dalga tahmin yöntemini belirlemeyi hedeflemiştir. Çalışmanın bulgularına göre, basitleştirilmiş dalga tahmin modellerinden uygulanan şekliyle baz alınan zaman dilimi için ECMWF ERA Interim rüzgar verilerini kullanan Wilson yönteminin en iyi model (Hs için R = ve Ts için R = 0.163) olduğu ve ECMWF veri setlerinden uygulama noktası ve zaman dilimi için ECMWF ERA Interim dalga modelinin diğer ECMWF dalga tahmin modellerine göre daha iyi (Hs için R = ve Ts için R = 0.639) olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, bu çalışmada, ECMWF ERA Interim dalga modelinin özellikle ortalama dalga periyodunu diğer modellere göre çok daha yüksek korelasyonla tahmin ettiği görülmüştür. Teşekkür NATO nun Barış için Bilim adlı birimi tarafından sponsorluğu yapılan NATO TU-WAVES projesi kapsamında Karadeniz de şamandıra ölçümlerini gerçekleştiren ve bu verilerin temin edilmesinde yardımlarını esirgemeyen Projenin Yürütücüsü Orta Doğu Teknik Üniversitesi Öğretim Üyesi Prof. Dr. Erdal ÖZHAN a ve projeyi maddi olarak destekleyen NATO nun Barış için Bi-

12 Kıyı Mühendisliği Sempozyumu lim adlı birimine, DMİ saatlik rüzgar verilerini (rüzgar hızı ve yönü) paylaşmasından dolayı ve ECMWF rüzgar alan verileri için gerekli izinlerin alımındaki yardımlarından dolayı Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü ne ve ECMWF rüzgar alan verilerini paylaşımından dolayı Avrupa Orta Vadeli Hava Tahmin Merkezi (ECMWF) e ve ECMWF veri tabanlarına ilişkin değerli önerilerinden dolayı Dr. Saleh Abdalla ya teşekkür ederiz. Kaynaklar Akpınar, A., Özger, M., Kömürcü, Mİ., Önsoy, H., Karadeniz de dalga parametrelerinin tahmini için basitleştirilmiş dalga tahmin yöntemlerinin performanslarının değerlendirilmesi, V. Ulusal Su Mühendisliği Sempozyumu, Eylül 2011, Orhantepe, İstanbul. Ardhuin, F., Bertotti, L.,Bidlot, J.R., Cavaleri, L., Filipetto, V., Lefevre, J.M., Wittmann, P., Comparison of wind and wave measurements and models in the Western Mediterranean Sea, Ocean Engineering, 34 (3-4) Berkün, U Wind and swell wave climate for the Southern part of Black Sea. Yüksek Lisans Tezi. Orta Doğu Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Ankara. Türkiye. Bidlot, J.R., Holmes, D.J., Wittmann, P.A., Lalbeharry, R., Chen, H.S., Intercomparison of the performance of operational ocean wave forecasting systems with buoy data, Weather and Forecasting, American Meteorological Society Journals, 17 (2) ECMWF, 2010, ECMWF Overview, European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), Shinfield Park, Reading, England. Etemad-shahidi, A., Kazeminezhad, M.H., Mousavi, S.J., On the Prediction of Wave Parameters Using Simplified Methods. Journal of Coastal Research. Special Issue: 56, Hasselmann, K., Barnett, T.P., Bouws, E., Carlson, H., Cartwright, D.E., Enke, K., Ewing, J.A., Gienapp, H., Hasselmann, D.E., Kruseman, P., Meerburg, A., Mller, P., Olbers, D.J., Richter, K., Sell, W., ve Walden, H., Measurements of Wind-wave Growth and Swell Decay during the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP). Ergnzungsheftzur Deutschen Hydrographischen Zeitschrift Reihe, Deutsches Hydrographisches Institute, Hamburg, Germany, 95 s. Janssen, P., Bidlot, J.R., Abdalla, S., Ocean wave products at ECMWF. Proceedings of the seventh international conference on the mediterranean coastal environment (MEDCOAST 05), October, Kuşadası, Turkey. Komen, G.J., Cavaleri, L., Donelan, M., Hasselmann, K., Hasselmann, S., Janssen, PAEM., 1994, Dynamics and modeling of ocean waves, Cambridge University press, Cambridge, UK, 532 s. Liu, Z., Frigaard, P., Generation and Analysis of Random Waves, Laboratoriet for Hydraulik og Havnebygning, Instituttet for Vand, Jord og Miljoteknik, Aalborg Universitet, Denmark. Ozeren, Y., Wren, D.G., Predicting Wind-Driven Waves in Small Reservoirs. Technical Note. Transactions of the American Society of Agricultural and Biological Engineers. 52 (4) Özger, M., Dalga Enerjisi Tahmini ve Stokastik Modelleme, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. US Army, Coastal Engineering Manual, Chapter II-2, Meteorology and Wave Climate, U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station, U.S. Government Printing Office, Washington (DC), USA, 77 s. U.S. Army, Shore Protection Manual, U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station, U.S. Government Printing Office, Washington (DC), USA, 652 s. Yüksel, Y., Çevik, E.Ö., Kıyı Mühendisliği, Beta Basım Yayım Dağıtım A.Ş., Deniz Mühendisliği Serisi No. 1, Cağaloğlu, İstanbul, 732 s.