Meteorolojik Karakterli Sel Ve Ta k nlar n Erken Tespitinde Meteoroloji Radarlar n n Kullan lmas

Transkript

1 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon Meteorolojik Karakterli Sel Ve Taknlarn Erken Tespitinde Meteoroloji Radarlarnn Kullanlmas Dr. Kurtulu Öztürk ve Meteoroloji Müh. Cüneyt Geçer Meteoroloji Genel Müdürlüü, Tahminler Dairesi Bakanl Uzaktan Alglama ube Müdürlüü, Kütükçü Alibey Cad. No: Kalaba, Keçiören/Ankara Tel: , Faks: e-posta: kozturk@mgm.gov.tr, cgecer@mgm.gov.tr ÖZET Meteorolojik hadiseler sonucu ortaya çkan sel ve taknlarn önlenmesi veya zararlarnn azaltlabilmesi için en önemli unsurlardan biri, etkin bir meteorolojik gözlem a ve erken uyar sistemi kurularak, yetkililerin ve halkn zamannda bilgilendirilmesi ve bu tür olaylara kar bilinçli tepkilerle hareket edilmesinin salanmasdr. Bu tür uyarlar için oluturulacak gözlem ann en önemli parçalarndan biri hiç kukusuz ki meteoroloji radarlardr. Meteoroloji radarlar kullanlarak atmosferin yüksek çözünürlükte ve sk aralklarla ölçülebilmesi, bata ksa süreli hava tahmini olmak üzere birçok meteorolojik çalma için çok büyük katklar salar. Veri kalitesini olumsuz etkileyen faktörlere ramen radarlar, gerçek zamanl, yüksek alansal ve zamansal çözünürlüe sahip ya bilgisinin elde edilmesinde en önemli meteorolojik cihazlardr. Radarlar, ya bilgisinin elde edilmesinde kullanlan reflektivite ölçümünün yan sra atmosferin hareketine ilikin hz ölçümü de yapabilmektedir. Türkiye de meteorolojik hizmetlerin kalitesini ve güvenilirliini artrmak, kuvvetli meteorolojik hadiseler sonucu mal ve can kaybn en aza indirmek amac ile ksa süreli meteorolojik uyarlarn zamannda hazrlanmas ve yaynlanmas radar sistemleri ile mümkündür. Bu çalmada, meteoroloji radarlarnn ve ürünlerinin meteorolojik karakterli sel ve taknlarn belirlenmesinde ve takibinde kullanlmas ile ilgili uygulamalar, örnek çalmalar ile birlikte sunulmutur. ABSTRACT Flash Flood Early Warning by means of Weather Radars One of the main approach in order to reduce the hazardous impact of flash floods caused by meteorological phenomenas is to inform authorized people and public on time by establishing a dense observation network and early warning systems. The most important part of this network is obviously weather radars. Weather radars are useful for nowcasting and other related studies because they can measure the atmosphere with very high temporal and spatial resolution. Even though weather radars suffer from many source of error, they are the most essential instrument to obtain real time rainfall estimation. Weather radars are not only capable of measuring reflectivity but also the radial velocity to determine the speed and the direction of the atmosphere. It is possible to reduce the economical loss and causalities due to the meteorological disasters such as flash flood by using weather radars. In this study, how the weather radars can be used to issue early warnings for flash flood is explained and some case studies and applications are presented.

2 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon 1. GR Meteoroloji Radarlar ksa vadeli hava tahmini ve erken uyar yapmak amacyla kullanlan en önemli meteorolojik gözlem sistemlerinden biridir. Gelien teknoloji sayesinde radarlarla herhangi bir noktada ve anda, zamansal ve alansal olarak rüzgar, ya miktar ve ya tipi hakknda yüksek çözünürlükte bilgi almak mümkündür. iddetli saanak yalar sonucunda meydana gelen sel ve taknlar, ülkemizde son yllarda giderek artan, can ve mal kayplarna neden olan en önemli meteorolojik kaynakl doal afetlerdir. Sel ve taknlarn önceden öngörülerek gerekli uyarlarn yaplabilmesinin önündeki temel sorun, alansal ya gözlemlerinin yeterli sklkta olmaydr. Meteoroloji Radarlarnn temel görevlerinden biri, nicel ya tespiti ve tahminidir. Ancak radar dünyasnda yan nicel olarak tespit ve tahmin edilmesi hala en zor meselelerden biri olarak kabul edilmektedir. Bunun önemli nedenlerinden biri ya iddetinin ve miktarnn radarlar tarafndan direkt olarak ölçülememesidir. Tek polarizasyonlu radarlarn ölçtüü reflektivite, çift polarizasyonlu radarlarn ölçtüü diferansiyel reflektivite ve spesifik diferansiyel faz gibi parametreler kullanlarak ya iddeti hesaplanabilir. Bu hesaplama çift polarizasyonlu radarlarda çeitli algoritmalar, tek polarizasyonlu radarlarda ise çeitli ampirik formüller kullanlarak yaplmaktadr. Bu çalmada, ülkemizde yaanm baz sel ve taknlar için radar verileri incelenmi, meteoroloji radarlar ile bu olaylarn önceden tahmini ve uyars konularndaki uygulamalar anlatlmtr. 2. DOPPLER METEOROLOJ RADARLARI, KULLANIMI VE ÜRÜNLER 2.1. Doppler Meteoroloji Radarlar ve Radar Gözlem A RADAR, Radio Detection And Ranging kelimelerinin ksaltmasndan gelen bir terimdir li yllarda meteorolojide kullanlmaya balanmtr. Çalma prensibi, radardan gönderilen bir elektromanyetik dalgann (sinyal) hedefe çarparak geri dönmesi esasna dayanr. Meteorolojik radarlar için hedef, bulut partikülleri, yamur damlacklar, dolu ve kar gibi atmosferde bulunan hidrometeorlardr li yllardan itibaren Doppler radar teknolojisine geçilerek radarlardan dijital formda bilgiler alnmaya balanmtr. C Band Doppler radarlar, 4-8 GHz frekansnda çalr ve 4-8 cm dalga boyuna sahiptir. Doppler radarlar, hedefe gönderilen dalga radara geri döndüünde, dalgann frekansndaki deiime bal olarak hidrometeorlarn radyal hzlarn da ölçer. ekil 1: Trabzon meteoroloji radar (Akçaabat Mersin Beldesi)

3 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon Radar, kapsad bölgenin atmosferi hakknda çok detayl bilgiler üretir. Bu nedenle meteorolojik ve hidrolojik uygulamalarda kullanlan çok önemli bir gözlem aracdr. Radarlar scaklk, basnç ve nem gibi temel meteorolojik parametreleri ölçen sistemler deildir. Bir radar görüntüsünün ne anlam ifade ettiinin anlalabilmesi için radarn elde ettii temel parametrelerin bilinmesi gerekir. Bunlar reflektivite, ya miktar ve hzdr. Genellikle radar görüntülerinin sanda yer alan ölçekte, bu parametreler ile renkler arasnda bir iliki kurulmutur. Bu ilikilerin ne anlam ifade ettiini ksaca açklayalm: Reflektivite [Z] Reflektivite, hedeften geri yanstlan enerjinin ölçüsüdür. Daha kuvvetli hedefler daha fazla enerji geri yanstr, bu nedenle daha yüksek reflektivite deerlerine sahiptirler. Reflektivite eko iddeti anlamna gelir. Reflektivite deerleri radar tarafndan, birim hacimdeki damlack says ve damlack çapnn 6. kuvvetiyle ilikili olarak logaritmik hesaplanr ve birimi desibel dir (dbz). Z=Di6 (mm6/m3) Lineer Radar Reflektivite Faktörü dbz=10log10z Logaritmik Radar Reflektivite Faktörü Tablo 1: Lineer-logaritmik reflektivite faktörü deerleri. Lineer Deer Z (mm 6 /m 3 ) log 10 Z Desibel dbz ekil 2: (a) stanbul radar reflektivite görüntüsü, (b) dikey yap. ekil 2 (a) da, kuzeybatdan stanbul a doru yaklamakta olan bir iddetli frtna tespit edilmitir. ekil 2 (b) de ise bu frtnann dikey kesiti alnmtr. Frtnann merkezine yakn yerlerde çok iddetli ya ve dolu meydana gelmitir. Merkezden darya doru ya iddeti azalmaktadr. Bir radar reflektivite görüntüsüne bakldnda eko younluklarnn neyi ifade ettii, bir baka deyile hangi meteorolojik olay tanmlad Tablo 2 de verilmitir:

4 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon Tablo 2: Reflektivite deerlerine karlk gelen ya tipi ve miktarlar. Reflektivite (dbz) Ya miktar (mm/saat) Yorumlama 10 ~ 0.2 Genellikle ya meydana getirmeyen bulutlar 20 ~ 1 Çisenti, çok hafif yamur 30 ~ 3 Hafif yamur 40 ~ 10 Orta iddette yamur, saanak 50 ~ 50 iddetli yamur, gökgürültülü saanak, olas dolu 60 ~ 200 Çok iddetli yamur, iddetli frtna, dolu Ya Miktar [R] Radarlar ya dorudan ölçmezler. Reflektivite ile ya miktar arasnda bir iliki kurulmutur. Radarn ya ölçümü, reflektiviteye bal olarak radar yazlmlar tarafndan Z- R bants kullanlarak otomatik olarak yaplr. Z=AR b (A ve b deneysel katsaylardr) En yaygn olarak bilinen ve kullanlan Z-R bants: Z=200R 1.6 (Marshall ve Palmer, 1948). Bu katsaylar stratiform ya için idealdir. A ve b deerleri, her bir radar sistemi için kapsad bölgenin toporafyasna ve meteorolojik artlarna göre deikenlik gösterir. Dolaysyla yan cinsi ve dalm ile ilikilidir. Bir çok aratrmac, uzun yllardan beri pek çok A ve b katsays üretmitir. Bunlardan bazlar Z=31R 1.71 Orografik yata (Blanchard, 1953) Z=500R 1.5 Frtnalarda (Joss, 1970) Z=350R 1.4 Konvektif yata Z=2000R 2 Kar yanda (Marshall and Gunn, 1958) Meteoroloji Genel Müdürlüü (MGM), halihazrda 10 adet meteoroloji radarn operasyonel olarak iletmektedir. Bunlar; Ankara, Zonguldak, stanbul, Balkesir, zmir, Mula, Antalya, Hatay, Samsun ve Trabzon radarlardr. Bu radarlardan Ankara, zmir, Mula, Antalya ve Hatay radarlar çift polarizasyonlu radarlardr. Radarlar, belirli bir tarama stratejisi ile birkaç yüz km yarçapl bir dairesel alan üzerindeki atmosferden veri alabilmekte olup, bu verinin kalitesi radardan olan uzakla, topografik ve atmosferik artlara göre deimektedir. Radar ürünleri genel olarak 6 dakikada bir üretilmektedir ve çözünürlüü 125 metredir. ekil 3: MGM Radar Gözlem A mozaik görüntü örnei.

5 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon Meteoroloji Radarlarnn Kullanm, Radar Ürünleri Meteoroloji radarlar, 0-2 saatlik ksa vadeli hava tahmini (nowcasting) ve erken uyar amacyla kullanlr. Radar gözlemleri, doal afetlere sebep olabilecek hava olaylarnn yerinin ve iddetinin belirlenmesi ve izlenmesi yoluyla erken uyarlarn yaplmasnda kullanlan çok faydal gözlemlerdir. Gerçek zamanl elde edilen veriler, tahmin merkezlerinde deerlendirilerek kamuya yönelik uyarlar hazrlanr ve ilgili mercilere iletilir. Dünyada baz ülkelerin tahmin merkezlerinde, ksa vadeli hava tahmini yaplmasn salayan autonowcasting yazlmlar kullanlmaktadr. Bunlardan biri, Avusturya Meteoroloji Tekilat (ZAMG) tarafndan gelitirilen INCA (Integrated Nowcasting through Comprehensive Analysis) yazlmdr. INCA yazlm, saysal hava tahmini model verilerini, meteorolojik uzaktan alglama (uydu ve radar) ve yer gözlem verilerini girdi olarak kullanarak ksa süreli otomatik tahminler üretir. MGM ve ZAMG arasnda bir protokol yaplm ve INCA yazlmnn ülkemizde kullanlmasna yönelik çalmalara 2013 ylnda balanmtr. Bu çalmalarda elde edilen tahmini yaa ait bir ürün çkts ekil 4 te görülmektedir. ekil 4: INCA yazlm ya öngörüsü. Radar verisi, takn tahmin modellerinde de kullanlan çok önemli bir veridir. WMO (Dünya Meteoroloji Tekilat) önderliinde HRC (ABD Hidrolojik Aratrma Merkezi), NOAA (Amerika Ulusal Okyanus ve Atmosfer daresi) ve USAID (ABD Yardm Kurumu) arasnda 2009 ylnda imzalanan bir mutabakat zapt ile, Karadeniz ve Ortadou Bölgesel Ani Takn Erken Uyar (FFGS) Projesi uygulamaya konulmu, ülkemiz merkez olmak üzere Türkiye, Azerbaycan, Gürcistan, Ermenistan, Irak, Suriye, Lübnan ve Bulgaristan arasnda ibirlii ile bu proje sürdürülmektedir. Bu projede FFGS modeline radar ya verisi girdi olarak kullanlmaktadr. ekil 5 te FFGS Model Konsepti, ekil 6 (a) ve (b) de modele ait iki çkt görülmektedir. ekil 7 de ise, o tarihte zmir radarndan üretilen bir MAX reflektivite görüntüsü yer almaktadr.

6 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon ekil 5: Ani Takn Erken Uyar Sistemi Model Konsepti ekil 6(a): 24 saatlik alansal ya tahmini haritas. ekil 6(b): 6 saatlik ani takn tehlike haritas (Model, 24 Mays 2012 tarihinde zmir in ilçelerinde meydana gelen taknlar için 6 saat öncesinden uyar vermitir).

7 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon ekil 7: 24 Mays 2012 tarihindeki bir zmir radar MAX reflektivite görüntüsü (6 dakikada bir üretilmektedir). ekil 8: (a) Balkesir radar 12 saatlik toplam ya miktar ürünü, (b) Edremit OMG (Otomatik Meteorolojik Gözlem stasyonu) ya miktar kaytlar. 9 Mart 2013 tarihinde saat 16:00 ile 23:00 arasnda meydana gelen iddetli ya sonucu Balkesir Edremit ve Havran ilçelerinde sel ve su basknlar meydana gelmi ve metrekareye 150 kilogram civarnda ya dümütür (ekil 8b). Balkesir radar 12 saatlik toplam ya ürününe bakldnda, yer gözlemine yakn olduu görülmektedir (ekil 8a). Kuvvetli oraj hücresinin tam merkezinde dbz arasnda reflektivite deerleri dikkat çekmektedir (ekil 10). Bu yüksek ekonun meydana getirdii etkili ya, önceden tanmlanan ihbar kriterlerince belirlendiinden bu bölge için etkili ya ihbar radardan otomatik olarak tespit edilmitir (ekil 11).

8 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon ekil 9: Meteorolojik uyar metni ekil 10: (a) MAX reflektivite görüntüsü, (b) zoom yaplm gösterimi. ekil 11: Otomatik elde edilmi ihbar ürünü.

9 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon VIL ürününün yüksek deer göstermesi, ekonun fazla miktarda ya brakacann belirlenmesinde kullanlmtr. Uygulamalarda VIL ürünü kuvvetli ya ile dolunun ayrmnda kullanlr. Bir büyük dolu tanesi binlerce yamur damlac gibi yansma yapar. Kuvvetli ya ile doludan elde edilen eko deerleri (45-60 dbz) birbirine yakn deerler gösterir. Yüksek VIL deerleri kolonun daha fazla ya veya su içerii tadn gösterir (ekil 12a). ekil 12: (a) Kuvvetli yan VIL ile tespiti, (b) 20:00-ile 21:00 aras 1 saatlik toplam ya miktar Yer gözlemleri ve radar verisi kyaslanacak olursa; ya ölçerler bir saatte 35 mm ya miktar kaydetmi olup, stanbul radarndan elde edilen saatlik toplam yan ise mm arasnda olduu görülmektedir (ekil 12b). 3. SONUÇ VE ÖNERLER Bu çalmada meteoroloji radarlarnn meteorolojik kaynakl doal afetlerin tespitinde ve takibindeki önemi üzerinde durulmutur. Radar verisinin, takn tahmin ve erken uyar modelleri ile ksa vadeli tahmin yazlmlarnda kullanlmasyla iddetli yalarn tespiti ve erken uyar konusu anlatlmtr. Radarlar kullanarak atmosferin yüksek çözünürlükte ve sk aralklarla ölçülebilmesi, bata ksa süreli hava tahmini olmak üzere birçok meteorolojik çalma için çok büyük katklar salar. Veri kalitesini olumsuz etkileyen faktörlere ramen radarlar, gerçek zamanl, yüksek alansal ve zamansal çözünürlüe sahip ya bilgisinin elde edilmesinde en önemli meteorolojik cihazlardr. Meteoroloji radarlar, yer gözlem sistemleri gibi ya miktarn dorudan ölçen sistemler deildir. Ya miktar ve eko iddeti arasndaki bilimsel bir banty kullanarak olas ya miktarn hesaplar. Bu nedenle, herhangi bir meteorolojik gözlem sistemi tarafndan ölçülen ya miktar ile radarn dolayl olarak hesaplad ya miktar arasnda farkllk olabilir. Radarlar, ya bilgisinin elde edilmesinde kullanlan reflektivite ölçümünün yan sra, atmosferin hareketine ilikin hz ölçümü de yapabilmektedir. Ülkemizde meteorolojik hizmetlerin kalitesini ve güvenilirliini artrmak, iddetli yalar sonucu mal ve can kaybn en aza indirmek amac ile, ksa süreli meteorolojik uyarlarn zamannda hazrlanmas ve yaynlanmas için meteoroloji radar verilerinin kullanlmas büyük önem tamaktadr.

10 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon 4. KAYNAKLAR 1. Doviak, R.J. and Zrnic D. (1984) Doppler Radar and Weather Observations, National Severe Storms Laboratory, National Oceanic and Atmospheric Administration, Norman, Oklahoma and Departments of Electrical Engineering and Meteorology, University of Oklahoma, Norman, Oklahoma. 2. IRIS Radar Manual, Version 7.30, SIGMET, Inc. Massachusetts, Rinehart, R. (1997) Radar for Meteorologists, Rinehart Publications. 4. Geçer, C. (2002) Radar Meteorolojisi, MGM Yayn, No:2002/06, Ankara. 5. Öztürk, K ve Ylmazer A.U. (2006) Türkiye de Meteorolojik Radar Ya Ölçümleri ve MM5 Saysal Model Tahminlerinin Farkl statistiksel Ayar Teknikleri Kullanlarak yiletirilmesi, Ankara Üniversitesi Fizik Mühendislii Anabilim Dal Doktora Tezi, ss. 23, Ankara.