ÇOK-SENSÖRLÜ YAĞIŞ TAHMİN ÜRÜNÜ

Transkript

1 ÇOK-SENSÖRLÜ YAĞIŞ TAHMİN ÜRÜNÜ (MULTI SENSOR PRECIPITATION ESTIMATE - MPE) M. Kürşad ATALAR 1, İsmail MERT 2, Mustafa YURTSEVEN 3 1 Araştırma ve Bilgi İşlem Dairesi Başkanlığı, Uzman Tel: mail: [email protected] 2 Hava Tahminleri Dairesi Başkanlığı, Tekniker Tel: mail: [email protected] 3 Hava Tahminleri Dairesi Başkanlığı, Mühendis Tel: mail: [email protected] 1

2 İÇİNDEKİLER Sayfa No Giriş... 3 Örnek Olay Çalışmaları... 7 Orta Afrika örneği... 7 Elbe Bölgesi nde Sel Hadisesi Örneği... 8 Mayıs 2001 İspanya Örneği Güneydoğu Anadolu Sel Örneği Değerlendirme Yararlanılan Kaynaklar

3 GİRİŞ Uydu aracılığıyla yağış alanları ve miktarının tahmini, pasif ve aktif mikrodalga sensörleri tarafından yapılabilmektedir. Mikrodalga sensörleri, alan çözünürlüğü konusundaki sıkıntılarına ek olarak, küçük-ölçekli yağış bölgelerinin tahmininde de çok yeterli değildirler. Sabit yörüngeli uydulardan elde edilen kızılötesi parlaklık sıcaklıkları, yer seviyesindeki yağış miktarıyla sadece dolaylı olarak ilişkilidir, ancak, kapsama alanı ve ürün alım zamanı anlamında çözünürlükleri yüksektir. Bu yüzden, her iki elde-edim sistemlerinin birleştirilmesi amacıyla yöntemler geliştirilmiştir. Sabit yörüngeli uydu bazlı yürütülen MPE uygulamasında kullanılan algoritma, Eumetsat ın METEOSAT serisi uydularından elde edilen kızılötesi görüntüler ile Amerika ya ait polar yörüngeli uydu enstrümanı SSM/I (Özel Mikrodalga Görüntüleyici Sensör) den gelen pasif mikrodalga verisi bir araya getirilerek geliştirilmiştir. MPE den elde edilen yağış tahmini, daha soğuk tepe sıcaklığına sahip bulutların, atmosferde daha yukarı seviyelere ulaşacağı ve bu nedenle kendisine göre daha sıcak tepe sıcaklığına sahip bulutlara göre daha fazla yağış bırakabileceği varsayımına dayanmaktadır. Ancak bulut tepe sıcaklıklarıyla yerdeki yağış miktarı arasındaki ilişki doğrusal değildir ve büyük ölçüde o anki hava hadisesinin türüne bağlıdır. Sadece konvektif sistemlerde, bulut tepe sıcaklığı ile yere düşen yağış miktarı arasında güçlü bir korelasyon söz konusudur ve bu sistemlerde bile, yere düşen yağış miktarı, büyük ölçüde, konvektif sistemin hangi safhada olduğuna bağlıdır. Bu varsayım, temelde konvektif yağışlar için geçerlidir, ancak cephesel ya da oroğrafik yağışlarda da kısmen doğrudur. Özellikle sıcak cephe söz konusu olduğunda, yağış yoğunluğu genellikle en çok tepe yapan bulutlarda görülmez ve yağışlar, konvektif karakterli bulutlara göre çok daha erken oluşur. 3

4 Yağış oranı (mm/saat) Yağış oranı (mm/saat) Parlaklık sıcaklığı (K o ) Parlaklık sıcaklığı (K o ) Şekil: Ağustos 2001, Batı-Orta Afrika 5 x5 lik kutular için, bir araya getirilen Meteosat IR parlaklık sıcaklıkları ve SSM/I yağış oranı veri setleri (noktalar) ve bu veri setinden oluşturulan değerlendirme grafiği (çizgi) Şekil:2. Şekil:1 in benzeri, sadece üzerinde Güney Pasifik teki cephesel sistem için. Şekil:1, Orta Afrika üzerindeki büyük ölçekli bir konvektif yağış sistemini, Şekil:2 ise, Güney Atlantik üzerindeki sıcak bir cepheyi göstermektedir. Mikrodalga verisinden elde edilen yağış oranı ile IR parlaklık sıcaklıkları arasında oldukça iyi bir korelasyon vardır ve değerlendirme tabloları uygulandığında, yağış alanının gayet iyi temsil edildiği görülmektedir. Şekil:3, bütün değerlendirme tabloları için kalite kontrol parametresini göstermektedir. Genellikle kalite kontrol parametreleri, yöntemin tüm enlemlerde uygulanabileceğini göstermiştir, fakat özellikle yüksek enlemlerde, verinin kalitesi, o anki hava durumuna çok bağlıdır. 4

5 kuru sorunsuz bölge problemli yeterli veri yok Şekil:3. Değerlendirme tablosu kalite göstergeleri. Atlantik üzerinde elde edilen veriler, değerlendirme tablosu üretmek için yeterli değildir. Değerlendirme tabloları, bu seyrek veri alanının kenarlarındaki bölgeler ile Güney Atlantik ve Hindistan Okyanusu nun güneyinde bulunan ve konvektif yağış olmayan bölgelerde, yağış miktarıyla ilgili güvenilir bilgi vermemektedir. Zamansal ve mekansal çözünürlük sıkıntısı yüzünden, yerde ölçüm yapan yağış-ölçer cihazlarıyla MPE verisinin verifikasyonu genellikle yapılamamaktadır. Bu konuda genellikle bir başka uzaktan algılama cihazı olan radarlar kullanılmaktadır. Çünkü radar verisi, uydudan elde edilen veriye göre, yere düşen yağışla daha yakından ilgilidir. Ancak burada yağış oranı ve radar sinyali arasındaki ilişkiyi doğru hesaplamak gerekir. Uygulamada radar verisi, genellikle, yağış türlerinin karşılaştırmasını yapmak amacıyla kullanılmaktadır. EUMETSAT, MPE verisinin güvenilirliğini farklı coğrafi bölgelerde test etmek için örnekolay çalışmaları yapmıştır. Şekil:4, bu çalışmaların yapıldığı 3 farklı bölgeyi göstermektedir. 5

6 Şekil:4. Mayıs 2001 (İspanya) ve Ağustos 2002 (Elbe Bölgesi ve Afrika) örnek alanları.. 6

7 Örnek Olay Çalışmaları Orta Afrika örneği MPE ürününün en etkin çalıştığı alanların, büyük ölçekli konvektif yağış bölgeleri olduğu varsayımından hareket edilir. Bu yüzden Orta Afrika da, Ağustos ayında kuvvetli konvektif yağışların görüldüğü bölge (~ batı ve ~ kuzey) örnek olay alanı olarak seçilmiştir. Şekil:5 aynı bölge için MPE ile SSM/I yağış miktarını göstermektedir. Gri alan, geçerli veriyi, yağış olmayan bölgeleri ve SSM/I geçiş bölgesini temsil etmektedir. MPE verisi, tahmin edildiği gibi, bu konvektif hadisede, SSM/I ile uyum sergilemektedir. Yağış Oranı [mm/sa] Şekil:5. Orta Afrika için MPE ve SSM/I yağış oranları ( , 20:00 GMT). 7

8 Elbe Bölgesi nde Sel Hadisesi Örneği Ağustos 2002 tarihleri arasında, Alçak basınç merkezi İtalya üzerinden Polonya ya doğru hareket etmiş ve sel hadisesine neden olmuştur. Şekil: 6 da, Ağustos 2002 (12 GMT) de, cephe sisteminin uzanımı ile sıcak ve nemli havanın hareket yönü görülmektedir. Ancak 12 Ağustos ta, Almanya-Çek Cumhuriyeti sınırında bulunan Erzgebirge de hava kütlesinin yönü değişmiş ve orografik yağış fazlalığı görülmüştür. Şekil:6. 11 ve 12 Ağustos 2002, 12 GMT de cephe sistemi ve havanın yönü Bu örnek olay şunu göstermiştir: MPE, cephesel yağışta kullanılabilir ancak yağışın gerçek yerini tespit ederken, 100 km lik bir sapma olabilir. Ayrıca orografinin yağışın kuvvetine etkisi, doğru tespit edilememiştir. Bu nedenle, MPE ürünü, yağış miktarını doğru tahmin edememiştir. 8

9 Şekil:7. Orta Avrupa üzerinde 00:30, 08:00 ve 16:00 GMT için hava durumu. Cenova üzerinde bulunan Alçak Basınç Merkezi, kuzeye doğru hareket ediyor ve hava kütlesi, özellikle Almanya-Çek Cumhuriyeti sınırında yer alan Erzgebirge de oroğrafik olarak yükselip, kuvvetli yağışa neden oluyor. 9

10 Şekil:8. Orta ve Güneydoğu Avrupa için MPE ve SSM/I yağış oranları, , 06:00 GMT. 10

11 Mayıs 2001 İspanya Örneği Bu örnek olayda, 3 Mayıs 2001 (07:00 GMT) için MPE, radar ve SSM/I verileri karşılaştırılmıştır (Şekil:9). Bu örnekte MPE, yağış alanlarının konumu ve zamanını oldukça iyi yakalamıştır. Pireneler in güney ve üst bölgelerindeki yağış alanlarını karşılaştırdığımızda, SSM/I verisi ile ilginç bir korelasyon gözlemlenmektedir. Bölge üzerinde konvektif bulutlar gelişmiş ve her üç yöntem de yağış alanlarını tespit edebilmiştir. Fakat SSM/I, Pireneler üzerinde bulunan karın yanlış yorumlanması nedeniyle, ilave bir kuvvetli yağış alanı göstermektedir. Şekil:9. İspanya, , 07:00 UTC için; MPE, radar ve SSM/I yağış oranları. Pireneler in güneyinde konvektif yağışlar ve Cebelitarık üzerinde yağış alanı görülüyor. Gri renkli alanlar radar ve SSM/I verisi tarafından yağış olmayan bölgeleri temsil ediyor. Cebelitarık üzerindeki yağış alanı, sonraki günde (Şekil:10), kuzeybatıya hareket etmiş olup, MPE ile hala tespit edilebilmektedir. Her iki yöntemle de, İspanya nın büyük bir kısmında bir konvektif faaliyet gözlemlenmektedir. Soğuk cephe, sadece hafif bir yağış bırakarak Biskay Körfez inden içeri girmiştir. Bu durumu MPE tespit edebilmiştir. 11

12 Şekil:10. İspanya, , 15:00 GMT için, MPE ve radar verisi. Şekil:11 sıcak cephe için farklı bir tablo sunmaktadır. Buna göre, MPE ve radar verileri birbirinden oldukça farklı görünmektedir. Bu bölgede MPE yağış alanı gösterirken, radar görüntülerinde neredeyse hiç yağış görülmemektedir. Bu örnek olay, MPE nin sıcak cephelerde yağışı yakalama noktasında ciddi problemi olduğunu kanıtlamaktadır. Şekil:11. Şekil 10 ün benzeri, , 00:30 UTC için. 18 Mayıs ta (Şekil:12), konvektif bir yağış hadisesi gerçekleşmiştir. MPE ve radarın gösterdiği yağış alanının konumsal dağılımı ve uzanımı birbirine çok benzemektedir. Portekiz-İspanya sınırındaki kuvvetli lokal radar ekoları, MPE verisinde çok daha geniş, fakat daha zayıf yağış alanları olarak görülmektedir. 12

13 Şekil:12. Şekil:11 in benzeri, , 14:00 GMT için. İspanya örneği, MPE algoritmasının değişik hava hadiseleri için performansını görmek açısından oldukça iyi veriler sunmaktadır. Buna göre, algoritma, çoğunlukla konvektif yağış durumlarında, radar verisiyle uyum içindedir. Soğuk cepheler tespit edilebilmekte, ancak yağış yeri yanlış konumlandırılabilmektedir. Sıcak cephe bulutlarından meydana gelen yağış ise yeterince tespit edilememektedir. Aslında çok dar bir alanda gerçekleşen yağışlar da, daha geniş alanları etkiliyor gibi görünmektedir. Sonuç MPE algoritması, kendi sınırlamaları içinde, beklentileri genel olarak karşılamaktadır. Yöntem, tropik ve sub-tropik konveksiyon bölgelerinde daha iyi çalışmakta, yukarı enlemlerde ise, yukarda bahsedilen kısıtlamalar çerçevesinde kullanılmaktadır. 13

14 Güneydoğu Anadolu Sel Örneği tarihinde, Güneydoğu Anadolu Bölgesi nde, özellikle Diyarbakır ın Çınar ilçesi ile Batman da meydana gelen sel hadisesi, büyük miktarda can ve mal kaybına sebep olmuştur. Şekil:13 ve Şekil:14 de 31 Ekim-1 Kasım 2006 da gerçekleşen yağışlar görülmektedir. Selin etkili olduğu, tarihinde 12:00 UTC ile 18:00 UTC arasında gerçekleşen yağış miktarları; Diyarbakır da 8 kg., Batman da 16 kg. dır. 1 Kasım 2006, 06:00 UTC de son 24 saatlik gerçekleşen yağış miktarları ise, Diyarbakır da 13 kg., Batman da 29 kg. dır. Şekil: ve tarihinde gerçekleşen yağış miktarları (mm olarak) , 12:00 UTC, son 6 saatlik yağış miktarları (sol üstte), , 18:00 UTC son 12 saatlik yağış miktarları (sağ üstte), , 00:00 UTC son 6 saatlik yağış miktarları (sol altta) ve , 06:00 UTC son 6 saatlik yağış miktarları (sağ altta) 14

15 Şekil: ve , 06:00 UTC - 06:00 UTC saatleri arasında gerçekleşen 24 saatlik yağış miktarları (mm olarak) MPE verileri ise, 12:00 UTC-18:00 UTC arasında 6 saatlik toplam olarak; Diyarbakır da 14.0 kg. (aynı saatler arasında gerçekleşen yağış 8 kg.), Çınar da 24.2 kg. olarak görülmüştür. Şekil: 15 ve Şekil 16 da bölgeye düşen en yüksek yağış miktarlarına karşıklık gelen bazı MPE görüntüleri verilmiştir. Şekil:17 ve Şekil:18 de ise Diyarbakır ve Çınar ın MPE verilerinin grafikleri görülmektedir. (15 dk. ara ile ve saatlik MPE trendi) D.ba D.bakır Çýn Çınar D.ba D.bakır Çýn Çınar D.ba D.bakır Çýn Çınar D.bakır Çýn Çınar Şekil: :15, 15:30, 15:45 ve 16:00 UTC MPE yağış miktarları (mm/saat olarak). 15

16 D.bakır Çınar D.bakır Çınar Şekil: :15 ve 16:30 UTC MPE yağış miktarları (mm/saat olarak) D.bakır ve Çınar için MPE verileri (saatlik) Yağış Miktarı - mm mpe-çınar mpe-d.bakır Zaman - saat (UTC) Şekil: :00 ve 18:00 UTC arası saatlik MPE yağış miktarları (mm/saat olarak). D.bakır ve Çınar - MPE verileri (15 dk'lık) Yağış miktarı - mm mpe-çınar mpe-d.bakır :30 14:00 14:15 14:45 15:15 15:45 16:15 Zaman (saat ve dk) 16:45 17:15 17:45 Şekil: :00 ve 18:00 UTC arası 15 dk lık MPE yağış miktarları (mm/saat olarak). 16

17 Şekil:19. Fırat Havzası na düşen MPE yağış miktar örneği. Yağışın genel olarak düştüğü alanda (solda) ve Diyarbakır-Çınar ve Batman ı da içine alan yağış havzasında MPE ürünü (sağda) Çınar İlçesi nde sel olayının meydana gelmesine temel etken, havzanın kuzeyindeki dağlık bölgeye düşen şiddetli yağıştır (Şekil:15 sağ alt, Şekil:16 ve Şekil:19). Kuzey deki dağlık bölgeye düşen yağış miktarları, Diyarbakır ve Çınar a düşen yağışlara göre daha fazladır (Şekil:15 sağ alt ve Şekil:16). Bu nedenle, yere düşen yağış akışa geçmiş ve güneyde yer alan aşağı bölgeleri etkilemiştir. Fırat havzasının kuzeyindeki dağlık arazi Şekil:20. Fırat Havzası nın 3-boyutlu görünümü. Havza sınırları (açık mavi renkli). 17

18 Değerlendirme Uydudan elde edilen MPE ürünü kullanılarak yapılan bu çalışma, Türkiye deki bir örnek olay için ilk defa gerçekleştirilmiştir. Ürün üzerindeki verifikasyon çalışmaları devam etmekle birlikte, konvektif karakterli yağışların meydana geldiği bu örnek olay, MPE ürünü verilerinin, radarın olmadığı alanlarda kullanılabileceğini göstermektedir. 18

19 YARARLANILAN KAYNAKLAR Heinemann, T., Kerenyi, J. (2003): The Eumetsat multi-sensor precipitation estimate (MPE), Concept and Validation, Proceedings of the second International Precipitation Working Group (IPWG) Meeting, Madrid, Spain, September Heinemann, T., Latanzio, A. and Roveda, F. (2002): The Eumetsat multi-sensor precipitation estimate (MPE), Proceedings of the second International Precipitation Working Group (IPWG) meeting, Madrid, Spain, September