Hava sıcaklığı ile farklı derinlikte toprak sıcaklığı arasındaki ilişkiler: Bartın ili örneği, Türkiye

Abstract

Toprak sıcaklığı bir yandan toprakta gelişen fiziksel ve kimyasal olayları, öte yandan canlıların yaşayışını etkilediği için çok önemlidir. Örneğin toprak sıcaklığı bitki köklerinin sağlığını, topraktaki karbon ve azot dönüşümlerini/transformasyonunu, evapotranspirasyon oranını, bitkisel hastalıkları ve toprak hidrolojisini etkiler. Bu araştırmanın amacı, hava sıcaklığının toprağın farklı derinlikteki toprak sıcaklığına olan etkilerini incelemektir. Çalışmada 1980–2021 yılları arasında hava sıcaklığı ve farklı derinliklerdeki (5 cm, 10 cm, 20 cm, 50 cm ve 100 cm) toprak sıcaklıkları dönemsel verileri kullanılmıştır. İlgili sıcaklık verilerinin değerlendirilmesinde basit doğrusal regresyon modeli ve tek yönlü varyans analizi (One–Way ANOVA) kullanılmıştır. 42 yıllık dönem içerisinde aylık ortalama 5 cm toprak sıcaklığı (AO5cmTS) en düşük ocak ayında (4,4°C) ve en yüksek temmuz ayında (26,4°C) tespit edilmiştir. Öte yandan farklı derinlikteki yıllık ortalama toprak sıcaklığı (YOTS) sonuçlarının en düşük 13,4°C ile 1985 ve 1992 yıllarında 20 cm toprak derinliğinde ve en yüksek 17,1°C ile 2014 yılında 20 cm toprak derinliğinde olduğu belirlenmiştir. Bartın’da 1980–2021 yılları arası aylık ortalama hava sıcaklığı ile toprak sıcaklığı arasında pozitif ve doğrusal (r = 0,9994) olan en kuvvetli ilişki 10 cm toprak derinliğindeki sıcaklık (AO10cmTS) arasında bulunmuştur. Bu kuvvetli ilişkinin regresyon modeli y=1,2009 x -0,3205’dir. Öte yandan hava sıcaklığı ile toprak sıcaklığı arasında diğerlerine göre daha zayıf olan ilişki 100 cm toprak derinliğinde bulunmuştur. Sonuç olarak 1980–2021 yılları arasında toprak derinlik kademelerindeki toprak sıcaklığı değişimlerinin hava sıcaklığındaki değişime benzerlik gösterdiği, yıllık ortalama hava sıcaklığı değerlerinin devamlı üstünde ve bu farkın yaklaşık 2°C olduğu ortaya çıkmıştır.

Keywords

• Atmosfer
• Bartın
• güneş enerjisi
• ısı iletimi
• regresyon modeli
• toprak

Thanks

Çalışmada kullanılan meteorolojik verileri temin ettiğim (1980–2021 yılları arası) T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı Meteoroloji Genel Müdürlüğü Bartın Meteoroloji İstasyon Müdürlüğü’ne teşekkür ederim. Ayrıca şu zamana kadar maddi ve manevi yardımlarını, özverilerini, desteklerini ve teşviklerini hiçbir zaman benden esirgemeyen ve her zaman yanımda olan en küçüğünden en büyüğüne tüm aile üyelerime sonsuz şükranlarımı sunarım.

Relationships between air temperature and soil temperature at different depths: The case of Bartın province, Türkiye

Abstract

Soil temperature is very important because it affects the physical and chemical events developing in the soil, on the one hand, and the life of living things, on the other hand. For example, soil temperature affects the health of plant roots, soil carbon and nitrogen transformation, evapotranspiration rate, vegetative diseases, and soil hydrology. The purpose of this research is to examine the effects of air temperature on soil temperature at different depths of the soil. In the study, periodic data on air temperature and soil temperatures at different depths (5 cm, 10 cm, 20 cm, 50 cm, and 100 cm) between 1980 and 2021 were used. Simple linear regression model and one-way analysis of variance (One–way ANOVA) were used to evaluate the relevant temperature data. During the 42-year period, the monthly average soil temperature of 5 cm (AO5cmTS) was lowest in January (4.4°C) and highest in July (26.4°C). On the other hand, the annual average soil temperature (AAST) results at different depths were determined to be the lowest at 13.4°C in 1985 and 1992 at 20 cm soil depth and the highest at 17.1°C in 2014 at 20 cm soil depth. The strongest positive and linear (r = 0.9994) relationship between monthly average air temperature and soil temperature in Bartın between 1980 and 2021 was found between the temperature at 10 cm soil depth (AO10cmTS). The regression model of this strong relationship is y=1.2009x-0.3205. On the other hand, a weaker relationship between air temperature and soil temperature was found at 100 cm soil depth. As a result, it was revealed that the soil temperature changes in the soil depth levels between 1980 and 2021 were similar to the change in air temperature, constantly above the annual average air temperature values, and this difference was approximately 2°C.

Keywords

• Atmosphere
• Bartın
• solar energy
• heat conduction
• regression model
• soil

References

1. Araghi, A., Mousavi-Baygi, M., Adamowski, J., 2017. Detecting soil temperature trends in Northeast Iran from 1993 to 2016. Soil and Tillage Research, 174, 177–192.
2. Atalay, İ., 2006. Toprak Oluşumu, Sınıflandırılması ve Coğrafyası. Çevre ve Orman Bakanlığı, Ağaçlandırma ve Erozyon Kontrolü Genel Müdürlüğü Yayını, Meta Basım Matbaacılık Hizmetleri, 584 s.
3. Aydınözü, D., 2010. Trakya’da vejetasyon devresi ve bu devredeki yağışlar. Kastamonu Eğitim Dergisi, 18(1), 227–232.
4. Beltrami, H., Ferguson, G., Harris, R. N., 2005. Long‐term tracking of climate change by underground temperatures. Geophysical Research Letters, 32, L19707.
5. Bolat, İ. 2011. Kayın, göknar ve göknar-kayın meşcerelerinde üst toprak ve ölü örtüdeki mikrobiyal biyokütle karbon (Cmic), azot (Nmic), fosfor (Pmic) ve mikrobiyal solunumun mevsimsel değişimi. Bartın Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Orman Mühendisliği Anabilim Dalı, Doktora Tezi (Yayımlanmamış), Bartın, 423 s.
6. Bolat, İ., Kara, Ö., Tunay, M. 2015. Effects of seasonal changes on microbial biomass and respiration of forest floor and topsoil under Bornmullerian fir stand. Eurasian Journal of Forest Science, 3(1), 1–13.
7. Bolat, İ., Şensoy, H., 2023a. Analysis of some meteorological data and their variation trends in three provinces of the western black sea region between 2012 and 2021. Forestist, 73(3), 220–230.
8. Bolat, İ., Şensoy, H., 2023b. 2012–2021 yılları arasındaki bazı meteorolojik verilerin analizi ve değişim eğiliminin irdelenmesi: Sinop ve Kastamonu illeri örneği. Anatolian Journal of Forest Research, 9(2), 1–9.

9. Campbell, G. S., 1985. Soil Physics with BASIC: Transport Models for Soil-Plant Systems. Volume 14, ISBN: 0-444-42557-8, Amsterdam: Elsevier, 148 pp.
10. Chudinova, S. M., Frauenfeld, O. W., Barry, R. G., Zhang, T., Sorokovikov, V. A., 2006. Relationship between air and soil temperature trends and periodicities in the permafrost regions of Russia. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, Vol. 111, F02008.
11. Çepel, N., 1995. Orman Ekolojisi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, No 3886/433, ISBN: 975-404-398-1, İstanbul, 536 s.
12. Çepel, N., 1996. Toprak İlmi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, No 3945/43, 2. Baskı, ISBN: 975-404-421-X, İstanbul, 288 s.
13. Erol, O., 2004. Genel Klimatoloji. 6. Baskı, ISBN 975-7206-31-8, Çantay Kitabevi, 445 s.
14. Hu, Q., Feng, S., 2005. How have soil temperatures been affected by the surface temperature and precipitation in the Eurasian continent?. Geophysical Research Letters, 32, L14711.
15. IPCC., 2021. “Summary for Policymakers”, Climate Change 2021: The Physical Science Basis, Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Valerie Masson-Delmotte vd., Cambridge University Press, 2021, s. 21.
16. Islam, K. I., Khan, A., Islam, T., 2015. Correlation between atmospheric temperature and soil temperature: a case study for Dhaka, Bangladesh. Atmospheric and Climate Sciences, 5(03), 200.
17. Kantarcı, M. D., 2000. Toprak İlmi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, No 4261/462, 2. Baskı, ISBN: ISBN: 975-404-588-7, İstanbul, 420 s.
18. Khoshhal Jahromi, F., Sabziparvar, A. A., Mahmoudvand, R., 2021. Spectral analysis of soil temperature and their coincidence with air temperature in Iran. Environmental Monitoring and Assessment, 193(2), 72.
19. Nuruddin, A. A., Tokiman, L., 2005. Air and soil temperature characteristics of two sizes forest gap in tropical forest. Asian Journal of Plant Sciences, 4, 144–148.
20. Öztürk, M., Bolat, İ., Gökyer, E., Kara, Ö. 2016. Growth gradients of multi-aged pure oriental beech stands along the altitudinal gradients within a mesoscale watershed landscape. Applied Ecology and Environmental Research, 14(4), 101–119.
21. Shati, F., Prakash, S., Norouzi, H., Blake, R., 2018. Assessment of differences between near-surface air and soil temperatures for reliable detection of high-latitude freeze and thaw states. Cold Regions Science and Technology, 145, 86–92.
22. Türkeş, M., 2019. Scientific basis of climate change and impacts on Turkey. Climate change training module series 1, the project co-funded by the European Union and the Republic of Turkey. http://www.iklimin.org/moduller/bilimmodulu.pdf [access: 24.05.2023.
23. URL–1. (2023). http://www.bartintso.org.tr, Bartın Ticaret ve Sanayi Odası web sayfası, (Erişim tarihi: 01.06.2023). URL–2. (2023). https://www.mgm.gov.tr/tahmin/il-ve-ilceler.aspx?il, Meteoroloji Genel Müdürlüğü web sayfası, (Erişim tarihi: 01.06.2023).
24. URL–3. (2023). https://www.mgm.gov.tr/FILES/resmi-istatistikler/parametreAnalizi/Turkiye-Ortalama-Sicaklik-2020.pdf, Meteoroloji Genel Müdürlüğü web sayfası, (Erişim tarihi: 01.05.2023).
25. Zhang, H., Yuan, N., Ma, Z., Huang, Y., 2021. Understanding the soil temperature variability at different depths: Effects of surface air temperature, snow cover, and the soil memory. Advances in Atmospheric Sciences, 38, 493–503.
26. Zheng, D., Hunt, E.R., Running, S.W., 1993. A daily soil temperature model based on air temperature and precipitation for continental applications. Climate Research, 2, 183–191.