Mathematical Modelling of Lake Region Climate Data

Year 2020, Volume: 20 Issue: 6, 1112 - 1123, 31.12.2020

Tansel Koyun , Burakhan Doğan

https://doi.org/10.35414/akufemubid.637356

Abstract

This study aims to create a mathematical model for the cities of the Lakes region (Afyon, Antalya, Burdur, Isparta, Konya) of Turkey, for 2009-2018 period, by considering maximum temperature, minimum temperature, relative humidity, pressure. For this purpose, a mathematical model was created using Gauss, sum of sinuses and Fourier models, which are preferred in curve fitting. Two different methods were used to form the model. The first method is the estimation and measurement method and the second one is the arithmetic mean method. Considering the two methods used, square root mean error and determination coefficient values were taken into consideration and the appropriate method was determined. The empirical model which gives the best results is accepted as the mathematical model of the desired parameters for the Lakes Region. As a mathematical model, respectively; The sum of sines model for average, maximum and minimum temperature, Gauss model for relative humidity and Fourier model for actual pressure. When the number of terms of the models was increased, the coefficient of determination improved, while a high increase in the square root mean error was observed. Therefore, high accuracy estimates were made by choosing 3-term models. Climate parameters and data are needed during the design and calculation phase of systems with respect to variable climate parameters such as solar cells, solar collectors, greenhouses, heating, cooling and ventilation systems. it was also concluded that models having more local, human and environmental factors should be developed in order to make accurate long term forecasts.

Keywords

Lake region, Mathematical model, Climate data, Curve fitting

Göller Bölgesi İklim Verilerinin Matematiksel Modellenmesi

Abstract

Bu çalışmada, Türkiye’de yer alan Göller Bölgesi kentleri (Afyon, Antalya, Burdur, Isparta, Konya) 2009-2018 dönemi ait sıcaklık, maksimum-minimum sıcaklık, nispi nem, aktüel basınç, parametreleri ele alınarak matematiksel bir model oluşturmak hedeflenmiştir. Bu amaçla eğri uydurmada tercih edilen Gauss, Sinüslerin toplamı ve Fourier modelleri kullanılarak matematiksel bir model oluşturulmuştur. Modeli oluşturmada iki farklı yöntem izlenmiştir. İlk kullanılan yöntem tahmin ve ölçüm metodu, ikinci kullanılan yöntem ise aritmetik ortalama metodudur. Kullanılan iki metodu göz önünde bulundurarak karekök ortalama hatası ve belirlilik katsayısı değerleri dikkate alınarak uygun metot belirlenmiştir. En iyi sonucu veren ampirik model Göller Bölgesi için istenilen parametrenin matematiksel modeli olarak kabul edilmiştir. Matematiksel model olarak sırasıyla; ortalama, maksimum ve minimum sıcaklık için Sinüslerin toplamı modeli, nispi nem için Gauss modeli ve aktüel basınç için ise Fourier modeli kullanılmıştır. Modellerin terim sayısı artırıldığında belirlilik katsayısın da iyileşme olurken karekök ortalama hata da ise yüksek bir artışın görülmüştür. Bu nedenle, 3 terimli modeller seçilerek yüksek doğrulukta tahminler yapılmıştır. Çalışmada, güneş pilleri, güneş kollektörleri, ısıtma soğutma ve havalandırma tesisatları, seralar gibi değişken iklim parametrelerine bağlı sistemlerin tasarım ve hesaplama aşamasında kabul seviyede veri sunmayı hedeflenmiştir. Aynı zamanda yüksek hassasiyetli tahminler için, daha lokal, beşeri ve çevresel etmenlerin dahil olduğu modellerin geliştirilmesi gerektiği sonucuna da varılmıştır.

Keywords

Göller bölgesi, Matematiksel model, İklim verileri, Eğri uydurma

References

• Akpınar,S. and Akpınar E.K, 2010. Modeling Of Weather Data For The East Anatolia Region Of Turkey, Journal of Urban and Environmental Engineering, 4, 9-22
• Yeşilbudak, M., Çolak M. ve Bayındır R., 2018. Ankara İlinin Uzun Dönem Global Güneş Işınım Şiddeti, Güneşlenme Süresi ve Hava Sıcaklığı Verilerinin Analizi ve Eğri Uydurma Metotlarıyla Modellenmesi , Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, DOI: 10.29109/http-gujsc-gazi-edu-tr.336830
• Dorvlo A.S.S and Ampratwum D.B., 1999. Technical note Modelling of weather data for Oman, Renewable Energy, Volume 17, Issue 3, Pages 421-428
• Chelbi, M., Gagnon, Y. and Waewsak, j., 2015 Solar radiation mapping using sunshine duration-based models and interpolation techniques: Application to Tunisia, Energy Conversion and Management, 101, 203-215
• Osmanoğlu, N., 2016 Empirical modeling of solar radiation exergy for Turkey, Applied Thermal Engineering, 108, 1033-1040
• Biçer, A., 2019. Fırat Havzasında Bulunan Bazı İllerin Sıcaklık Ve Nem Modelleri, Bartın University International Journal of Natural and Applied Sciences, JONAS, 2 (1): 50-58 e-ISSN: 2667-5048
• Kecebas, A., Demircan, C. and Bayrakci, C.H, 2018. The development of empirical models for estimating global solar radiation on horizontal surface: A case study, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 2771-2782
• Akhtar, N. and Jamil B., 2017. Comparison of empirical models to estimate monthly mean diffuse solar radiation from measured data: Case study for humid-subtropical climatic region of India, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 77, 1326-1342,
• Uçkan, İ., 2018. Analysis of Solar Radiation Data in Van, Turkey, Celal Bayar University Journal of Science, 14, 421-427
• Lü, A., Jia, S., Mahmood, R., JYhan and Zhu, W., 2017 Retrievals of all-weather daytime air temperature from MODIS products , Remote Sensing of Environment, 189, 152-163
• Cheng, C.L., Chan, C.L. and Chen, C.L., 2006 An empirical approach to estimating monthly radiation on south-facing tilted planes for building application, Energy, 31, 2940-2957
• Bulut, H., Büyükada, O. ve Yılmaz, T., 2003. New Models for Simulating Daily Minimum, Daily Maximum and Hourly Outdoor Temperatures, Proceedings of the First International Exergy, Energy and Environment Symposium, Izmir, Turkey , 499-504
• Güçlü, Y.S, 2019. ANGSTRÖM-PRESCOTT MODELİNİN POLİNOM İLE GELİŞTİRİLMESİ VE DİYARBAKIR GÜNEŞ IŞINIMI VERİLERİNE UYGULANMASI, Selçuk Üniversitesi Mühendislik Bilim ve Teknoloji Dergisi, c.7, s.1, 75-88
• EL-Metwally, M., 2005. Sunshine and global solar radiation estimation at different sites in Egypt, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 67, 331-1342
• İnternet Kaynakları[1] https://www.mgm.gov.tr (23.10.2019)
• [2] https://www.mathworks.com/help/curvefit/linear-and-nonlinear-regression.html?s_tid=CRUX_lftnav (23.10.2019)
• [3] https://www.mathworks.com/help/curvefit/evaluating-goodness-of-fit.html#bq_5kwr-3 (23.10 2019)