Trend Analysis of Potential Evapotranspiration Data of Some Stations in the Tigris Basin

Abstract

Determining trends in potential evapotranspiration (PET) values is of great importance in climate change and drought management, more efficient management of agricultural water resources, and optimal design of irrigation planning. This study carried trend analyses of seasonal and annual PET values calculated between 1964 and 2017 for Batman, Cizre, Diyarbakır, and Hakkâri meteorological stations located in the Tigris basin. Şen's Innovative Trend Analysis (ITA) and Mann-Kendall Rank Correlation (MKRC) methods were used to determine the trends. Thornthwaite methodology, which is frequently used in the calculation of PET values, is simple and requires less data. At the end of the research, according to the ITA method, while the PET data of the stations selected in the basin generally had statistically significant increasing trends, statistically significant decreasing trends were determined for the Diyarbakır station in the spring and winter seasons. According to the MKRC test, there are significant increases in PET values at station locations, except for winter. In addition, although the ITA and MKRC tests overlap to a large extent, the increasing trends detected with ITA at some stations could not be determined by the MKRC test. The results obtained provide important information to decision-makers in planning and efficient use of agricultural water resources and developing adaptation and mitigation strategies to combat the effects of global warming.

Keywords

• Potential Evapotranspiration
• Thornthwaite Equation
• Mann-Kendall Rank Correlation Test
• Innovative Şen Trend Analysis
• Tigris Basin

Dicle Havzasındaki Bazı İstasyonlara ait Potansiyel Evapotranspirasyon Verilerinin Trend Analizi

Abstract

Potansiyel evapotranspirasyon (PET) değerlerindeki eğilimlerin belirlenmesi, iklim değişikliği ve kuraklık yönetimi, tarımsal su kaynaklarının daha verimli yönetimi ve sulama planlamasının optimal tasarımı konuları açısından büyük öneme sahiptir. Bu çalışmada Dicle havzasında bulunan Batman, Cizre, Diyarbakır ve Hakkâri meteoroloji istasyonları için, 1964-2017 yılları arasında hesaplanan mevsimsel ve yıllık PET değerlerinin trend analizleri gerçekleştirilmiştir. Trendlerin belirlenmesinde Şen in Yenilikçi Trend Analizi (ITA) ve Mann-Kendall Mertebe Korelasyon (MKMK) metotları kullanılmıştır. PET değerlerinin hesaplanmasında sıklıkla kullanılan, basit ve az veri gerektiren Thornthwaite metodolojisi tercih edilmiştir. Araştırma sonunda ITA yöntemine göre, havzada seçilen istasyonların PET verilerinde genelde istatistik açıdan anlamlı artış trendleri hakimken, Diyarbakır istasyonu için ilkbahar ve kış mevsimlerinde istatistik açıdan anlamlı azalan trendler tespit edilmiştir. MKMK testine göre, kış mevsimi dışında istasyon konumlarında PET değerlerinde anlamlı artışlar vardır. Ayrıca ITA ve MKMK testleri büyük ölçüde örtüşmekle birlikte bazı istasyonlarda ITA ile tespit edilen artış trendleri MKMK testi ile saptanamamıştır. Elde edilen sonuçlar tarımsal su kaynaklarının planlanması ve verimli bir şekilde kullanılmasında, küresel ısınmanın etkileriyle mücadele etmek için adaptasyon ve azaltma stratejileri geliştirilmesinde karar vericilere önemli bilgi temin etmektedir.

Keywords

• Potansiyel Evapotranspirasyon
• Thornthwaite Denklemi
• Mann-Kendall Mertebe Korelasyon Testi
• Yenilikçi Şen Trend Analizi
• Dicle Havzası

References

1. Alashan S., (2020), Innovative trend analysis methodology in logarithmic axis, Konya Journal of Engineering Sciences, 8, 573-585.
2. Allen R.G., Pereira L.S., Raes D., Smith M., (1998), Evapotranspiration, FAO Irrigation and Drainage Paper No 56. Rome, Italy, 300, 6541.
3. Altındağ M., (2007), GAP alanında farklı yöntemlere göre hesaplanan referans bitki su tüketimi değerlerinin gidiş analizi, Yüksek Lisans Tezi, Harran Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Şanlıurfa.
4. Arslan O., (2017), Niğde İl’indeki potansiyel evapotranspirasyon tahminlerinin trend analizi, Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 6(2), 602-608.
5. Ay M., Karaca Ö.F., Yıldız A.K., (2018), Mann-Kendall ve Sen'in yeni eğilim testlerinin Fırat-Dicle Havzasındaki bazı akarsuların aylık akış serileri ile karşılaştırılması, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 34(1), 78-86.
6. Aydın M., Arif Ö.Z., (2021), Van Gölü Havzasında hidrometeorolojik verilerin eğilim analizi, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 36(2), 441-456.
7. Bahadır M., (2011), Güneydoğu Anadolu Proje (GAP) alanında sıcaklık ve yağışın trend analizi, Uluslararası Sosyal Araştırmalar Dergisi, 4(16), 46-59.
8. Bari S.H., Rahman M.T.U., Hoque M.A., Hussain M.M., (2016), Analysis of seasonal and annual rainfall trends in the northern region of Bangladesh, Atmospheric Research, 176, 148-158.

9. Blaney H.F., Criddle W.D., (1950), Determining water requirements in irrigated areas from climatological and irrigation data, USDA SCSTP-96. U.S. Department of Agriculture, Washington, DC.
10. Cui L., Wang L., Lai Z., Tian Q., Liu W., Li J., (2017), Innovative trend analysis of annual and seasonal air temperature and rainfall in the Yangtze River Basin, China during 1960–2015, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 164, 48-59.
11. Dabanlı İ., Şen Z., Yeleğen M.Ö., Şişman E., Selek B., Güçlü Y.S., (2016), Trend assessment by the innovative-Şen method, Water Resources Management, 30(14), 5193–5203.
12. Dabanlı İ., Şen Z., (2018), Classical and innovative-Şen trend assessment under climate change perspective, International Journal of Global Warming, 15(1), 19–37.
13. Dinpashoh Y., Jahanbakhsh-Asl S., Rasouli A., Foroughi M., Singh V.P., (2019), Impact of climate change on potential evapotranspiration (case study: west and NW of Iran), Theoretical and Applied Climatology, 136, 185-201.
14. Espadafor M., Lorite I.J., Gavilán P., Berengena J., (2011), An analysis of the tendency of reference evapotranspiration estimates and other climate variables during the last 45 years in Southern Spain, Agricultural Water Management, 98(6), 1045-1061.
15. Güçlü Y.S., (2018), Alternative trend analysis: half time series methodology, Water Resources Management, 32(7), 2489-2504.
16. Gümüş V., (2006), Fırat havzası akımlarının trend analizi ile değerlendirilmesi, Yüksek lisans tezi, Harran Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Şanlıurfa.
17. Hargreaves G.H., Samani Z.A., (1982), Estimating potential evapotranspiration, Journal of the Irrigation and Drainage Division, 108(3), 225–230.
18. Hargreaves G.H., Samani Z.A., (1985), Reference crop evapotranspiration from temperature, Applied Engineering in Agriculture, 1(2), 96–99.
19. Jerin J.N., Islam H.T, Islam A.R.M., Shahid S., Hu Z., Badhan M.A., Chu R., Elbeltagi A., (2021), Spatiotemporal trends in reference evapotranspiration and its driving factors in Bangladesh, Theoretical and Applied Climatology, 144(1), 793-808.
20. Kambezidis H.D., (2018), The solar radiation climate of Athens: Variations and tendencies in the period 1992–2017, the brightening era, Solar Energy, 173, 328-347.
21. Katipoğlu O.M., (2020), Fırat havzası’ndaki meteorolojik ve hidrolojik kuraklıkların analizi, Doktora tezi, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimler Enstitüsü, Erzurum.
22. Katul G.G., Oren R., Manzoni S., Higgins C., Parlange M.B., (2012), Evapotranspiration: a process driving mass transport and energy exchange in the soil‐plant‐atmosphere‐climate system, Reviews of Geophysics, 50(3), doi: 10.1029/2011RG000366.
23. Madhu S., Kumar T.L., Barbosa H., Rao K.K., Bhaskar V.V., (2015), Trend analysis of evapotranspiration and its response to droughts over India, Theoretical and Applied Climatology, 121(1), 41-51.
24. Mizyed N., (2009), Impacts of climate change on water resources availability and agricultural water demand in the West Bank, Water Resources Management, 23 (10), 2015–2029.
25. Monteith J.L., (1965), Evaporation and the environment. The state and movement of water in living organisms, In: Proc. 19th Symp. Soc. Exp. Biol., Cambridge University Press, Swansea, UK.
26. Mosmann, V. Castro, A. Fraile, R. Dessens, J. Sánchez. J., (2004), Detection of statiscally significant trend in the summer precipitation of mainland Spain, Atmospheric Research, 70(1), 43-53.
27. Oliver R.L., (1981), Measurement and evaluation of satisfaction processes in retail settings, Journal of Retailing, 57(3), 25–48.
28. Özdel M.M., (2020), Diyarbakır havzasında sıcaklık ve yağış parametrelerinin trend analizi, Yüksek lisans tezi, Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Nevşehir.
29. Pandey A., Pandey R.P., (2013), Analysing trends in reference evapotranspiration and weather variables in the Tons River Basin in Central India, Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 27(6), 1407-1421.
30. Pour S.H., Abd Wahab A.K., Shahid S., Ismail ZB., (2020), Changes in reference evapotranspiration and its driving factors in peninsular Malaysia, Atmospheric Research, 246, 105096, doi: 10.1016/j.atmosres.2020.105096.
31. Saplioglu K., Kilit M., Yavuz B.K., (2014), Trend Analysis of Streams in the Western Mediterranean Basin of Turkey, Fresenius Environmental Bulletin, 23(1A), 313-324.
32. Sayemuzzaman M., Jha M.K., (2014), Seasonal and annual precipitation time series trend analysis in North Carolina, United States, Atmospheric Research, 137, 183-194.
33. Shadmani M., Marofi S., Roknian M., (2012), Trend analysis in reference evapotranspiration using Mann-Kendall and Spearman’s Rho tests in arid regions of Iran, Water resources management, 26(1), 211-224.
34. Shenbin C., Yunfeng L., Thomas A., (2006), Climatic change on the Tibetan Plateau: potential evapotranspiration trends from 1961–2000, Climatic change, 76(3), 291-319.
35. Şarlak N., Bağçacı S.Ç., (2020), Ampirik potansiyel evapotranspirasyon tahmin yöntemlerinin değerlendirilmesi: Uygulama Konya kapalı havzası, Teknik Dergi, 31(1), 9755-9772.
36. Şen Z., (2012), Innovative trend analysis methodology, Journal of Hydrologic Engineering, 17, 1042-1046.
37. Şen Z., (2014), Trend identification simulation and application, Journal of Hydrologic Engineering, 19, 635-642.
38. Şen Z., (2017a), Innovative trend methodologies in science and engineering, Springer International Publishing, New York.
39. Şen Z., (2017b), Innovative trend significance test and applications, Theoretical applied climatology, 127, 939-947.
40. Şen Z., (2019), Climate change expectations in the upper Tigris River basin, Turkey, Theoretical and applied climatology, 137(1), 1569-1585.
41. Şişman E., Kizilöz B., (2021), The application of piecewise ITA method in Oxford, 1870–2019. Theoretical and Applied Climatology, 145(3), 1451-1465.
42. Swed F.S., Eisenhart, C., (1943), Tables for testing randomness of grouping in a sequence of alternatives, The Annals of Mathematical Statistics, 14(1), 66-87.
43. Tabari H., Marofi S., Aeini A., Talaee PH., Mohammadi K., (2011), Trend analysis of reference evapotranspiration in the western half of Iran, Agricultural and forest meteorology, 151(2), 128-136.
44. Thornthwaite C.W., (1948), An approach toward a rational classification of climate, Geographical review, 38(1), 55-94.
45. Toros H., (1993), Klimatolojik Serilerden Türkiye İkliminde Trend Analizi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
46. Tosunoğlu, F., (2017), Trend analysis of daily maximum rainfall series in Çoruh Basin, Turkey, Journal of the Institute of Science and Technology, 7(1), 195-205,
47. Topuz M., Karabulut, H.F.M., (2018), Türkiye'de Yağış Eğilimleri (1955-2013) ve Atmosferik Dolaşım, TÜCAUM 30. Yıl Uluslararası Coğrafya Sempozyumu, 3-6 Ekim 2018, Ankara.
48. Vicente-Serrano S.M., Azorin-Molina C., Sanchez-Lorenzo A., Revuelto J., López-Moreno J.I., González-Hidalgo J.C., Moran-Tejedaa E., Espejo F., (2014), Reference evapotranspiration variability and trends in Spain, 1961–2011, Global and Planetary Change, 121, 26-40.
49. Yılmaz A., (2021), Muğla’da sıcaklık verilerinin trend analizi, Turkish Studies - Social, 16(5), 1871- 1896.
50. Yılmaz M.L., Peker H.S., (2013), Su kaynaklarının Türkiye açısından ekono-politik önemi ekseninde olası bir tehlike: Su savaşları, Çankırı Karatekin Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 3(1), 57-74.
51. Zhou Z., Wang L., Lin A., Zhang M., Niu Z., (2018), Innovative trend analysis of solar radiation in China during 1962–2015, Renewable energy, 119, 675-689.