Türkiye’nin En Uzun Meteoroloji/Klimatoloji Gözlemlerine Sahip olan Kandilli Rasathanesi’nin Sıcaklık Ekstremlerinde Gözlenen Değişim ve Eğilimler (1912 – 2021)

Abstract

Bu çalışmada; Türkiye’nin en uzun meteorolojik/klimatolojik gözlemlerine sahip olan Kandilli (İstanbul) Rasathanesi’nde ekstrem sıcaklıkların 1912-2021 dönemindeki değişimleri ve eğilimleri analiz edilmiştir. Çalışmada İklim Değişikliği Tespiti, İzleme ve İndisler Konusunda Klimatoloji Uzman Ekibi (ETCCDMI) tarafından önerilen 14 ekstrem sıcaklık indisi kullanılmıştır. Ekstrem sıcaklık indislerinde olası eğilimleri belirlemede ve eğilimlerin istatistiksel olarak anlamlılığını denetlemede klimatoloji çalışmalarında yaygın olarak kullanılan parametrik olmayan Mann-Kendall (M-K) sıra ilişki katsayısı testinden yararlanılmıştır. Eğilimlerin büyüklüğünü belirlemek için de parametrik olmayan Sen’in Eğim Tahmin (Sen’s Slope Estimation) yöntemi kullanılmıştır. Bunun yanında rasat süresi içinde indislerdeki değişimi belirlemek amacıyla da ekstrem sıcaklık indisleri 1912-1950, 1951-1985 ve 1986-2021 olmak üzere üç alt dönemde incelenmiştir. Analizler sonucunda; soğuk günler ve soğuk geceler indislerinde her on yıl için sırasıyla -0.96 ve -1.04 gün olmak üzere anlamlı azalma eğilimi, sıcak günler ve sıcak geceler indislerinde ise sırasıyla +0.44 gün/on yıl, +0.58 gün/on yıl olmak üzere anlamlı artma eğilimleri saptanmıştır. En düşük gündüz hava sıcaklıkları, en düşük gece hava sıcaklıkları, en yüksek gündüz hava sıcaklıkları, en yüksek gece hava sıcaklıkları indislerinde her on yıl için sırasıyla +0.10, +0.18, +0.5, +0.14 °C olmak üzere artma eğilimleri belirlenmiştir. Minimum rekorlardaki artma eğilimleri istatistiksel olarak anlamlı olmuştur. Don olaylı günler indisinde -0.93 gün/on yıl olmak üzere anlamlı azalma eğilimi, yaz günü (+3.1 gün/on yıl) ve tropikal geceler (+3.4 gün/on yıl) indislerinde ise anlamlı artma eğilimleri tespit edilmiştir. Sıcak dönem süresi indisinde artma eğilimi, soğuk dönem süresi indisinde (-1.37 gün/on yıl) ise anlamlı azalma eğilimleri saptanmıştır. Bu sonuçlar, istasyonda maksimum sıcaklıkların arttığını, minimumların ise azaldığını ortaya koymakta ve bunlara bağlı olarak da sıcak ekstremlerin etkilerinin artığını soğuk ekstremlerinse azaldığını göstermektedir. Diğer taraftan bu sonuçlar, 20. yüzyılın ilk yarısının istasyonun bulunduğu bölge özelinde 1981-2010 normaline göre soğuk olduğunu ancak sıcaklıkların günümüze doğru antropojenik etkilere bağlı olarak giderek arttığını/değiştiğini göstermektedir.

Keywords

• Kandilli (İstanbul) Rasathanesi
• Ekstrem Sıcaklık İndisleri
• İklim Değişikliği ve Değişkenliği
• Sıcaklık Ekstremleri
• Kentsel ısı adası

Thanks

Meteorolojik/klimatolojik gözlemlerin temininde kolaylık sağlayan Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve D.A.E Meteoroloji Laboratuvarı'na teşekkür ederim.

Observed Variations and Trends in Temperature Extremes of Longest Meteorological/Climatological Observation Station (Kandilli Observatory) in Turkey (1912-2021)

Abstract

In this study, the changes and trends of extreme temperatures in Kandilli (Istanbul) observatory, which has the longest meteorological/climatological observations (1912-2021) in Turkey were analysed. The 14 extreme temperature indices recommended by the Expert Team on Climatology for Climate Change Detection, Monitoring and Indices (ETCCDMI) were used. The non-parametric Mann-Kendall (M-K) rank correlation coefficient test was used to determine possible trends in extreme temperature indices and the statistical significance of the trends. The non-parametric Sen's Slope Estimation method was used to determine the magnitude of the trends. The extreme temperature indices were analysed in three sub-periods as 1912-1950, 1951-1985 and 1986-2021. As a result, cold days and cold nights indices showed a statistically significant decreasing trend of -0.96 and -1.04 days/decade, respectively, while warm days and warm nights indices showed a statistically significant increasing trend of +0.44 days/decade and +0.58 days/decade, respectively. The lowest (minimum) daytime air temperatures, the lowest night-time air temperatures, the highest (maximum) daytime temperatures, and the highest night-time temperatures were determined to have increasing trends of +0.10, +0.18, +0.5, +0.14 °C/decade, respectively. The increasing trends in minimum records were statistically significant. Frost days (-0.93 days/decade) was found statistically significant decreasing trends and summer days (+3.1 days/decade) and tropical nights (+3.4 days/decade) was found statistically significant increasing trends. The warm spell duration was determined an increasing trend, while the cold spell duration (-1.37 days/decade) showed a statistically significant decreasing trend. The results show that maximum temperatures have increased, and minimum temperatures have decreased at Kandilli Observatory (Istanbul), and depending on these, the effect of warm extremes has increased, and the effect of cold extremes has decreased. The beginning of the 20th century was colder than 1981-2010 normal for the region but the temperatures increased/changed over time due to anthropogenic effects despite the interannual variability.

Keywords

• Kandilli (Istanbul) Observatory
• Extreme Temperature Indices
• Climate change and Variability
• Urban Heat Island
• Temperature Extremes

References

1. Abbasnia, M., & Toros, H. (2019). Analysis of long-term changes in extreme climatic indices: a case study of the Mediterranean climate, Marmara Region, Turkey. Meteorology and climatology of the Mediterranean and Black Seas, 141-153.
2. Abbasnia, M., & Toros, H. (2020). Trend analysis of weather extremes across the coastal and non-coastal areas (case study: Turkey). Journal of Earth System Science, 129(1), 1-13.
3. Acar Deniz, Z., & Gönençgil, B. (2015). Trends of summer daily maximum temperature extremes in Turkey. Physical Geography, 36(4), 268-281.
4. Alexander, L. V. (2016). Global observed long-term changes in temperature and precipitation extremes: A review of progress and limitations in IPCC assessments and beyond. Weather and Climate Extremes, 11, 4-16. Alexander, L., & Herold, N. (2016). ClimPACT2: Indices and software.
5. Alexandersson H, Moberg A. (1997). Homogenization of Swedish temperature data. Part I: homogeneity test for linear trends. International Journal of Climatology 17: 25–34.
6. Aykır, D. (2017). Türkiye’de ekstrem sıcaklık indislerinin eğilimlerinde şehirleşmenin etkisi. Türk Coğrafya Dergisi, (69), 47-57.
7. Baltacı, H. (2019). Spatiotemporal variability of climate extremes in the Marmara Region (NW Turkey). International Journal of Global Warming, 18(3-4), 239-252.
8. Buishand TA. (1982). Some methods for testing the homogeneity of rainfall records. Journal of Hydrology 58: 11–27.

9. Çoruk, B. & Acar (2022). Ekstrem Sıcaklık Analizi: Marmara Bölgesi Örneği. Disaster Science and Engineering, 8(2), 25-39.
10. Demir, İ., Kılıç, G., Coşkun, M., & Sümer, U. M. (2008). Türkiye’de Maksimum, Minimum ve Ortalama Hava Sıcaklıkları ile Yağış Dizilerinde Gözlenen Değişiklikler ve Eğilimler. TMMOB İklim Değişimi Sempozyumu, Bildiriler Kitabı, 69, 84.
11. Donat, M. G., Alexander, L. V., Yang, H., Durre, I., Vose, R., Dunn, R. J., ... & Kitching, S. (2013). Updated analyses of temperature and precipitation extreme indices since the beginning of the twentieth century: The HadEX2 dataset. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 118(5), 2098-2118.
12. Donat, M. G., Sillmann, J., Wild, S., Alexander, L. V., Lippmann, T., & Zwiers, F. W. (2014a). Consistency of temperature and precipitation extremes across various global gridded in situ and reanalysis datasets. Journal of Climate, 27(13), 5019-5035.
13. Donat, M. G., Peterson, T. C., Brunet, M., King, A. D., Almazroui, M., Kolli, R. K., ... & Al Shekaili, M. N. (2014b). Changes in extreme temperature and precipitation in the Arab region: long‐term trends and variability related to ENSO and NAO. International Journal of Climatology, 34(3), 581-592.
14. Dunn, R. J., Alexander, L. V., Donat, M. G., Zhang, X., Bador, M., Herold, N., ... & Bin Hj Yussof, M. N. A. (2020). Development of an updated global land in situ‐based data set of temperature and precipitation extremes: HadEX3. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 125(16), e2019JD032263.
15. El Kenawy, A., López-Moreno, J. I., & Vicente-Serrano, S. M. (2013). Summer temperature extremes in northeastern Spain: spatial regionalization and links to atmospheric circulation (1960–2006). Theoretical and Applied Climatology, 113(3), 387-405.
16. Erlat, E., & Güler, H. (2018). Türkiye’de Sıcaklık Ekstremlerinin Sürelerinde Gözlenen Değişim ve Eğilimler (1950-2017). Ege Coğrafya Dergisi, 27(2), 135-148.
17. Erlat, E., & Türkeş, M. (2012). Analysis of observed variability and trends in numbers of frost days in Turkey for the period 1950–2010. International Journal of Climatology, 32(12), 1889-1898.
18. Erlat, E., & Türkeş, M. (2013). Observed changes and trends in numbers of summer and tropical days, and the 2010 hot summer in Turkey. International Journal of Climatology, 33(8), 1898-1908.
19. Erlat, E., & Türkeş, M. (2015). Türkiye Rekor Maksimum ve Minimum Hava Sıcaklıklarının Frekanslarında 1950-2014 Döneminde Gözlenen Değişmeler ve Atmosfer Koşullarıyla Bağlantıları. Ege Coğrafya Dergisi, 24(2).
20. Erlat, E., & Türkeş, M. (2016). Dates of frost onset, frost end and the frost-free season in Turkey: trends, variability and links to the North Atlantic and Arctic Oscillation indices, 1950-2013. Climate Research, 69(2), 155-176.
21. Erlat, E., & Türkeş, M. (2017). Türkiye’de Tropikal Gece Sayılarında Gözlenen Değişmeler ve Eğilimler. Ege Coğrafya Dergisi, 26(2), 95-106.
22. Erlat, E., Türkeş, M., & Aydin-Kandemir, F. (2021). Observed changes and trends in heatwave characteristics in Turkey since 1950. Theoretical and Applied Climatology, 145(1-2), 137-157.
23. Fioravanti, G., Piervitali, E., & Desiato, F. (2016). Recent changes of temperature extremes over Italy: an index-based analysis. Theoretical and Applied Climatology, 123(3), 473-486.
24. Giorgi, F. (2006). Climate change hot‐spots. Geophysical research letters, 33(8).
25. Hadi, S. J., & Tombul, M. (2018). Long‐term spatiotemporal trend analysis of precipitation and temperature over Turkey. Meteorological Applications, 25(3), 445-455.
26. IPCC. (2013). Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, ABD, 1535 s.
27. IPCC. (2021). The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, 2021.
28. Kelebek, M. B., Batibeniz, F., & Önol, B. (2021). Exposure assessment of climate extremes over the Europe–mediterranean region. Atmosphere, 12(5), 633.
29. Kuglitsch, F. G., Toreti, A., Xoplaki, E., Della‐Marta, P. M., Zerefos, C. S., Türkeş, M., & Luterbacher, J. (2010). Heat wave changes in the eastern Mediterranean since 1960. Geophysical Research Letters, 37(4).
30. Le Treut, H., R. Somerville, U. Cubasch, Y. Ding, C. Mauritzen, A. Mokssit, T. Peterson & M. Prather. (2007). Historical Overview of Climate Change. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the IPCC (Eds. Solomon, et al.). Cambridge University Press: Cambridge.
31. MedECC (2020). Climate and Environmental Change in the Mediterranean Basin – Current Situation and Risks for the Future. First Mediterranean Assessment Report [Cramer, W., Guiot, J., Marini, K. (eds.)] Union for the Mediterranean, Plan Bleu, UNEP/MAP, Marseille, France, 632pp.
32. Mohsin, T., Gough, W.A., (2012). "Characterization and Estimation of Urban Heat Island atToronto: impact of the ch oice of rural sites". Theoretical and Applied Climatology 108, 105-117.
33. Ning, L., Riddle, E. E., Bradley, R. S. 2015. ‘Projected Changes in Climate Extremes over the Northeastern United States’. Journal of Climate 28: 3289–3310.
34. Pettitt, A. N. (1979) A non-parametric approach to the change-point problem. Journal of the Royal Statistical Society. Series C (Applied Statistics) 28(2), 126--135.
35. Sen, P. K. (1968). Estimates of the regression coefficient based on Kendall's tau. Journal of the American statistical association, 63(324), 1379-1389.
36. Sensoy, S., Türkoğlu, N., Akçakaya, A., Ekici, M., Demircan, M., Ulupinar, Y., & Demirbaş, H. (2013,). Trends in Turkey climate indices from 1960 to 2010. In 6th Atmospheric science symposium (Vol. 24, p. 26).
37. Sneyers, R. (1990). On the Statistical Analysis of Series of Observations. WMO Technical Note 43, World Meteorological Organization, Geneva.
38. Toros, H., & Abbasnia, M. (2017). Trend analysis of extreme temperature indices for Marmara region of Turkey.
39. Toros, H., Tek, A., Solum, Ş., Yeniçeri, D. N., Söğüt, A. S., Oğuzhan, B., & Koyuncu, H. (2015) İstanbul-Kandilli İkliminin 1912-2014 Yılları Arasında Salınım ve Eğilimleri. In 7th Atmospheric Science Symposium (Vol. 28, p. 30).
40. Türkeş, M. (1995). Türkiye’de Yıllık Ortalama Hava Sıcaklıklarındaki Değişimlerin ve Eğilimlerin İklim Değişikliği Açısından Analizi. Çevre ve Mühendis, 9, 9-15.
41. Türkeş, M. (2012). Türkiye’de Gözlenen ve Öngörülen İklim Değişikliği, Kuraklık Ve Çölleşme. Ankara Üniversitesi Çevrebilimleri Dergisi, 4(2), 1-32.
42. Türkeş, M. (2013). Klimatolojik ve Hidrolojik Verilerin Türdeşlik Analizi. Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi (Coğrafya Bölümü), 2008-2009 Eğitim ve Öğretim Yılı Güz Dönemi Yayımlanmamış Ders Notları, Çanakkale.
43. Türkeş, M., & Sümer, U. M. (2004). Spatial and temporal patterns of trends and variability in diurnal temperature ranges of Turkey. Theoretical and Applied Climatology, 77, 195-227.
44. Wang, J., Chen, Y., Tett, S. F., Yan, Z., Zhai, P., Feng, J., & Xia, J. (2020). Anthropogenically-driven increases in the risks of summertime compound hot extremes. Nature communications, 11(1), 528. WMO. (1966). Climatic Change, WMO, Technical Note, 79.
45. Zhang, X., & Yang, F. (2004). RClimDex (1.0) user manual. Climate Research Branch Environment Canada, 22, 13-14.
46. https://github.com/ARCCSS-extremes/climpact2 (erişim tarihi: 02/06/2023).
47. https://www.r-project.org/ (erişim tarihi: 02/06/2023).