Spatial and Temporal Change of Reference Crop Evapotranspiration in Marmara Region

Abstract

In this study, the annual total ETo values were estimated using the FAO Penman-Monteith method for 18 meteorological stations in the Marmara Region between the years 1990-2020 and their spatial and temporal changes were evaluated. For this purpose, annual total ETo trends were determined for each station using the non-parametric Mann-Kendall test and Sen method, and ETo maps were prepared using the Geographical Information System (GIS) Inverse Distance Weighted (IDW) interpolation method. According to the results of the study, the annual total ETo values varied between 742.3-1440.7 mm. While statistically significant increasing trends were determined in ETo values for Edirne, Kocaeli, Sakarya, Bozcaada, Çanakkale, Kırklareli, Uzunköprü, Tekirdağ, İpsala and Dursunbey stations, the trends were significantly decreasing for Kumköy-Kilyos and Keles stations. However, the increasing trends in ETo for Bandırma, Bursa, Şile, Florya and Gönen stations and the decreasing trend determined for Bilecik were not statistically significant. According to the annual average ETo map, ETo has reached high values in the western parts of the Marmara Region (south of Edirne, west of Balıkesir and Çanakkale), while ETo values have decreased in the east of Kırklareli and Tekirdağ (in the northern parts of the region) and east of Istanbul, Kocaeli and Sakarya (in the eastern parts of the region). In addition, while the average ETo values for long-term years were low in Kırklareli, the east of Tekirdağ, Kocaeli and Sakarya, statistically significant increasing trends were determined in the annual total ETo values calculated from the data of meteorology stations in these provinces.

Keywords

• Reference crop evapotranspiration
• FAO Penman-Monteith method
• trend analysis
• inverse distance weighted interpolation
• Marmara Region.

Marmara Bölgesinde Referans Bitki Su Tüketiminin Alansal ve Zamansal Değişimi

Öz

Bu çalışmada, Marmara Bölgesinde bulunan 18 meteoroloji istasyonu için 1990-2020 yılları arası aylık iklim verileri kullanılmış ve FAO Penman-Monteith yöntemi ile yıllık toplam ETo değerleri tahmin edilerek alansal ve zamansal değişimleri değerlendirilmiştir. Bu amaçla, her bir istasyon için parametrik olmayan Mann-Kendall testi ve Sen yöntemi kullanılarak yıllık toplam ETo eğilimleri belirlenmiş ve coğrafi bilgi sistemleri (CBS) Ters Mesafe Ağırlıklı (IDW) enterpolasyon yöntemi kullanılarak ta ETo haritaları hazırlanmıştır. Çalışma sonuçlarına göre, yıllık toplam ETo değerleri 742.3-1440.7 mm arasında değişim göstermiştir. Edirne, Kocaeli, Sakarya, Bozcaada, Çanakkale, Kırklareli, Uzunköprü, Tekirdağ, İpsala ve Dursunbey istasyonları için ETo değerlerinde istatistiksel olarak önemli artış eğilimleri belirlenirken, Kumköy-Kilyos ve Keles istasyonları için eğilimler önemli düzeyde azalan yönde olmuştur. Bununla birlikte, Bandırma, Bursa, Şile, Florya ve Gönen istasyonları için gerçekleşen ETo artış eğilimleri ile Bilecik için belirlenen azalış eğilimi istatistiksel olarak önemli olmamıştır. Yıllık ortalama ETo haritası değerlendirildiğinde, Marmara Bölgesi’nin batı kesimlerinde (Edirne’nin güneyi, Balıkesir’in batısı ve Çanakkale) ETo yüksek değerlere ulaşmıştır. Bölgenin kuzey kesimlerinde; Kırklareli ve Tekirdağ’ın doğusunda ve bölgenin doğu kesimlerinde; İstanbul’un doğusu, Kocaeli ve Sakarya’da ETo değerleri düşmüştür. Ayrıca Kırklareli, Tekirdağ’ın doğusu, Kocaeli ve Sakarya’da uzun yıllar ortalama ETo değerleri düşük bulunurken, bu illerde ki meteoroloji istasyonları verilerinden hesaplanan yıllık toplam ETo değerlerinde istatistiksel olarak önemli düzeyde artış eğilimleri belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Referans bitki su tüketimi
• FAO Penman-Monteith yöntemi
• eğilim analizi
• ters mesafe ağırlıklı enterpolasyon
• Marmara Bölgesi

References

1. Adoko, K. F. (2020). Estimation par télédétection de la variabilité spatio-temporelle de l'évapotranspiration dans le Bassin Moyen du fleuve Ouémé au Bénin. [Doktora tezi]. Liège Üniversitesi, Liège.
2. Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., & Smith, M. (1998). Crop Evapotranspiration. FAO Irrigation and Drainage Paper 56.
3. Altalib, A. A., Mahmood, M. T., & Al-Ogaidi, A. A. M. (2021). Mapping reference evapotranspiration for Iraq using FAO Penman-Monteith method. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 23(2), 18-29.
4. Altındağ, A. (2007). Gap alanında farklı yöntemlere göre hesaplanan referans bitki su tüketimi değerlerinin gidiş analizi [Yüksek Lisans Tezi, Harran Üniversitesi]. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/
5. Anlı, A. S. (2014). Güneydoğu Anadolu Bölgesinde referans bitki su tüketiminin (ETo) zamansal değişimi ve rdı (Keşif Kuraklık İndeksi) yöntemiyle meteorolojik kuraklık analizi. Tarım Bilimleri Dergisi, 20, 248-260.
6. Aksu, H. H., & Hepdeniz, K. (2016). Burdur’da yıllık ve aylık ortalama maksimum hava sıcaklığı dağılışının coğrafi bilgi sistemleri yardımıyla haritalanması ve analizi. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 7(1), 202-214.
7. Anonim. (2002). MAKESENS 1.0, Finnish Meteorological Institute. https://en.ilmatieteenlaitos.fi/makesens. [Erişim Tarihi: 29 Haziran 2021].
8. Anonim. (2009). ETo Calculator. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). http://www.fao.org/land-water/databases-and-software/eto-calculator/en/ [Erişim Tarihi: 29 Haziran 2021].

9. Anonim. (2017). Türkiye’de Sulanan Bitkilerin Bitki Su Tüketimleri. T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü (TAGEM) ve Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü (DSİ), Ankara.
10. Anonim. (2021a). T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Marmara Bölgesi coğrafi özellikleri, https://mthmm.csb.gov.tr/bolgemiz-i-85694. [Erişim Tarihi: 27 Haziran 2021].
11. Anonim. (2021b). Türkiye iklimi. T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı Meteoroloji Genel Müdürlüğü. https://www.mgm.gov.tr/FILES/iklim/yayinlar/turkiye_iklimi.pdf. [Erişim Tarihi: 27 Haziran 2021].
12. Bayramoğlu, E. (2013). Trabzon ilinde iklim değişikliğinin mevsimsel bitki su tüketimine etkisi: penman-monteith yöntemi. Kastamonu Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 13(2), 300-306.
13. Çetin, S. (2018). Kızılırmak havzasında alansal yağış ile buharlaşma terlemenin izleme ve değerlendirilmesinde uydu görüntülerinin kullanılması. [Doktora tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi]. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/
14. Güler, M. (2014). A comparison of different ınterpolation methods using the geographical ınformation system for the production of reference evapotranspiration maps in Turkey. Journal of The Meteorological Society of Japan, 92(3), 227−240. https://doi.org/10.2151/jmsj.2014-303
15. Gilbert, R. O. (1987). Statistical methods for environmental pollution monitoring. Van Nostrand Reinhold Co., New York, USA.
16. Ha, W., Gowda, P. H., Oommen, T., Marek, T. H., Porter, D. O., & Howell, T. A. (2011). Spatial interpolation of daily reference evapotranspiration in the Texas high plains. World Environmental and Water Resources Congress 2011: Bearing Knowledge for Sustainability, 2796-2804. Palm Springs, California, United States.
17. Hamad, T. A. H. (2016). Determining thermal comfort zones for outdoor recreation planning: a case study of Erbıl–Iraq. [Yüksek lisans tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi]. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/
18. Hodam, S., Sarkar, S., Marak, A. G. R., Bandyopadhyay, A., & Bhadra, A. (2017). spatial ınterpolation of reference evapotranspiration in India: comparison of ıdw and kriging methods. Journal of The Institution of Engineers (India): Series A, 98(4), 511–524. https://doi.org/10.1007/s40030-017-0241-z
19. Johnston, K., Ver Hoef, J. M., Krivoruchko, K., & Lucas, N. (2001). Using ArcGIS Geostatistical Analyst. ESRI, Redlands, CA, USA.
20. Jerin, J. N., Islam, A. R. M. T., Al Mamun, M. A., Mozahid, M. N., & Ibrahim, S. M. (2021). Climate change effects on potential evapotranspiration in Bangladesh. Arabian Journal of Geosciences, 14, 682. https://doi.org/10.1007/s12517-021-07010-9
21. Karaca, C., Büyüktaş, D., Baştuğ, R., Aydinşakir, K., & Tekelioğlu, B. 2017. Antalya koşullarında kıyas bitki su tüketiminin alansal ve zamansal dağılımının belirlenmesi. Derim, 34(2), 158-171. https://doi.org/10.16882/derim.2017.292134
22. Mubialiwo, A., Onyutha, C., & Abebe, A. (2020). Historical rainfall and evapotranspiration changes over mpologoma catchment in Uganda. Advances in Meteorology, 2020, 19. https://doi.org/10.1155/2020/8870935
23. Moharir, K., Pande, C., Singh, S. K., Choudhari, P., Kishan, R., & Jeyakumar, L. (2019). Spatial interpolation approach-based appraisal of groundwater quality of arid regions. Journal of Water Supply: Research and Technology-AQUA, 68(6), 431-447. https://doi.org/10.2166/aqua.2019.026
24. Ndiaye, P. M., Bodian, A., Diop, L., Deme, A., Dezetter, A., Djaman, K., & Ogilvie, A. (2020). Trend and sensitivity analysis of reference evapotranspiration in the senegal river basin using Nasa meteorological data. Water, 12, 1957. https://doi.org/10.3390/w12071957
25. Okechukwu, M. E., & Mbajiorgu, C. C. (2020). Spatial distribution of rainfall and reference evapotranspiration in southeast Nigeria. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 22 (1): 1-8.
26. Panchasara, H., Samrat, N. H., & Islam, N. (2021). Greenhouse gas emissions trends and mitigation measures in australian agriculture sector—a review. Agriculture, 11(2), 85. https://doi.org/10.3390/agriculture11020085
27. Raes, D. (2012). The ETo Calculator, Reference Manual (Version 3.2, September 2012). Food and Agriculture Organization of the United Nations, Land and Water Division.
28. Salmi, T., Määttä, A., Anttila, P., Ruoho-Airola, T., & Amnell, T. (2002). Detecting Trends of Annual Values of Atmospheric Pollutants by the Mann-Kendall Test and Sen’s Slope Estimates–The Excel Template Application MAKESENS. Publications on Air Quality No. 31. (Report code FMI-AQ-31, Finnish Meteorological Institute, Helsinki, Finland).
29. Talaee, P. H., Tabari, H., & Abghari, H. (2014). Pan evaporation and reference evapotranspiration trend detection in western Iran with consideration of data persistence. Hydrology Research, 45(2), 213–225. https://doi.org/10.2166/nh.2013.058
30. Taşkın, M. B., Türkmen, F., Akça, M. O., Soba, M. R., & Öztürk, H. S. (2018). Ankara Üniversitesi Ayaş Araştırma ve Uygulama Çiftliği topraklarının verimlilik durumlarının incelenmesi. Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi, 6(2), 122-133.
31. Tegos, A., Malamos, N., & Koutsoyiannis, D. (2015). A parsimonious regional parametric evapotranspiration model based on a simplification of the Penman–Monteith formula. Journal of Hydrology, 524, 708–717. http://dx.doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.03.024
32. Vural, E. (2021). Güneydoğu Anadolu Bölgesi illerinin cbs kullanarak hava kalitesinin mekânsal değişiminin incelenmesi (2007-2019). Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 7(1), 124-135. https://doi.org/10.21324/dacd.718450
33. Yıldırım, Y. E., Taş, İ., & Özaydın, K. A. (2019). referans evapotranspirasyonun mekansal değişiminin belirlenmesinde gediz havzası örneği. Toprak Su Dergisi, Özel Sayı, 153-161.
34. Ya’acob, N., Azize, A. M., Adnan, N. M., Yusof, A. L., & Sarnin, S. S. (2016, Aralık 16-18). Haze monitoring based on air pollution index (API) and geographic information system (GIS) [Sözlü bildiri]. Procedings of 2016 IEEE Conference on Systems, Process and Control, Malezya.
35. Yürekli, K., Ünlükara, A., & Safi, S. (2010). Kayseri İlinde mevsimsel bitki su tüketimindeki (ETo) değişimin saptanması. Tarım Bilimleri Araştırma Dergisi, 3(2), 21-25.
36. Xu, Y., Xu, Y., Wang, Y., Wu, L., Li, G., & Song, S. (2017). Spatial and temporal trends of reference crop evapotranspiration and its influential variables in Yangtze River Delta, eastern China. Theoretical and Applied Climatology, 130, 945-958. https://doi.org/10.1007/s00704-016-1928-1
37. Zhang, Y. D., Zheng, S. Z., Lu, C., Jia, H. W., & Huang, W. Y. (2018). Spatial distribution of reference crop evapotranspiration in Hangjiahu Area. The 4th International Conference on Water Resource and Environment, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 191, 012078. https://doi.org/10.1088/1755-1315/191/1/012078
38. Zuo, D., Xu, Z., Yang, H., & Liu, X. (2012). Spatiotemporal variations and abrupt changes of potential evapotranspiration and its sensitivity to key meteorological variables in the Wei River basin, China. Hydrological Processes, 26, 1149–1160. v