Identifying Climate Zones of Turkey by Hierarchical Clustering Method

Abstract

According to the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), the globe has been warming due to the increase in the amount of CO₂ and other greenhouse gases accumulated in the atmosphere. The effect of climate change result from global warming has been observed in different spatio-temporal forms such as rise in the sea level, melting glaciers, the change in the climate regions' boundaries, meteorological events and increase in disasters (Türkeş et al., 1999a; Türkeş, 2008). It is possible to examine the change in climate by analyzing atmospheric data. In this study, it is aimed to investigate the effect of climate change observed globally, on the boundaries of climate regions of Turkey. To accomplish this aim, after preprocessing, hierarchical cluster analysis is employed on the temperature (e.g. mean, minimum, maximum) and precipitation variables recorded in different stations of Turkey State Meteorology Service General Directorate in the period of 1950-2006. Since precipitation and temperature variables have different characteristics, multivariate cluster analysis is applied after all variables are standardized. In the study, four different hierarchical clustering methods with different distance measures are used. These are single linkage, average linkage, complete linkage and Ward method. To be able to test the stabilities of the clusters obtained using these methods, they are applied to the same variables obtained in two different time span: 1950-2006 and 1970-2006. It has been observed that Ward method creates more stable and meaningful clusters. Depending on the results of Ward method, it can be concluded that Turkey has seven climate regions with respect to temperature and precipitation characteristics. However, these regions are different than the ones known previously.

Keywords

• Hierarchical clustering method
• Subjective evaluation
• Climate zones of Turkey

Türkiye İklim Bölgelerinin Hiyerarşik Kümeleme Yöntemi ile Belirlenmesi

Abstract

Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli (IPCC)'ne göre yerküre ısınmaktadır. Bunun nedeni atmosferdeki CO₂ ve diğer sera gazı birikimlerindeki artıştır. Küresel ısınmaya bağlı iklim değişikliğinin etkisi deniz seviyesinin yükselmesi, buzulların erimesi, iklim bölgelerinin sınırlarının değişmesi, meteorolojik olaylar ve buna bağlı doğal afetlerin artması gibi bölgesel ve zamansal olarak değişik biçimlerde ortaya çıkmaktadır (Türkeş vd. 1999a; Türkeş, 2008). İklim değişikliğini klimatolojik ve meteorolojik verinin analizi ile incelemek mümkün olabilmektedir. Bu çalışmada tüm dünyada görülen iklim değişikliğinin, Türkiye'nin daha önce belirlenen iklim bölgelerinin sınırlarına olan etkisini incelemek amaçlanmıştır. Türkiye Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü'nün farklı istasyonlarda 1950-2006 yılları arasında kaydettiği yağış ve çeşitli sıcaklık (ortalama, minimum, maksimum vb.) verilerine bir dizi ön işlem yapıldıktan sonra 'hiyerarşik kümeleme analizi' uygulanmıştır. Sıcaklık ve yağış değişkenlerinin farklı niteliklere sahip olması nedeniyle veriler standartlaştırılarak çok değişkenli kümeleme analizi ele alınmıştır. Çalışmada uygulanan hiyerarşik kümeleme yöntemleri, dört farklı uzaklık tanımını içeren tek bağlantı, ortalama bağlantı, tam bağlantı ve Ward yöntemleridir. Bu yöntemlerin kullanılmasıyla elde edilen kümelerin kararlılıklarının test edilebilmesi için yöntemler 1950-2006 ve 1970-2006 yılları arasında olmak üzere iki farklı zaman dilimi için uygulanmıştır. Yöntemlerden Ward yönteminin daha kararlı ve anlamlı kümeler oluşturduğu gözlemlenmiştir. Ward yöntemi sonucuna göre sıcaklık ve yağış özellikleri bakımından Türkiye'de yedi iklim bölgesi bulunduğu söylenebilir. Ancak bu iklim bölgeleri önceden bilinen bölgelerden farklıdır.

Keywords

• Hiyerarşik kümeleme yöntemi
• Öznel değerlendirme
• Türkiye iklim bölgeleri

References

1. Aslan, S., Yozgatlıgil, C., İyigün, C., Batmaz, İ., Türkeş, M., Tatlı, H., 2010a. Comparison of missing value imputation methods for Turkish monthly total precipitation data. 9th International Conference of the Computer Data Analysis and Modeling: Complex Stochastic Data and Systems, Tam Metin Kitabı, Minsk, Belarus State University, 2, 137-140.
2. Aslan, S., Yozgatlıgil, C., İyigün, c., Batmaz, İ., Tatlı, H., 2010b. Meteorolojik zaman serilerinde kayıp veri tahmin yöntemlerinin başarımının korelasyon boyutu analiziyle karşılaştırılması. 7. İstatistik Günleri Sempozyumu, Özetler Kitabı ODTÜ, Ankara, Türkiye. 100- 102.
3. Erinç, S. 1984. Climatology and its methods., 3rd edition. İstanbul, Gür-ay Press Inc. Estrada, F., Martinez-Arroyo A., Fernandez-Equiarte A., Luyando E., Gay C., 2009. Defining climate zones in Mexico City using multivariate analysis. Atmosfera, 22, 175-193.
4. Fahmi, F. Kartal, E., İyigün, C., Türkeş, M., Yozgatlıgil, C., Purutçuoğlu, V., Batmaz, İ., Köksal, G., 2010. Determining the climate zones of Turkey by center-based clustering methods. Nonlinear Dynamics of Complex Systems: Applications in Physical, Biological and Financial Systems, (Eds.) J.A. Tenreiro Machado, Dumitru Baleanu ve Albert Luo. Berlin: Springer (Basımda).
5. Fovell, G. R., Fovell, M., 1993. Climate zones of conterminous United States defined using cluster analysis. Journal of Climate, 6, 2103-2120.
6. Grimm, L. G., Yarnold, P. R., 2000. Reading and understanding more multivariate statistics. American Psychological Association, Washington, DC.
7. Kalkstein, L. S., Tan, G., Skindlov, J. A., 1987. An evaluation of three clustering procedures for use in synoptic climatological classification. Journal of Climate and Applied Meteorology, 26, 717-730.
8. Sokal, R. R., Rohlf F. J, 1962. The comparison of dendograms by objective methods. Taxon, 11, 33-40.

9. Tan, P. N., Steinbach, M., Kumar, V., 2006. Introduction to Data Mining. Pearson Addison Wesley, Inc., Boston.
10. Türkeş, M., 2008. Küresel iklim değişikliği nedir? Temel kavramlar, nedenleri, gözlenen ve öngörülen değişiklikler. İklim Değişikliği ve Çevre, 1, 45-64.
11. Türkeş, M., Sümer, U. M., Çetiner, G., 1999a. Küresel iklim değişikliği ve olası etkileri, Çevre Bakanlığı, Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi Seminer Notları (13 Nisan 2000, İstanbul Sanayi Odası), 7-24, ÇKÖK Gn. Md., Ankara.
12. Türkeş, M., 2010. Klimatoloji ve Meteoroloji, Kriter Yayınevi, İstanbul.
13. Ünal, Y., Kindap, T., Karaca, M., 2003. Redefining the climate zones of Turkey using cluster analysis. International Journal of Climatology, 23,1045-1055.
14. WMO (World Meteorological Organization), 1983. Guide to Climatological Practices, 2nd Ed., Secretriat of World Meteorological Organization, Geneva, Switzerland, No: 100.