Long-term (1969-2020) Meteorological Drought Analysis of the Çoruh Basin Using the SPI Method

Year 2024, Volume: 27 Issue: 4, 1553 - 1564, 25.09.2024

Oğuz Şimşek , Nazire Göksu Soydan Oksal , Elif Miraç Uncu , Veysel Gümüş , Mehmet Şeker

https://doi.org/10.2339/politeknik.1295259

Cited By: 2

Abstract

Drought is becoming a major issue in modern days when the effects of global warming and climate change are intensifying. Therefore, it is very important to investigate the historical drought patterns at the regional level for drought mitigation and prevention strategies at national and international scales. Fort his reasın in the presented study, a meteorological drought analysis of the Çoruh Basin in the northeast of Turkey was conducted. In determining meteorological drought, 52 years of precipitation data measured between 1969 and 2020 at five different meteorological observation stations located within the borders of the basin were used. The Standardized Precipitation Index (SPI) method, which calculates only based on precipitation parameter, was used in the drought analysis. The occurrence percentages of dry and rainy periods in 1-, 3-, 6-, 9- and 12-month periods were obtained, and the percentages of occurrence of different drought classes were evaluated. In addition, the duration of the driest period and the severity and magnitude of the drought were obtained at all stations. The results obtained determined that the longest dry period (critical period) in the basin was mostly experienced after 2010. With the increase in the time scale, the duration and severity of drought increased at stations other than the İspir station. It has been determined that the Tortum station is the riskiest in terms of drought among the stations studied.

Keywords

Çoruh basin, Meteorological drought, SPI, critical period

SYİ Yöntemiyle Çoruh Havzası Uzun Dönem (1969-2020) Meteorolojik Kuraklığının Analizi

Abstract

Küresel ısınma ve iklim değişikliğinin etkilerinin arttığı günümüzde, kuraklık giderek daha büyük bir sorun haline gelmektedir. Bu nedenle, ulusal ve uluslararası düzeyde kuraklıkla mücadele ve önleme stratejileri için kuraklığın geçmiş davranışlarının bölgesel düzeyde araştırılması oldukça önemlidir. Bu amaçla, sunulan çalışmada, Türkiye’nin kuzeydoğusunda yer alan Çoruh Havzası’nın meteorolojik kuraklık analizi yapılmıştır. Meteorolojik kuraklığın belirlenmesinde havza sınırları içerisinde bulunan beş farklı meteoroloji gözlem istasyonunda 1969-2020 yılları arasında ölçülen 52 yıllık yağış verileri kullanılmıştır. Kuraklık analizinde sadece yağış parametresine dayalı hesap yapan Standartlaştırılmış Yağış İndeksi (SYİ) yönteminden yararlanılmıştır. 1-, 3-, 6-, 9- ve 12- aylık zaman periyotlarında kurak ve yağışlı dönem oluşma yüzdeleri elde edilmiş ve farklı kuraklık sınıflarının meydana gelme yüzdeleri değerlendirilmiştir. Ayrıca, ele alınan tüm istasyonlarda en kurak dönemin süresi, kuraklığın şiddeti ve büyüklüğü elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlardan, havzada en uzun kurak dönemin (kritik dönem) çoğunlukla 2010 yılından sonra yaşandığı belirlenmiştir. Zaman ölçeğinin artmasıyla İspir istasyonu dışındaki diğer istasyonlarda kuraklık süresi ve şiddeti artmıştır. Tortum istasyonunun ele alınan istasyonlar arasında kuraklık açısından en riskli istasyon olduğu belirlenmiştir.

Keywords

Çoruh havzası, meteorolojik kuraklık, SYİ, kritik periyot

Thanks

Yazarlar, meteorolojik verileri sağladığı için T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı Meteoroloji Genel Müdürlüğü’ne teşekkür etmektedirler.

References

• [1] Assembly U.N.G., “Elaboration of an international convention to combat desertification in countries experiencing serious drought and/or desertification, particularly in Africa”, Environmental Policy and Low, 24(1): 36, (1994).
• [2] Topçu E. ve Karaçor F. “Erzurum istasyonunun standartlaştırılmış yağış evapotranspirasyon indeksi ve bütünleşik kuraklık indeksi kullanılarak kuraklık analizi”, Politeknik Dergisi, 24(2): 565-574, (2021).
• [3] Gumus V., Simsek O., Avsaroglu Y. ve Agun B., “Spatio‐temporal trend analysis of drought in the GAP Region, Turkey”, Natural Hazards, 109(2): 1759-1776, (2021).
• [4] Katipoğlu O.M., Yeşilyurt S. N. ve Dalkılıç H.Y., “Yeşilırmak havzasındaki hidrolojik kuraklıkların Mann-Kendall ve yenilikçi Şen yöntemi ile trend analizi”, Gümüşhane Üni. Fen Bil. Ens. Dergisi, 12 (2): 422-442, (2022).
• [5] Citakoglu H. ve Coşkun Ö., “Comparison of hybrid machine learning methods for the prediction of short-term meteorological droughts of Sakarya Meteorological Station in Turkey”, Environmental Science and Pollution Research, 29(50): 75487-75511, (2022).
• [6] Katipoğlu O.M., Acar R. ve Senocak, S., “Investigation of Drought characteristics of Murat River flows, in Euphrates River valley”, Fresenius Environmental Bulletin, 28(3): 2022-2034, (2019).
• [7] Dahamsheh A., “Monitoring meteorological drought in Jordan”, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilimdalı, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul, 61s, (2003).
• [8] Keskiner A. D., ve Çetin M., “Kuraklık Gidiş ve büyüklüğünün zaman ve mekan boyutunda belirlenmesi: Güneydoğu Anadolu Projesi (GAP) alanında bir uygulama”, Politeknik Dergisi 26(4): 1-13, (2023).
• [9] Yeğnidemir K., “İç Anadolu bölgesinin standartlaştırılmış yağış indisi (SYİ) ile kuraklık analizi”, Kırıkkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilimdalı, Yüksek Lisans Tezi, Kırıkkale, 173s, (2005).
• [10] Traore E.Y., “Drought and trend analysis in Trarza region in Mauritania”, İzmir Yüksek Teknoloji Üniversitesi, Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilimdalı, Yüksek Lisans Tezi, İzmir, 68s, (2016).
• [11] Ersoy T., “Konya ili meteorolojik kuraklık analizi”, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilimdalı, Yüksek Lisans Tezi, Isparta, 60s, (2019).
• [12] Hassan S.M., Omar A.A., Küçüktopcu E., Cemek B. and Mohamed M.J., “Drought analysis in Somalia using GIS -based on reconnaissance drought index (RDI) and standardized precipitation index (SPI)”, African Journal of Climate Change and Resource Sustainability, 1(1): 62-75, (2022).
• [13] Katipoğlu O.M., “Prediction of streamflow drought ındex for short-term hydrological drought in the semi-arid Yesilirmak Basin using wavelet transform and artificial ıntelligence techniques”, Sustainability, 15(2): 1-24, (2023).
• [14] Katipoglu O.M. ve Acar R., “Standartlaştırılmış yağış indeksi hesabında kullanılan dağılım fonksiyonu etkisinin ve kuraklık karakteristiklerinin araştırılması”, Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 11(3): 828-844, (2021).
• [15] Isia I., Hadibarata T., Jusoh M.N.H., Bhattacharjya R.K., Shahedan N.F., Bouaissi A., Fitriyani N.L. and Syafrudin M., “Drought analysis based on standardized precipitation evapotranspiration index and standardized precipitation index in Sarawak, Malaysia”, Sustainability, 15(1): 1-18, (2022).
• [16] Mehta D.J. and Yadav S.M., “Meteorological drought analysis in Pali District of Rajasthan State using standard precipitation index”, International Journal of Hydrology Science and Technology, 15(1): 1-10, (2023).
• [17] Can İ. and Katipoğlu O.M., “Determining the lengths of dry periods in annual and monthly stream flows using runs analysis at Karasu River, in Turkey”, Water Supply, 18(4): 1329-1338, (2018).
• [18] Köksoy E., “TR52 Bölgesi (Konya Karaman) Kuraklık İndeksi”, Konya: Mevlana Kalkınma Ajansı, (2012).
• [19] Simsek O., “Hydrological drought analysis of Mediterranean basins, Turkey”, Arabian Journal of Geosciences, 14(20): 1-17, (2021).
• [20] Günay Ü., Çay T. ve Dursun Ş., “Kırsal kalkınma politikalarına ve çevresel etkilerine genel bir bakış”, Ulusal Çevre Bilimleri Araştırma Dergisi, 5(1): 1-10, (2022).
• [21] Diani K., Kacimi I., Zemzami M., Tabyaoui H. and Haghighi A.T., “Evaluation of meteorological drought using the standardized precipitation index (SPI) in the High Ziz River basin, Morocco”, Limnological Review, 19(3): 125-135, (2019).
• [22] Mahmoudi P., Ghaemi A., Rigi A. and Amir Jahanshahi, S.M., “Recommendations for modifying the standardized precipitation ındex (SPI) for drought monitoring in arid and semi-arid regions”, Water Resources Management, 35(10): 3253-3275, (2021).
• [23] Zuo D.-D., Hou W., Zhang Q. and Yan P.-C., “Sensitivity analysis of standardized precipitation index to climate state selection in China”, Advances in Climate Change Research, 13(1): 42-50, (2022).
• [24] Parida S.K., Padhi J., Chakraborty P. and Das, B., “Drought characterization during monsoon months based on standardized precipitation index (SPI) in Nuapada District, Odisha, India”, Water Quality, Assessment and Management in India, 59-69, (2022).
• [25] Lairenjam C. and Hangshing L., “Drought assessment in Kohima, Nagaland, India, using the standardized precipitation index (SPI)”, I. International Conference on Applied Science & Engineering (Case 2021), (2023).
• [26] Sönmez F.K., Kömüscü A.Ü., Erkan A. and Turgu, E., “An Analysis of spatial and temporal dimension of drought vulnerability in Turkey using the standardized precipitation index”, Natural Hazards, 35(2): 243-264, (2005).
• [27] Tosunoglu F. and Can I., “Application of copulas for regional bivariate frequency analysis of meteorological droughts in Turkey”, Natural Hazards, 82(3): 1457-1477, (2016).
• [28] Dabanli I., “Drought hazard, vulnerability, and risk assessment in Turkey”, Arabian Journal of Geosciences, 11(18): 1-12, (2018).
• [29] Topçu E., “L-Momentler ve standart yağış indeksi (SYİ) yardımıyla Seyhan Havzası kuraklık analizi”, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilimdalı, Yüksek Lisans Tezi, Adana, 167s, (2013).
• [30] Zarei A.R., “Analysis of changes trend in spatial and temporal pattern of drought over south of Iran using standardized precipitation index (SPI)”, SN Applied Sciences, 1(5): 1-14, (2019).
• [31] Das J., Gayen A., Saha, P. and Bhattacharya S.K., “Meteorological drought analysis using standardized precipitation index over Luni River Basin in Rajasthan, India”, SN Applied Sciences, 2(9): 1-17, (2020).
• [32] Keskiner A.D. ve Şimşek O., “Olasılıklı meteorolojik kuraklık analizi: Göller Yöresinde bir uygulama”, Süleyman Demirel Üni. Fen Bil. Ens. Der., 27(1): 160-169, (2023).
• [33] Şenocak S. ve Taşcı S., “Çoruh Havzası taban akışının İngiliz Hidroloji Enstitüsü yuvarlatılmış minimumlar yöntemi ile belirlenmesi”, Erzincan Üni. Fen Bil. Ens. Der., 13(1): 123-133, (2020).
• [34] Süme V. ve Türüt R., “Aşağı Çoruh’ta bulunan barajların hidroelektrik potansiyeli ve çevresel etkileri”, Turkish Journal of Hydraulic, 2: 12-18, (2018).
• [35] Küçükbaşol Y., “Çoruh Nehri ve Yusufeli Barajı toplumsal, ekonomik ve çevresel etkileri bakımından bir baraj incelemesi”, Birey ve Toplum Sosyal Bilimler Dergisi, 5(2): 133-158, (2015).
• [36] Achite M., Simsek O., Adarsh S., Hartani T. and Caloiero, T., “Assessment and monitoring of meteorological and hydrological drought in semiarid regions: The Wadi Ouahrane basin case study (Algeria)”, Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 130: 1-13, (2023).
• [37] Simsek O., Yildiz-Bozkurt S. and Gumus V., “Analysis of meteorological drought with different methods in the Black Sea region, Turkey”, Acta Geophysica, 1-17, (2023).
• [38] Gumus V., Dinsever L.D. and Avsaroglu Y., “Analysis of drought characteristics and trends during 1965–2020 in the Tigris River basin, Turkey”, Theoretical and Applied Climatology, 151(3-4): 1871-1887, (2023).
• [39] Aktürk G., Zeybekoğlu U. ve Yildiz, O., “Drought investigation using SPI and SPEI methods: a case study in Kırıkkale”, Uluslararası Müh. Araş. ve Gel. Der., 14(2): 762-776, (2022).
• [40] Mckee T.B., Doesken N.J. and Kleist, J., “The relationship of drought frequency and duration to time scales”, In Proceedings of the 8th Conference on Applied Climatology, 179-183, (1993).
• [41] Coşkun Ö. and Citakoglu H., “Prediction of the standardized precipitation index based on the long short-term memory and empirical mode decomposition-extreme learning machine models: The Case of Sakarya, Türkiye”, Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 131: 103418, (2023).
• [42] Yüceerim G., Yılmaz G., Etöz M., and Acar C.O., “Kocadere Havzasında standartlaştırılmış yağış indeksi ile farklı zaman ölçeğinde kuraklık analizi”, Soil Water Journal, 70-76, (2019) (Özel Sayı).
• [43] Gümüş V., Başak A. ve Oruç N., Drought analysis of Şanlıurfa station with standard precipitation index (SPI)”, Harran Üni. Müh. Der., 1(1): 36-44, (2016).
• [44] Tsakiris G. and Vangelis H., “Establishing a drought ındex incorporating evapotranspiration”, European Water, 9(10): 3-11, (2005).
• [45] Gumus V., Avsaroglu Y., Simsek O. and Basak A., “Evaluating the duration, severity, and peak of hydrological drought using copula”, Theoretical and Applied Climatology, 152(3-4): 1159-1174, (2023).
• [46] Yevjevich V.M., “Objective approach to definitions and investigations of continental hydrologic droughts”, Colorado State University, Libraries, (1967).
• [47] Turgu E., Eskioğlu O., Öz Ö. ve Uğurlu A., “Farklı zaman ölçeklerindeki standart yağış indekslerinin havza bazında değerlendirilmesi”, VII. Uluslararası Katılımlı Atmosfer Bilimleri Sempozyumu, (2015).
• [48] Akbaş A., “Türkiye’de klimatolojik kuraklık olasılıklarının dağılışı”, Türk Coğrafya Dergisi, 63, (2015).
• [49] Dabanlı, İ., “Türkiye'de iklim değişikliğinin yağış-sıcaklığa etkisi ve kuraklık analizi: Akarçay örneği”, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilimdalı, Doktora Tezi, İstanbul, 197s, (2017).
• [50] Türkeş M., “Türkiye’nin iklimsel değişkenlik ve sosyo-ekolojik göstergeler açısından kuraklıktan etkilenebilirlik ve risk çözümlemesi”, Ege Coğrafya Dergisi, 26(2): p. 47-70, (2017).
• [51] Katipoğlu O.M. ve Acar R., “Fırat Havzası’ndaki Meteorolojik ve Hidrolojik Kuraklık Haritalarının Çeşitli Enterpolasyon Metotları ile Belirlenmesi”, Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 298-317, (2021).