Urbanization effect on trends of extreme temperature indices in Turkey

Abstract

Turkey is located in the Mediterranean Basin, which is most affected by climate change. Climate change is manifested in many parts of the world as an increase in average temperature occurred. In the study, city and rural station pairs were created for 42 meteorological stations in Turkey between 1970 and 2012 periods .The changes in the climatic indices of these station pairs have been examined. RClimDex program and Mann Kendall trend analysis technique were used for this investigation.  RClimDex program generates 27 core climate indices. Information derived from indices not only includes how average values change over time but also shows how the statistical distribution of data changes over time. Results also provide crucial information about the trends of the extremes. This study focused on 10 temperature indices. It was observed that selected stations pair’s climate indices differences significantly increased or decreased and this increment or decrement was more pronounced in urban stations compared to rural stations. Based on Mann Kendall trend analysis, while differences in station pair’s climate indices such as tropical, days, summer days, warm nights, warm days, minimum of minimum temperatures and maximum of minimum temperatures indices differences  had increasing trend, only differences of cold spell duration indicator trend showed a decreasing trend. Most of the trends were found to be statistically significant at a level of 5%.

Keywords

• Extreme Temperatures,Climate Indices,Climate Change,Urban Climatology,Turkey

Türkiye’de ekstrem sıcaklık indislerinin eğilimlerinde şehirleşmenin etkisi

Öz

Türkiye, subtropikal kuşaktaki Akdeniz havzasında bulunması sebebiyle iklim değişikliklerinden önemli ölçüde etkilenecek  sahalar içinde kalmaktadır. İklim değişikliği dünyanın pek çok bölgesinde ortalama sıcaklıklarda meydana gelen artışlar olarak kendini göstermektedir. Bu çalışmada, Türkiye'deki 1970-2012 yılları arasında 42 meteoroloji istasyonu için şehir ve kır istasyon çiftleri oluşturulmuştur. Bu istasyon çiftlerinin iklim indisleri arasındaki farkların değişimi, 1970-2012 yılları arasını kapsayan rasatları dikkate alınarak incelenmiştir.  Bu inceleme için RClimDex programı ve Mann Kendall trend analizi tekniği kullanılmıştır. RClimDex programı 27 adet iklim indisi üretmektir. İndislerden türetilmiş bilgi yalnızca ortalama değerin zaman içinde nasıl değiştiğini değil; aynı zamanda verinin istatistiksel dağılımının nasıl değiştiği konusunda da bilgi içerir. Ayrıca sonuçlar ekstremlerin trendleri hakkında çok önemli bilgiler sağlamaktadır. Bu çalışmada sıcaklık ile ilgili olan 10 indis seçilerek incelenmiştir. Seçilen istasyonların iklim indis farklarında anlamlı artış ve azalışlar olduğu, bu artış ve azalışların şehir istasyonlarında kır istasyonlarına göre daha fazla olduğu görülmüştür. Mann Kendall trend analizine göre incelenen tüm istasyon çiftlerinde tropikal gün, yaz günleri, sıcak geceler, sıcak günler, minimum sıcaklıkların minimumları, minimum sıcaklıkların maksimumları indis farkları artma eğilimi görülürken, soğuk devre süresi indis farkında azalma eğilimi gözlenmiştir. Trendlerin çoğu %5 seviyesinde istatistiksel olarak anlamlıdır.

Anahtar Kelimeler

• Ekstrem Sıcaklık,İklim İndisleri,İklim Değişimi,Şehir Klimatolojisi,, Türkiye

References

1. Aguilar, E. M., Brunet, M., Peterson, T., Wieringa, J. (2003). "Guidelines on Climate Metadata and Homogenization". World Meteorological Organization 53, 55-65.
2. Alexander, L., Zang, X., Peterson, T., Rupa, Taylor, M., New, M., Klein, T. A., Haylock, M., Aguilar, E. M., Brunet, M., Kumar, R., Taylor, M., New, M., Zhai, P., Rusticucci, M., Vazguez, A. J. L. (2006)."Global Observed Changes in Daily Climate Extremes of Temperature and Precipitation". Journal of Geophysical Research 111,1-22. Alghamdi, A, Moore, T.,W. (2014). "Analysis and Comparison of Trends in Extreme Temperature Indices in Riyadh City, Kingdom of Saudi Arabia, 1985–2010". Journal of Climatology Volume. Article ID 560985,. http://dx.doi.org/10.1155/2014/560985.,1-10.
3. Auer, A. (1975). "The production of cloud Physics Aitken Nuclei by the St. Louis" Metropolitan Area. Rech-atm. 9-1, 11-22.
4. Bornstein, R. (1968). "Observations of the Urban Heat Island Effect in New York City". J. Appl. Meteor. 7, 575-582.
5. Chandler, T., (1962). "London's Urban Climate". Geography Journal. 128,279-298.
6. Charley, R., Barry, R., (1982). "Atmosphere Weather and Climate".USA,82-120.
7. Christopherson, R., (2002). "Man-Made Climate". Geosystems:An Introduction to Physical Geography, USA, 262-296.
8. Çiçek, İ., (2005). "Ankara’da Şehir ve Kırsal Sıcaklık Farklarındaki Değişiklikler (1970-2002)". Fırat Üniv. Sos. Bil. Dergisi 15.2,1-16.

9. Çiçek, İ., (2004)."Ankara'da Şehirleşmenin Yağış Üzerine Etkisi". Fırat Ünv. Sosyal Bilimler Dergisi 14.1, 1-17.
10. Çiçek, İ., Türkoğlu, N., (2005). "Urban Effects on Precipitation in Ankara". Atmosfera 18.3,172-186.
11. Çiçek, İ., Doğan, U., (2005). "Ankara'da Şehir Isı Adasının İncelenmesi". Coğrafi Bilimler Dergisi 3.1,57-72.
12. Çiçek, İ., Türkoğlu, N., (2009). "The Effects Of Urbanization On Water Vapour Pressure In A Semi-Arid Climate". Theorotical and Applied Climatology 95,125-134.
13. Demir, İ., Kılıç, G., Coşkun, M., Sümer, U., (2008). "Türkiye'de Maksimum, Minimum ve Ortalama Hava Sıcaklıkları İle Yağış Dizilerinde Gözlenen Değişiklikler ve Eğilimler". TMMOB İklim Değişimi Sempozyumu Bildiriler Kitabı, 69-84.
14. Dixon, P.G., Mote, T., (2003). "Patterns and Causes of Atlanta's Urban Heat Island İnitiated Precipitation". Journal of Applied Meteorology, 1273-1284.
15. Erlat, E., Yavaşlı, D.D., (2009). "Ege Bölgesi'nde Tropikal gün ve Yaz Günü Sayılarındaki Değişim ve Eğilimler". Ege Coğrafya Dergisi 18/(1-2), 1-15.
16. Ezber, Y., Şen, Ö. L., Karaca M., (2007). "İnvestigation of Urbanization Effects on Climate in İstanbul: Using Statistical and Dynamical Techniques". Eurasia Institute of Earth Sciences, 667–679.
17. Gallo, K., (1993)."Use of NOAA, AVHRR Data for Assesment of The Urban Heat Island Affect USA". Journal of Applied Meteorology 32, 899-908.
18. Gönençgil, B., (2011). "Şehirleşmenin Sıcaklık Trendleri Üzerine Etkileri ve Şehirsel Isı Adası Kavramı". Türk Coğrafya Kurumu Yayını 6, 127-136.
19. Hough, M., (1984). "City Form and Natural Process". Cromm Helm, 286-320.
20. Hamidi, N., Toprak, F., (2007). "GAP Bölgesinde Yıllık Toplam Yağışların Değişimi ve Homojenik Analizi". Türkiye İklim Değişikliği Kongresi, 86-92.
21. IPCC , (2001). "The Third Assessment Report". The Intergovernmental Panel on Climate Change, 22-47.
22. IPCC, (2007). "The Fourth Assessment Report". The Intergovernmental Panel on Climate Change, 28-73. IPCC, (2013). "The Fifth Assessment Report". The Intergovernmental Panel on Climate Change, 159-203. Kadıoğlu, M., (1993). "Türkiye'de İklim Değişikliği ve Olası Etkileri". Çevre Koruma Dergisi 47, 34-37.
23. Kalaycı, S., Kahya, E., (1998). "Susurluk Havzası Nehirlerinin Su Kalitesi Trendlerinin Belirlenmesi". Turkish Journal of Engineering and Environmental Science 22, 503-514.
24. Klein, T., A., Können, G., (2003). "Trends in Indices of Daily Temperature and Precipitation Extremes in Europe 1946-1999". Journal of Climate 16, 3665-3680. Kum, G., Kılıç, Ş., (2013). "Şehirleşmenin Sıcaklık ve Yağış Parametreleri Üzerine Etkisi: Antep Örneği". Sosyal Bilimler Dergisi 3.6, 23-39.
25. Landsberg, H., (1981). "The Urban Climate". Academic Press, 221-260.
26. Li, Q., Huang, J., Jiang, Z., Zhou, L., Chu, P., Hu, K., (2014). "Detection of Urbanization Signals in Extreme Winter Minimum Temperature Changes over Northern China". Climatic Change 122, 595–608.
27. Libiseller, C., Grimwall, A., (2002). "Performance of Partial Mann Kendall Tests for Trend Detection in The Presence of Covariates". Environmetrics 13.1, 71-84. Marsh, W., (1991). "Landscape Planning, Environmental Applications". 2nd Edition, 202-253.
28. Mohsin, T., Gough, W.A., (2012). "Characterization and Estimation of Urban Heat Island atToronto: impact of the choice of rural sites". Theoretical and Applied Climatology 108, 105-117.
29. Oke, T., (1987). "Boundary Layer Climates". 2nd Edition, 435.
30. Partal, T., Kahya, E., Seker, D., Kabdaslı, S., (2003). "Pecipitation Trends in the Aegean Region". International Association of Hydraulic Engineering and Research Congress,Greece, 15.
31. Sneyers, R., (1990)."On the Statistical Analysis of Series of Observations". WMO Technical Note 143, 192.
32. Şensoy, S., Demircan, M., Alan, Ü., (2008). "Trends in Turkey Climate Extrme Indices from 1971 to 2004". IV. Atmosfer Bilimleri Sempozyumu Bildiri Kitabı, 453-460.
33. Tatlı, H., Dalfes, N., Menteş, S., (2004). "A Statistical Downscaling Method For Monthly Total Precipitation Over Turkey". International Journal Of Climatology 24, 161-180.
34. Türkeş, M., (1995). "Türkiye'de Yıllık Ortalama Hava Sıcaklıklarındaki Değişimlerin ve Eğilimlerin İklim Değişikliği Açısından Analizi". Çevre ve Mühendislik Dergisi 9, 9-15.
35. Türkeş, M., (1996). "Spatial and Temporal Analysis of Annual Rainfall Variations in Turkey". International Journal of Climatology 16, 1057-1076.
36. Türkeş, M., (2002). "Küresel Isınma Rekor Kırıyor". Tübitak Bilim ve Teknik Dergisi 370, 20-21.
37. Türkeş, M., Sümer, U., Demir, İ., (2002). "Türkiye'nin Günlük Ortalama Maksimum ve Minimum Sıcaklıkları ile Sıcaklık Genişliğindeki Eğilimler ve Değişiklikler". Prof. Dr. Sırrı Erinç Adına Klimatoloji Çalıştayı Bildiriler Kitabı, 89-106.
38. Türkeş, M., (2007). "İklim Değişikliği Nedir? Temel Kavramlar, Nedenleri, Gözlenen ve Öngörülen Değişiklikler". I. Türkiye İklim Değişikliği Kongresi Bildiriler Kitabı, 38-53.
39. Türkeş, M., (2010). "Klimatoloji ve Meteoroloji". Kriter Yayınevi, 206.
40. Türkoğlu, N., Çalışkan, O., Çiçek, İ., Yılmaz, E., (2012). "Şehirleşmenin Biyoklimatik Koşullara Etkisinin Ankara Ölçeğinde İncelenmesi". Uluslararası İnsan Bilimler Dergisi 9.1, 933-954.
41. Ustaoğlu, B., (2012). "Trend Analysıs of Annual Mean Temperature Data Using Mann-Kendall Rank Correlation Test in Çatalca-Kocaeli Peninsula, Northwest of Turkey for the period of 1970-2011". IBAC ( International Balkan Annual Conference) vol.2, 276-287.
42. Xiaolan, W., (2003). "Detection of Undocumented Changepoints: A Revision of The Two-Phase Regression Model". Journal of Climate 16, 3383-3385.
43. Xoplaki, E., Gonzalez, R., Jesus, F., Luterbacher, J., Wanner, H., (2003). "Mediterranean Summer Air Temperature Variability and İts Conneciton to The Large-scale Atmospheric Circulation and SSI". Climate Dynamics 20, 723-739.