Analysis of Drought Intensity Using SPEI and SPI in Damlıca Watershed-İstanbul, Turkey

Year 2020, Volume: 9 Issue: 1, 1 - 10, 27.03.2020

Fatih Bakanoğulları

https://doi.org/10.21657/topraksu.566693

Cited By: 11

Abstract

Drought is the most complex and damaging event in climatic disasters. Precipitation is the most important factor to control agricultural production in arid and semi-arid regions. The problem of drought in some regions in Turkey shows itself especially effect on the ecosystem and agriculture.The aim of this study is to determine the frequency and severity of drought with Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) and compare with Standardized Precipitation Index (SPI) using meteorological data measured between 1982 and 2006 in Damlica creek basin located in Istanbul-Buyukcekmece drinking water basin. The SPEI drought index estimates evapotranspiration with Thornthwaite equation. In the regression analysis between the 25-year data set and the annual SPEI and SPI indices, the coefficient of determination (R2) between the annual SPI and SPEI drought indices according to the second order polynomial was found to be 0.977 and found to be statistically significant. However, there were differences between drought severities in monthly, seasonal and 6-month drought periods. According to the annual evaluation results; SPEI Index was determined as 4 years of moderate drought (1983, 1989, 2004, 2006), 7 years of mild drought (1982, 1992, 1993, 1994, 1999, 2000, 2003), and SPI index was found as 2 years of severe drought (1983, 1989), 3 years of moderate drought (1982, 2004, 2006) and 2 years of mild drought (1992, 1993). The SPEI drought index calculated by precipitation, temperature and evapotranspiration data may give healthier results to policy makers in drought mitigation policies in terms of giving more accurate results in agricultural production and drought assessments.

Keywords

Standardized Precipitation Index, Standardized Precipitation Evapotraspiration Index, drought, Damlıca creek watershed, İstanbul-Turkey

SPEI ve SPI İndisleri Kullanılarak İstanbul-Damlıca Deresi Havzasında Kuraklık Şiddetlerinin Analizi

Abstract

Klimatolojik kaynaklı afetlerin içinde kuraklık en karmaşık ve hasar veren bir olaydır. Kurak ve yarı kurak bölgelerde yağış, tarımsal üretimi kontrol eden en önemli faktördür. Türkiye'de de bazı bölgelerde kuraklık sorunu kendini özellikle tarım sektöründe ve ekosisteme yaptığı etkiler ile göstermektedir. Bu çalışmanın amacı İstanbul-Büyükçekmece içme suyu havzasında yer alan Damlıca deresi havzasında 1982-2006 yılları arası havzada ölçülmüş meteorolojik veriler kullanılarak kuraklığın sıklığı ve şiddetinin Standartlaştırılmış Yağış Evapotranspirasyon İndisi (SPEI) ile belirlenmesi ve Standartlaştırılmış Yağış İndisi (SPI) ile karşılaştırılmasıdır. SPEI kuraklık indisi evapotranspirasyonu Thornthwaite eşitliği ile tahmin etmektedir. 25 yıllık veri seti ile yıllık SPEI ve SPI İndeksleri arasındaki regresyon analizinde, ikinci derece polinoma göre yıllık SPI ve SPEI kuraklık indeksleri arasında determinasyon katsayısı (R2) 0.977 olarak belirlenmiş ve istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur. Ancak aylık, mevsimlik ve 6 aylık kuraklık değerlendirmelerinde kuraklık şiddetleri arasında farklar görülmüştür. Yıllık değerlendirme sonuçlarına göre; SPEI indisi ile havzada 4 yıl orta kurak (1983, 1989, 2004, 2006), 7 yıl hafif kurak (1982, 1992, 1993, 1994, 1999, 2000, 2003), SPI indisi ile ise 2 yıl şiddetli kurak (1983, 1989), 3 yıl orta kurak (1982, 2004, 2006) ve 2 yıl hafif kurak (1992, 1993) yıl olarak tespit edilmiştir. Tarımsal üretim açısından yağış, sıcaklık ve evapotranspirasyon verileri ile hesaplanan SPEI kuraklık indisi tarımsal üretim ve 
kuraklık değerlendirmelerinde daha hassas sonular verdiği için kuraklığın azaltılması politikalarında karar vericilere daha sağlıklı sonuçlar verebilir.

Keywords

SPEI(Standartlaştırılmış yağış-evaporasyon indeksi), SPI(Standartlaştırılmış yağış indeksi), kuraklık, Damlıca deresi havzası, İstanbul

References

• Aksoy H, Eriş E, Çetin M, Önöz B, Yüce Mİ, Selek B, Aksu H, Burgan Hİ, Eşit M (2018). Gediz havzasında kuraklık analizi. Uluslararası Katılımlı “Türkiye Ulusal Jeodezi Jeofizik Birliği (TUJJB) Bilimsel Kongresi”, p. 28-31, 30 Mayıs-02 Haziran, İzmir-Türkiye.
• Bae S, Lee SH, Yoo SH, Kim T (2018). Analysis of drought intensity and trends using the modified SPEI in South Korea from 1981 to 2010. Water: 10, 327, doi:10.3390/w10030327.
• Bakanoğulları F (2008). Çatalca-Damlıca deresi havzası yağış ve akım karakteristikleri. T.C. Tarım ve Köyişleri Bakanlığı, Tarımsal Araştırmalar Genel Müdürlüğü, No: Tagem-BB-Topraksu-2008/64, Kırklareli.
• Chen S, Zhang L, Liu X, Guo M, She D (2018). The use of SPEI and TVDI to assess temporal-spatial variations in drought conditions in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin, China. Hindawi, Advances in Meteorology, Article ID 9362041, p.11, https://doi.org/10.1155/2018/9362041.
• Çaldağ B, Şaylan L, Toros H, Bakanoğulları F (2004). Drought analysis in northwest Turkey. Agroenvironment, p.169-179, 20-24 October, Udine-Italy.
• Çamalan G, Akgündüz AS, Ayvacı H, Çetin S, Arabacı H, Coşkun M (2017). SPEI indisine göre Türkiye geneli kuraklık değişim ve eğilim projeksiyonları. IV. Türkiye İklim Değişikliği Kongresi, TİKDEK 5-7 Temmuz, İstanbul.
• Çetin M, Aksoy H, Önöz B, Eriş E, Yüce Mİ, Selek B, Aksu H, Burgan Hİ, Eşit M, Çavuş Y, Orta S (2018). Deriving accumulated precipitation deficits from drought severity-duration frequency curves: A case study in Adana province, Turkey. 1st International Congress on Agricultural Structures and Irrigation, Proceeedings and Abstracts Book, ISBN 978-605-81136-0-2: 39-48, 26-28 September 2018, Antalya-Turkey.
• Dai A (2011). Drought under global warming: A review. Wiley Interdiscip. Rev. Clim. Chang. 2: 45-65.
• Gümüş V, Başak A, Oruç N (2016). Standartlaştırılmış yağış indisi (SYİ) yöntemi ile Şanlıurfa istasyonunun kuraklık analizi. Harran University Journal of Engineering 01: p.36-44.
• Heim RR (2002). A review of twentieth-century drought indices used in the United States. Bull. Am. Meteorol. Soc. 83: 1149-1165.
• Keskiner AD, Çetin M, Uçan M, Şimşek M (2016). Coğrafi bilgi sistemleri ortamında standardize yağış indisi yöntemiyle olasılıklı meteorolojik kuraklık analizi: Seyhan Havzası Örneği. Çukurova Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 31: 79-90.
• Keskiner AD, Cetin M, Simsek M, Akin S, Cetiner I, (2019). Probabilistic regional meteorological drought analysis with standardized precipitation index and normal precipitation index methods in geographic information systems environment: A case study in Seyhan basin. Fresenius Environmental Bulletin, 28 (7): 5675-5688.
• Koutroulis AG, Vrochidou AEK, Tsanis IK (2011). Spatiotemporal characteristics of meteorological drought for the island of Crete. J. Hydrometeorol., 12: 206-226.
• Kwak JW, Lee, S.D., Kim, Y.S., Kim, H.S. (2013). Return period estimation of droughts using drought variables from standardized precipitation index. J. Korean Water Resour. Assoc. 46: 795–805.
• McKee TB, Doesken NJ, Kleist J (1993). The relationship of drought frequency and duration to time scales. In: Proceedings of the Eighth Conference on Applied Climatology, American Meteorological Society, Boston, MA: 179-184.
• Nedealcov M, Raileanu V, Sirbu R, Cojocari R (2015). The use of standardized indicators (SPI and SPEI) in predicting droughts over the Republic of Moldova Territory. doi 10.1515/pesd-2015-0032 Pesd, Vol. 9 (2): 149-157.
• Rossi G (2000). Drought mitigation measures: A comprehensive framework. In drought and drought mitigation in Europe; Voght, J., Somma, F., Eds.; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, the Netherlands, p.233-246.
• Stagge JH, Tallaksen LM, Gudmundsson L, Loonc AFV, Stahl K (2015). Candidate distributions for climatological drought indices (SPI and SPEI). International Journal of Climatology. 35: 4027-4040, doi: 10.1002/joc.4267.
• Svoboda MD, LeComte D, Hayes M, Heim R, Gleason K, Angel J, Miskus D (2002). The drought monitor. Bull. Am. Meteorol. Soc. 83: 1181-1190.
• Tatlı H, Türkeş M (2011a). Palmer kuraklık şiddeti ve standartlaştırılmiş yağış indislerinin Türkiye üzerinde karşılaştırılması. In: 5th Atmospheric Science Symposium Proceedings Book, p.231-239, 27-29 April 2011, İstanbul.
• Tatlı H, Türkeş M (2011b). Türkiye’nin kurak ve nemli koşullarının model çıktı istatistiği (MOS) ile incelenmesi. In: 5th Atmospheric Science Symposium Proceedings Book, p.219-229, 27-29 April 2011, İstanbul.
• Thornthwaite CW (1948). An approach toward a rational classification of climate. Geogr. Rev. 38: 55-94.
• Tong S, Bao Y, Te R, Ma Q, Ha, Lusi A (2017). Analysis of drought characteristics in Xilingol grassland of Northern China based on SPEI and Its Impact on vegetation. Hindawi, Mathematical Problems in Engineering, p. 11, https://doi.org/10.1155/2017/5209173.
• Türkeş M, Tatlı H (2008). Türkiye’de kuraklık olasılıklarının standartlaştırılmış yağış indisi (SPI) kullanılarak saptanması ve iklimsel değişkenlik açısından değerlendirilmesi. Küresel İklim Değişimi ve Su Sorunlarının Çözümünde Ormanlar Sempozyumu Bildiriler Kitabı (Ed. Ünal Akkemik), p.55-62. Türkiye Ormancılar Derneği Marmara Şubesi, İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi, 13-14 Aralık 2007, Bahçeköy - İstanbul.
• Türkeş M, Tatlı H (2009). Use of the standardized precipitation index (SPI) and modified SPI for shaping the drought probabilities over Turkey. International Journal of Climatology, 29: 2270–2282. DOI: 10.1002/joc.1862.
• Türkeş M (2014). Türkiye’deki 2013-2014 kuraklığının ve klimatolojik/meteorolojik nedenlerinin çözümlenmesi. Konya Toprak Su Dergisi 2: 20-34.
• Türkeş M (2017). Türkiye’nin iklimsel değişkenlik ve sosyo-ekolojik göstergeler açısından kuraklıktan etkilenebilirlik ve risk çözümlemesi. Ege Coğrafya Dergisi 26 (2): 47-70.
• Türkeş M (2019). Climate and drought in Turkey, Chapter 4. In Harmancioglu N B, Altinbilek D (Ed), Water Resources of Turkey. World Water Resources, 2. Springer, Cham, p.85-125. https://doi.org/10.1007/978-3-030-11729-0_4.
• Vicente-Serrano SM, Beguería S, López-Moreno JI (2010). A multiscalar drought index sensitive to global warming: The standardized precipitation evapotranspiration index. J. Clim. 23: 1696-1718.
• Wilhite DA, Glantz MH (1985). Understanding the drought phenomenon: The role of definitions. Water Int., 10: 111-120.
• Wilhite DA (2000). Drought as a natural hazard: Concept and definitions. In Drought: A Global Assesment; Wilhite, D. A., Ed.; Routledge: London, UK, pp: 3-18.
• Wilhite DA, Svoboda MD, Hayes MJ (2007). Understanding the complex impacts of drought: A key to enhancing drought mitigation and preparedness. Water Resour. Manag. 21: 763-774.
• Yürekli K, Ünlükara A (2013). Standartlaştırılmış yağış evapotranspirasyon indisi (SPEI) ile Tokat ilinin kuraklık analizi, III. Ulusal Toprak ve Su Kaynakları Kongresi, p.511-515, 1-4 Eylül, Tokat-Türkiye.