Defining of Drought Using Two Methods (Spei and Spi) In Rural Watersheds: A Case Study Kumdere Watershed

Year 2020, Volume: 7 Issue: 1, 146 - 156, 25.01.2020

Fatih Bakanoğulları

https://doi.org/10.30910/turkjans.680037

Cited By: 6

Abstract

Drought is the most complex and damaging event of atmospheric disasters. One of the most important problems of arid and semi-arid countries is that the water needed for the growing of plants is not available in sufficient amount and at the required time due to insufficient amount and distribution of precipitation. Agricultural production in these countries generally varies depending on the amount and distribution of rainfall, and irrigation. In short, precipitation in arid and semi-arid regions is the most important factor controlling agricultural production. In Turkey, the drought problem in some regions shows itself especially in the ecosystem and agriculture sectors. The aim of this study is to determine the frequency and severity of drought by using Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) and compare with Standardized Precipitation Index (SPI) using meteorological data measured between 1985-2009 in Kumdere watershed in Meriç river basin. 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 0.95 and found to be statistically significant. However, there were differences between drought severities in monthly, seasonal and six-month drought assessments. According to the annual evaluation results; SPEI index was found to be mild arid in the basin for 7 years (1985, 1986, 1991, 1993, 2001 2004 and 2007), 2 years was moderate drought (2000, 2002), 1 year was extreme drought (2008). While SPI index was identified as 1 year extreme arid (2008), 1 year moderate arid (2000) and 8 years mild drought (1985, 1986, 1991, 1992, 1993, 2001, 2002 and 2004). The SPEI drought index calculated by precipitation, temperature and evapotranspiration data might give healthier results to the decision makers in drought mitigation policies since the plant growing season in rural watersheds give results that are more accurate especially in monthly agricultural drought assessments.

Keywords

Drought, Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI)

Kırsal Havzalarda Kuraklığın İki Yöntem (SPEI ve SPI) Kullanılarak Belirlenmesi: Kumdere Havzası Örneği

Abstract

Atmosfer kaynaklı afetlerin içinde kuraklık en karmaşık ve hasar veren bir olaydır. Kurak ve yarı kurak ülkelerin en önemli sorunlarından biri, bitkilerin gelişimi için ihtiyaç duyulan suyun, yağışın miktar ve dağılımının yetersizliği nedeniyle yeterli miktarda ve gerekli zamanda bulunamamasıdır. Bu ülkelerde tarımsal üretim genelde yağışın doğal dağılımına, miktarına ve sulamaya bağlı olarak değişim göstermektedir. Kısacası kurak ve yarı kurak bölgelerde yağış, tarımsal üretimi kontrol eden en önemli faktördür. Türkiye'de de bazı bölgelerde kuraklık sorunu kendini özellikle tarım sektörüne ve ekosisteme yaptığı etkiler ile göstermektedir. Bu çalışmanın amacı Meriç nehir havzasında yer alan Kumdere havzasında 1985-2009 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) 0.95 olarak belirlenmiş ve istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur. Ancak aylık, mevsimlik ve altı aylık kuraklık değerlendirmelerinde kuraklık şiddetleri arasında farklar görülmüştür. Yıllık değerlendirme sonuçlarına göre; SPEI indisi ile havzada 7 yıl hafif kurak (1985, 1986, 1991, 1993, 2001 2004 ve 2007). 2 yıl orta kurak (2000, 2002), 1 yıl aşırı kurak (2008). SPI indisi ile ise 1 yıl aşırı kurak (2008), 1 yıl orta kurak (2000) ve 8 yıl hafif kurak (1985, 1986, 1991, 1992, 1993, 2001, 2002 ve 2004) yıl olarak tespit edilmiştir. Tarımsal üretim açısından yağış, sıcaklık ve evapotranspirasyon verileri ile hesaplanan SPEI kuraklık indisi kırsal havzalarda bitki gelişme dönemlerinde tarımsal yönden özellikle aylık kuraklık değerlendirmelerinde daha hassas sonuçlar verdiği için kuraklığın azaltılması politikalarında karar vericilere daha sağlıklı sonuçlar verebilir.

Keywords

Kuraklık, Standartlaştırılmış Yağış Evapotranspirasyon İndisi (SPEI)

References

• Aksoy, H., Eriş, E., Çetin, M., Önöz, B., Yüce, M. İ., Selek, B., Aksu, H., Burgan, H. İ., Eşit, M. 2018. Gediz havzasında kuraklık analizi. Uluslararası Katılımlı “Türkiye Ulusal Jeodezi Jeofizik Birliği(TUJJB) Bilimsel Kongresi”, pp:28-31, 30 Mayıs-02 Haziran, İzmir, Türkiye.
• Bae, S., Lee, S.H., Yoo, S.H. and 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/w10030327www.mdpi.com/journal/water.
• Bakanoğulları, F., Günay, S. 2011. Kumdere havzası yağış ve akım karakteristikleri. T.C. Tarım ve Köyişleri Bakanlığı Tarımsal Araştırmalar Genel Müdürlüğü Yayın No: TAGEM-BB-TOPRAKSU-2011/126 ISBN: 978-975-407-323-2 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, Volume 2018 11 pages.
• Çaldağ, B., Şaylan, L., Toros, H., Bakanoğulları, F. 2004. Drought Analysis in northwest Turkey. Agroenvironment, pp.169-179, 20-24 October, Udine, Italy.
• Çamalan, G., Akgündüz, A.S., 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, M. İ., Selek, B., Aksu, H., Burgan, H. İ., 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, Antalya, Turkey (www.icasi2018.com), 26-28 September, ISBN 978-605-81136-0-2: 39-48.
• Dai, A. 2011. Drought under global warming: A review. Wiley Interdiscip. Rev. Climate. Change. 2: 45–65.
• Gümüş, V., Başak, A. Oruç, N. 2016. Standartlaştırılmış yağış indisi (SYİ) yöntemi ile Şanlıurfa istasyonunun kuraklık analizi. H.U. Journal of Engineering. 01: 36-44.
• Heim, R.R. 2002. A review of twentieth-century drought indices used in the United States. Bull. Am. Meteorol. Soc. 83: 1149–1165.
• Keskiner A.D., 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, cilt.31: 79-90.
• Keskiner, A.D., 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 Vol 28, No 7: 5675-5688.
• Koutroulis, A.G., Vrochidou, A.-E.K., Tsanis, I.K. 2011. Spatiotemporal characteristics of meteorological drought for the island of Crete. Journal of Hydrometeorology 12: 206–226.
• Kwak, J.W., 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 Resources Assoc. 46: 795–805.
• McKee, T.B., Doesken, N.J., 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, J.H., Tallaksen, L.M., Gudmundsson, L., Loonc, A.F. V. and 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, M.D., LeComte, D., Hayes, M., Heim, R., Gleason, K., Angel, J., Miskus, D. 2002. The drought monitor. Bull. Am. Meteorol. Soc. 83: 1181–1190.
• Thornthwaite, C.W. 1948. An approach toward a rational classification of climate. Geogr. Rev. 38: 55–94.
• Tong, S., Bao, Y., Te, R., Ma, Q., Ha, S., and 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. Volume 2017, Article ID 5209173, 11 pages 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), 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.
• Tatlı, H., Türkeş, M. 2011a. Palmer kuraklık şiddeti ve standartlaştırılmış yağış indislerinin Türkiye üzerinde karşılaştırılması. In: 5th Atmospheric Science Symposium Proceedings Book, s.231-239, 27-29 April: İstanbul, (in Turkish with an English abstract).
• Tatlı, H., Türkeş, M. 2011b. Türkiye’nin kurak ve nemli koşullarının model çıktı istatistiği (MOS) ile incelenmesi (Examination of the dry and wet conditions in Turkey via model output statistics (MOS). In: 5th Atmospheric Science Symposium Proceedings Book, s.219-229, 27-29 April: İstanbul, (in Turkish with an English abstract).
• Türkeş, M. 2014. Türkiye’deki 2013-2014 kuraklığının ve klimatolojik/meteorolojik nedenlerinin çözümlenmesi (Analysis of 2013-2014 Drought in Turkey and Its Climatological and Meteorological Reasons). Konya Toprak Su Dergisi 2: 20-34. (in Turkish and English).
• Türkeş, M. 2017. Türkiye’nin iklimsel değişkenlik ve sosyo-ekolojik göstergeler açısından kuraklıktan etkilenebilirlik ve risk çözümlemesi (Drought vulnerability and risk analysis of Turkey with respect to climatic variability and socio-ecological indicators). Ege Coğrafya Dergisi 26(2): 47-70, (in Turkish with an English abstract, figure and table captions).
• Türkes, M. 2019. Climate and Drought in Turkey, Chapter 4. In Harmancioglu, N. B., Altinbilek, D. (Eds.), Water Resources of Turkey. World Water Resources, vol 2. Springer, Cham, pp 85-125.
• Vicente-Serrano, S.M., Beguería, S., López-Moreno, J.I. 2010. A multiscalar drought index sensitive to global warming: The standardized precipitation evapotranspiration index. Journal of Climatology. 23: 1696–1718.
• Wilhite, D.A., Glantz, M.H. 1985. Understanding the drought phenomenon: The role of definitions. Water Int., 10: 111–120.
• Wilhite, D.A. 2000. Drought as a natural hazard: Concept and definitions. In Drought: A Global Assessment; Wilhite, D. A., Ed.; Routledge: London, UK, pp: 3-18.
• Wilhite, D.A., Svoboda, M.D., Hayes, M.J. 2007. Understanding the complex impacts of drought: A key to enhancing drought mitigation and preparedness. Water Resources Management 21: 763–774.
• Yürekli, K., Ünlükara, A. 2013. Standartlaştırılmış Yağış Evapotranspirasyon İndisi (SPEI) ile Tokat ilinin kuraklık analizi, III. Ulusal Toprak ve Su Kaynakları Kongresi, pp.511-515, 1 - 04 Eylül, Tokat, Türkiye.