Impact of climate change on the diurnal distribution of vapor pressure deficit and precipitation: A case study from Isparta (2005–2024)

Öz

Climate change alters temperature, precipitation and evaporation processes on a global scale, affecting both human life and ecosystem functioning. The Mediterranean region is considered one of the most vulnerable areas to climate change. This study investigates the impacts of climate change on vapor pressure deficit (VPD) and the diurnal timing of precipitation using hourly data from eight meteorological stations in Isparta Province (Aksu, Eğirdir, Isparta, Senirkent, Sütçüler, Şarkikaraağaç, Uluborlu, and Yalvaç) between 2005 and 2024. The dataset was divided into two decades (2005–2014 and 2015–2024) and changes in the diurnal patterns of VPD and precipitation were evaluated separately for daytime (06:00–18:00) and nighttime (18:00–06:00) periods. Results showed statistically significant increases in VPD during the second decade at all stations except Senirkent, with the most pronounced changes occurring during daytime hours. In terms of precipitation, only localized and station-specific shifts were observed. At Senirkent, increases of about 0.01 mm were recorded in the afternoon at 14:00 and 16:00. At Şarkikaraağaç, precipitation increased by 0.03–0.05 mm during the morning to midday hours (06:00–14:00). At Uluborlu, increases were identified at 10:00, 14:00, and 15:00, with the most pronounced increase of 0.05 mm at 15:00. At Yalvaç, increases of about 0.01 mm were observed between 17:00 and 23:00. Overall, the findings indicate that increasing VPD has enhanced evaporative demand in the region, which in turn may reduce the hydrological effectiveness of precipitation.

Anahtar Kelimeler

• Atmospheric evaporative demand
• Meteorological observations
• Rainfall timing

İklim değişikliğinin buhar basıncı açığı ve yağışın günlük zamanlaması üzerindeki etkisi: Isparta örneği (2005–2024)

Öz

İklim değişikliği, küresel ölçekte sıcaklık, yağış ve buharlaşma süreçlerinde değişimlere yol açarak hem insan yaşamını hem de ekosistem işleyişini etkilemektedir. Akdeniz Bölgesi, bu değişimlerden en fazla etkilenen alanlardan biri olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışma, Isparta ve çevresinde yer alan sekiz meteoroloji istasyonuna (Aksu, Eğirdir, Isparta, Senirkent, Sütçüler, Şarkikaraağaç, Uluborlu ve Yalvaç) ait 2005–2024 yılları arasındaki saatlik meteorolojik veriler kullanılarak, Buhar Basıncı Açığı (BBA) ve yağışın günlük zamanlamasında meydana gelen değişimleri ortaya koymayı amaçlamaktadır. Veriler, iki on yıllık döneme (2005–2014 ve 2015–2024) ayrılarak değerlendirilmiş; BBA ve yağışın gün içi dağılımları gündüz (06:00–18:00) ve gece (18:00–06:00) saat dilimleri için karşılaştırılmıştır. Analizler sonucunda, Senirkent istasyonu hariç tüm istasyonlarda, özellikle gündüz saatlerinde olmak üzere, ikinci on yıllık dönemde BBA değerlerinde istatistiksel olarak anlamlı artışlar saptanmıştır. Öte yandan, yağışın saatlik zamanlamasında sınırlı ve istasyona özgü değişimler gözlenmiştir. Senirkent istasyonunda öğleden sonra 14:00 ve 16:00 saatlerinde yaklaşık 0.01 mm’lik artışlar kaydedilmiştir. Şarkikaraağaç istasyonunda sabah–öğle (06:00–14:00) saatleri arasında yağış miktarı 0.03–0.05 mm arasında yükselmiştir. Uluborlu istasyonunda 10:00, 14:00 ve 15:00 saatlerinde artışlar belirlenmiş, en belirgin artış ise 15:00’te 0.05 mm olmuştur. Yalvaç istasyonunda ise öğleden sonra 17:00–23:00 saatleri arasında yaklaşık 0.01 mm düzeyinde artışlar görülmüştür. Ancak bu değişimler bölgesel ölçekte tutarlı bir eğilim göstermemiştir. Çalışma bulguları, artan BBA’nın bölgede buharlaşma potansiyelini yükselttiğini ve buna bağlı olarak yağışın hidrolojik etkinliğini azalttığını ortaya koymaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Doygunluk açığı
• Meteorolojik gözlemler
• Yağış zamanlaması

Kaynakça

1. Alevkayalı, Ç., Atayeter, Y., Yala, O., Bilgin, T., Akpınar, H., 2023. Burdur Gölü’nde uzun dönemli kıyı çizgisi değişimleri ve iklim ilişkisi: Zamansal-mekânsal eğilimler ve tahminler. Türk Coğrafya Dergisi, 82: 37-50.
2. Ali, E., Cramer, W., Carnicer, J., Georgopoulou, E., Hilmi, N.J.M., Le Cozannet, G., and Lionello, P., 2022. Cross-Chapter Paper 4: Mediterranean Region. In: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, Cambridge and New York, pp. 2233–2272. doi:10.1017/9781009325844.021
3. Aydın, S., Şimşek, M., Çetinkaya, G., Öztürk, Z.M., 2019. Erinç Yağış Etkinlik İndisi’ne Göre Belirlenen Türkiye İklim Bölgelerinin Rejim Karakteristikleri. I. İstanbul Uluslararası Coğrafya Kongresi, 20-22 Haziran, İstanbul, s.752-760.
4. Bahadır, M., Saraçlı, S., 2010. Isparta’da ARIMA modeline göre sentetik iklim verilerinin analizi. Nature Sciences, 5(3): 4A0027.
5. Baykal, T., Taylan, D., Terzi Ö., 2023. Isparta ili için gelecekteki olası meteorolojik kuraklık değerlendirmesi. Artvin Çoruh Üniversitesi Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 9(1): 90-100. DOI: 10.21324/dacd.1165500
6. Campbell, G.S., Norman, J.M., 1998. An introduction to environmental biophysics (second ed). Springer-Verlag, New York.
7. Coşkun, S., 2020. Göller Yöresi’nde sıcaklık, yağış ve akım değerlerinde meydana gelen eğilimler (Akdeniz Bölgesi-Türkiye). International Social Sciences Studies Journal, 6 (66):3142-3155.
8. Erinç, S., 1965. Yağış Müessiriyeti Üzerine Bir Deneme veYeni Bir İndis. İstanbul Üniversitesi Coğrafya Enstitüsü Yayınları, İstanbul.

9. Flo, V., Martínez-Vilalta J., Granda, V., Mencuccini M., Poyatos, R., 2022. Vapour pressure deficit is the main driver of tree canopy conductance across biomes. Agricultural and Forest Meteorology, 322: 109029. https://doi.org/10.1016/j.agrformet. 2022.109029
10. Forrest, K., Tarroja, B., Chiang, F., AghaKouchak, A., Samuelsen, S., 2018. Assessing climate change impacts on California hydropower generation and ancillary services provision. Climatic Change, 151: 395–412.
11. Forster, P. M., Smith, C., Walsh, T., Lamb, et.all., 2024. Indicators of Global climate change 2023: Annual update of key indicators of the state of the climate system and human influence. Earth System Sciences Data, 16: 2625–2658. https://doi.org/10.5194/essd-16-2625-2024, 2024
12. Gebrechorkos, S.H., Sheffield, J., Vicente-Serrano, S.M., Funk, C., Miralles, D.G., Peng, J., Dyer, E., Talib, J., Beck, H.E., Singer, M.B., Dadson, S.J., 2025. Warming accelerates global drought severity. Nature, 642: 628–635. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09047-2
13. Grossiord, C., Sevanto, S., Borrego, I., Chan, A. M., Collins, A. D., Dickman, L. T., Hudson, P. J., McBranch, N., Michaletz, S. T., Pockman, W. T., Ryan, M., Vilagrosa, A., McDowell, N. G., 2017. Tree water dynamics in a drying and warming world. Plant, Cell & Environment, 40(9): 1861–1873. https://doi.org/10.1111/pce.12991
14. Grossiord, C., Buckley, T.N., Cernusak, L.A., Novick, K.A., Poulter, B., Siegwolf, R.T.W., Sperry, J.S., McDowell, N.G., 2020. Plant responses to rising vapor pressure deficit. New Phytologist, 226: 1550-1566. https://doi.org/10.1111/nph.16485
15. Guo, Q., Hu, Z., Li, S., Yu, G., Sun, X., Zhang, L., Mu, S., Zu, X., Wang, Y., Li, Y., Zhao, W., 2015. Contrasting responses of gross primary productivity to precipitation events in a water-limited and a temperature-limited grassland ecosystem. Agricultural and Forest Meteorology, 214–215: 169–177. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2015.08.251
16. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), 2021. Summary for Policymakers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, (Eds: Masson-Delmotte, V., Zhai, P., Pirani, A., Connors, S.L., Péan, C., Berger, S., Caud, N., Chen, Y., Goldfarb, L., Gomis, M.I., Huang, M., Leitzell, K., Lonnoy, E., Matthews, J.B.R., Maycock, T.K., Waterfield, T., Yelekçi, O., Yu, R., Zhou, B.), Cambridge University Press, Cambridge and New York, pp. 3−32. doi:10.1017/9781009157896.001
17. Kale, M.M., Erişmiş, M., 2024. Eğirdir Gölü alansal değişiminin uzaktan algılama ve coğrafi bilgi sistemleri yardımıyla analizi. International Journal of Geography and Geography Education (IGGE), 52: 122-140. https://doi.org/10.32003/igge.1380588
18. Kassambara, A., 2020. ggpubr: “ggplot2” based publication ready plots. R Package version 0.4.0. https://CRAN.R-project.org/package=ggpubr, Accessed:05.05.2025
19. Kassambara A., 2023. rstatix: Pipe-friendly framework for basic statistical tests. R package version 0.7.2. https://CRAN.R-project.org/package=rstatix, Accessed:06.05.2025
20. Kır, E.G., Güldal, V., 2022. Antalya ve Isparta yağış verilerinin trend analizi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 10(3): 899-907. https://doi.org/10.21923/jesd.1105485
21. Li, S., Wang, G., Chai, Y., Miao, L., Hagan, D.F.T., Sun, S., Huang, J., Su, B., Jiang, T., Chen, T., Lu, C., Guan, Z., 2023. Increasing vapor pressure deficit accelerates land drying. Journal of Hydrology, 625(A): 130062. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol. 2023.130062.
22. Lionello, P., Scarascia, L., 2018. The relation between climate change in the Mediterranean region and global warming. Regional Environmental Change, 18:1481–1493.
23. Lou, J., Joh, Y., Delworth, T., Jia, L., 2025. Identifying source of predictability for vapor pressure deficit variability in the southwestern United States. Npj Climate and Atmospheric Science, 8:139. https://doi.org/10.1038/s41612-025-01028-6
24. Massmann, A., Gentine, P., Lin, C., 2019. When does vapor pressure deficit drive or reduce evapotranspiration? Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11: 3305–3320. https://doi.org/10.1029/2019MS001790
25. Meran, G., Siehlow, M., von Hirschhausen, C., 2021. Water Availability: A Hydrological View. In: The Economics of Water, (Ed: Kostianoy, A.), Springer, Cham., pp. 9-21. https://doi.org/10.1007/978-3-030-48485-9_2
26. Mirabel, A., Girardin, M.P., Metsaranta, J., Way, D., Reich, P., 2023. Increasing atmospheric dryness reduces boreal forest tree growth. Nature Communications, 14: 6901. https://doi.org/10.1038/s41467-023-42466-1
27. Noguera, I., Vicente-Serrano, S.M., Domínguez-Castro, F., 2022. The rise of atmospheric evaporative demand is increasing flash droughts in Spain during the warm season. Geophysical Research Letters, 49: e2021GL097703. https://doi.org/10.1029/ 2021GL097703
28. Novick, K.A., Ficklin, D.L., Stoy, P.C., Williams, C.A., Bohrer, G., Oishi A.C., Papuga, S.A, Blanken P.D., Noormets, A., Sulman, B.N., Scott, R.L., Wang, L., Phillips, R.P., 2016. The increasing importance of atmospheric demand for ecosystem water and carbon fluxes. Nature Climate Change, 6: 1023–1027. https://doi.org/10.1038/nclimate3114
29. Novick, K.A., Ficklin, D.L., Grossiord, C., Konings, A.G., Martínez-Vilalta, J., Sadok, W., Trugman, A.T., Williams, A.P., Wright, A.J., Abatzoglou, J.T., Dannenberg, M.P., Gentine, P., Guan, K., Johnston, M.R., Lowman, L.E.L., Moore, D.J.P, McDowell, N.G., 2024. The impacts of rising vapour pressure deficit in natural and managed ecosystems. Plant, Cell & Environment, 47: 3561–3589. https://doi.org/10.1111/ pce.14846
30. Oreskes, N., 2004. The scientific consensus on climate change. Science, 306 (5702): 1686.
31. Özçelik, M.S., Poyatos, R., 2025. Water-use strategies in pines and oaks across biomes are modulated by soil water availability. Tree Physiology, 45(4): tpaf031. https://doi.org/10.1093/ treephys/tpaf031
32. Padrón, R.S., Gudmundsson, L., Decharme, B., Ducharne, A., Lawrance, D.M., Mao, J., Peano, D., Krinner, G., Kim, H., Seneviratne, S.I., 2020. Observed changes in dry-season water availability attributed to human-induced climate change. Nature Geoscience, 13: 477–481. https://doi.org/10.1038/s41561-020-0594-1
33. Resco de Dios, V., Hedo, J., Cunill Camprubí, À., Thapa, P., Martínez del Castillo, E., Martínez de Aragón, J., Bonet, J.A., Balaguer-Romano, R., Díaz-Sierra, R., Yebra, M., Boer, M.M., 2021. Climate change induced declines in fuel moisture may turn currently fire-free Pyrenean mountain forests into fire-prone ecosystems. Science of The Total Environment, 797: 149104. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149104
34. Rodrigues, M., Resco de Dios, V., Sil, À., Cunill Camprubí À., Fernandes, P.M., 2024. VPD-based models of dead fine fuel moisture provide best estimates in a global dataset. Agricultural and Forest Meteorology, 346: 109868. https://doi.org/10.1016/j. agrformet.2023.109868
35. Sabuncu, A., 2020. Burdur Gölü kıyı şeridindeki değişiminin uzaktan algılama ile haritalanması. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 20: 623-633.
36. Soydan, E., 2025. Assessing long-term climatic shifts in a transitional zone: Isparta, Turkey (1929–2024). International Journal of Environmental Trends, 9(1): 15-24.
37. Şener, E., Davraz, A. 2021. Yağış tabanlı farklı indisler kullanılarak meteorolojik kuraklık analizi: Isparta örneği. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 12: 404-418. https://doi.org/10.29048/makufebed.960857
38. Tarroja, B., Chiang, F., AghaKouchak, A., Samuelsen, S., 2018. Assessing future water resource constraints on thermally based renewable energy resources in California. Applied Energy, 226: 49–60.
39. Tulan Işıldar, H., Yalçıner Ercoşkun, Ö., 2021. Göller yöresinde sürdürülebilirlik ve dirençlilik. Journal of Management Theory and Practices Research, 2(2): 89-116.
40. Wickham, H., 2016. ggplot2: Elegant Graphics for Data Analysis. Springer-Verlag, New York, U.S.A. https://doi.org/10.1007/978-3-319-24277-4_9
41. Wickham, H., Averick, M., Bryan, J., Chang, W., D’Agostino McGowan, L., François, R., Grolemund, G., Hayes, A., Henry, L., Hester, J., Kuhn, M., Pedersen, T.L., Miller, E., Milton Bache S., Müller, K., Ooms, J., Robinson, D., Seidel, D.P., Spinu, V., Takahashi, K., Vaughan, D., Wilke, C., Woo, K., Yutani H., 2019. Welcome to the Tidyverse. Journal of Open Source Software, 4(43): 1686. https://doi.org/10.21105/joss.01686 1
42. World Meteorological Organization (WMO), 2025. State of the Global Climate 2024. WMO report no: 1368, Geneve, Switzerland.
43. Yang, M., Liu, J., Wang, Y., Chen, J.M., Cui, Z., Zhang, Z, Chen, Z., Cheng, X., 2023. Prominent impact of diurnal rainfall variations on evapotranspiration and gross primary productivity in forests over low latitudes. Agricultural and Forest Meteorology, 342: 109740. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2023.109740