Başlıca iklim parametrelerinin bitki su tüketimine etkilerinin uzaktan algılama yöntemleri ile araştırılması

İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı, Bilişim Enstitüsü, İTÜ

Başlıca iklim parametrelerinin bitki su tüketimine etkilerinin uzaktan algılama yöntemleri ile araştırılması

Orkan Özcan; Prof. Dr. Nebiye Musaoğlu, Prof. Dr. Cankut Örmeci

Özet: Dünya genelinde en fazla üretimi yapılan tarım ürünlerinden birisi olan buğday, ülkemizde yaklaşık 9,5 milyon hektar alanda ekilmekte, yıldan yıla değişmekle birlikte 20 milyon ton civarında ürün alınmaktadır. Farklı ekim bölgeleri için önerilen ürün deseninin, o yörenin ekolojik koşullarına adaptasyon düzeylerinin ve kuraklık ya da aşırı yağış vb. değişen iklim koşullarının bitkilerin gelişimine olası etkilerinin izlenmesi uzaktan algılama teknikleri ve CBS ile mümkün olmaktadır. Çalışmada öncelikle yersel akıllı istasyonlar kullanılarak fenolojik gelişim dönemlerine göre algılanan SPOT 5 uydu görüntüleri ile bitki karakteristikleri ve farklı istasyonlardaki ürün özellikleri incelenmiş olup, bitki gelişiminde farklılıklara neden olan ekolojik koşullar ve ürünlerin adaptasyon farklılıkları bu doğrultuda belirlenmiştir. Bununla birlikte; özellikle Güneydoğu Anadolu Bölgesi’nin kurak ve yarı-kurak koşullarında, sulama sistemlerinin planlanmasında sulama suyu ihtiyacının tahmini için bitkilerden gelen terleme ve altındaki topraktan gelen buharlaşma, su kaynakları ve hidrolojik çalışmalar açısından önemli faktörlerdir. Çalışmanın amaçlarından biri, uzaktan algılama teknikleri ve CBS kullanılarak gerçek evapotranspirasyonun tahmini ile farklı toprak gruplarında bulunan buğday ekili alanlardaki su ihtiyacının belirlenmesidir. Büyüme döneminde algılanan SPOT 5 görüntüleri, hem Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) ve Modified Soil Adjusted Vegetation Index (MSAVI) analizlerinin yapılması hem de buğday ekim dönemi aylarındaki bitki katsayılarının oluşturulmasında kullanılmıştır. Hızla gelişmekte olan bir ülke olan Türkiye’de, artan nüfus için; sulu tarım ürünlerinden yeterli miktarda, sanayi için; ucuz, sürekli ve kaliteli yenilenebilir enerjiye ve özellikle ortalama ulusal standartlara göre yaşam seviyesi düşük olan bölgelerde evsel kullanımlar için; kaliteli suya ihtiyaç duyulmaktadır. Atatürk Barajı dünyanın en büyük dördüncü kil merkezli kaya dolgu baraj olmakla birlikte Türkiye’nin enerji ve tarım sektörünün gelişmesinde önemli rol oynamaktadır. Güneydoğu Anadolu Bölgesi için geniş ölçekli bölgesel bir kalkınma projesi (GAP) merkez bileşeni olarak 1980’li yıllarda bu yarı-kurak bölgede Fırat Nehri üzerinde inşa edilmiştir. Atatürk Barajı’nın Güneydoğu Anadolu Bölgesi’ne agrometeorolojik yönden etkilerinin mekânsal ve zamansal değişimler açısından belirlenmesi bir diğer araştırmadır. 1984 – 2011 yılları arasında çok zamanlı Landsat uydu görüntüleri ve meteorolojik veri setleri değerlendirilerek Atatürk Baraj Gölü’nde su rezervi değişimleri nedeniyle bölgedeki zamansal değişim ve bu değişimin çevresel etkileri belirlenmiştir. Geçmiş 30 yıldan günümüze, havzadaki bitkisel gelişimi etkileyen değişen iklim koşullarında (yağış oranı, hava sıcaklığı ve nemdeki aylık, mevsimlik ve yıllık farklılıklar), mevsimsel su rezervi değişimleri ve sulanan alanlar arasındaki ilişkiler araştırılmıştır. Yüzey yansıtım ve Disturbance Index (DI) değişimlerini elde etmek için; kullanılan tüm görüntülerde geometrik ve atmosferik düzeltmeler ileTasseled Cap (TC) dönüşümleri gerçekleştirilmiştir. Sonuç veri setleri, bitki örtüsü gelişiminin zaman-mekânsal desenlerini karakterize etmek için lineer eğilim analizinde kullanılmıştır. İklim ve arazi örtüsü/kullanımı ile tespit edilen ekolojik birimlerde analizler gerçekleştirilmiştir. İklim, zamansal ve mekânsal ölçekte sürekli değişkenlik gösteren dinamik bir yapıya sahiptir. İklim elemanları içerisinde zamana ve mekâna bağlı olarak en fazla değişkenlik gösteren parametre yağış miktarıdır. Sel, kuraklık, fırtına ve sert rüzgârlar gibi ekstrem çevresel olaylar, toplum için ciddi sonuçlar doğurabilmektedir. Ekstrem hava ve iklim olaylarındaki değişiklikler önemli etkilere sahip olup bu değişiklikler ile başa çıkma toplumun en ciddi sorunları arasındadır. Ekstrem iklim olayları sonucu oluşan zarar tüm dünyada artmaktadır. Avrupa Çevre Ajansı (EEA), “Avrupa 2012 İklim Değişikliği, Etkileri ve Hasar Görebilirlik” raporunda; 1980’lerde 9 milyar € olan maddi hasarın, 2000’lerde 13 milyar €’ya arttığını belirtmiştir. Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi (NOAA), sadece 2011 – 2012 yılları arasında aşırı hava olaylarının 188 milyar$ hasara neden olduğunu bildirmiştir. Hidrometeorolojik ekstrem olayların ve zaman içerisindeki değişimlerinin anlaşılması ve tanımlanması, tarım ve sosyo-ekonomik kalkınmanın sürdürülebilirliği açısından önemlidir. Acil hava olayları planlaması, tarımsal ve havza yönetimi ve sigorta risk hesaplamalarının hepsi bu ekstrem olayların frekans bilgisinin doğruluğuna bağlıdır. Hidrolojik risk analizi ve tasarımında ekstrem yağışın belirlenmesi önemli bir sorundur. Erozyon ve hidroklimatik ekstrem olaylar ile verimli toprak tabakasının ortadan kalkması özellikle Akdeniz iklim kuşağında bulunan yarı-kurak ve kurak bölgelerde ciddi bir sorundur. Noktasal frekans analizi uzun dönemli kayıtlar gerektirmektedir. Türkiye’de uzun gözlem süreli yağış ölçekleri oldukça az olmakla birlikte bunların çoğunun da yazıcısı bulunmamaktadır. Ayrıca pek çok yazıcı ölçekli istasyonlarda kaydedilen yağışların güvenilirliğinden şüphe edilmekte ve önemli ekstrem veriler kaydedilememektedir. Meteorolojik istasyonlardan sağlanan yağış verileri her ne kadar hidrolojik modellerin doğruluğunu arttırsa da mekânsal olarak kapsama alanları sınırlıdır. Uzaktan algılama teknikleri, hem mekânsal hem de zamansal olarak yağış olaylarının sürekli gözlemlenmesine olanak sağlamaktadır. Çalışmanın son bölümünde, uydu yağış veri seti olarak Tropik Yağmur Ölçüm Misyonu (TRMM)-3B42 verisi, Güneydoğu Anadolu Bölgesi’ndeki yağış değişkenliğini karakterize etmek ve tarım ve hidrolojik uygulamalar için uydu yağış tahminlerinin değerlendirilmesi amacıyla günlük yersel yağış verileri ile doğrulanmıştır. TRMM uydusundan 1998 – 2012 yılları arasında elde edilen noktasal yağış verileri ile 7 adet yersel meteorolojik istasyondan elde edilen yağış verileri kullanılmıştır. Zaman-mekânsal desenler, yağış zaman serilerine uygun çeşitli dağılım fonksiyonlarının istatistiksel analizleri ile tanımlanmıştır. Dağılım fonksiyonlarının uygunluğu özellikle şekil parametresinin davranışına göre incelenmiştir. Ayrıca, çalışma alanı üzerindeki yağış olaylarına ait mekânsal desenler ve korelasyonlar; 90., 95. ve 99. yüzde birlik hesaplamaları ile analiz edilmiştir. Bölgesel frekans ilişkileri ile farklı yıllar için geri dönüş periyotları, seçilen en uygun dağılım ile oluşturulmuş olup, çalışma bölgesindeki mekânsal değişkenlik tanımlanmıştır. Piksel tabanlı noktasal frekans analizleri ile belirlenen bölgelerdeki mekânsal değerlendirmeler yapılmış ve uygun dağılım fonksiyon parametrelerine ait tematik haritalar oluşturulmuştur.

Tez No: 392935