Havza ölçeğinde uzaktan algılama yardımıyla kar modelleme sistemi geliştirilmesi (E-snow)

Dağlık su havzalarında yağışların büyük bir kısmı kar formunda düşmektedir. Yağış-depolanma-erime sürecinde kar bileşenleri (Kar-Su Eşdeğeri (SWE), kar derinliği, erime suyu miktarı ve kar örtüsü/çizgisi) sosyal, ekonomik ve ekolojik yönden önemlidir. Sahip olduğu öneme rağmen, arazideki ulaşım güçlükleri, ölçüm noktalarının kısıtlı sayıda ve düşük kotlarda olması ile özellikle dağlık bölgelerde biriken kar miktarının havza genelinde bilinebilmesi mümkün olmamaktadır. Bu durum, kar bileşenlerinin yersel ve zamansal olarak tahmin edilebileceği güncel yöntemlerin kullanılması ihtiyacını ortaya koymaktadır. Bu ihtiyaca paralel olarak günümüzde kar tahmini için gelişmiş modelleme yaklaşımları kullanılmaktadır. Bu yaklaşımlardaki en önemli sorunlardan biri kar ölçümü yapılamayan yüksek alanlarda yeterli test ve girdi verisinin bulunamaması nedeniyle model güvenilirliklerinin azalmasıdır. Ayrıca mevcut çalışmalardaki önemli kısıtlardan biri de ölçek sorunudur. Havza ölçeğinde olmayan çalışmaların yerelde uygulamaya aktarımı da sınırlı düzeyde kalmaktadır.

Projenin amacı, i) Süreç-tabanlı J2000 hidrolojik modeli kar modülünün kalibrasyon ve validasyon süreçlerinin RADAR ve termal (Landsat 8 Thermal Infrared Sensor (TIRS)) görüntüler kullanılarak geliştirilmesi, ii) kar bileşenlerinin zamansal  ve yersel dağılımlarının Doğu Akdeniz Bölgesi Yukarı Seyhan Havzası (YSH) ve Yukarı Saale Havzası (Almanya) örneğinde yüksek çözünürlükte tahmin edilmesidir. Araştırma, Çukurova Üniversitesi ve Thuringia Devlet Çevre ve Jeoloji Enstitüsü (Almanya) işbirliği ile gerçekleştirilecektir. Proje kapsamı model geliştirme ve kar modelleme olmak üzere ikiye ayrılmaktadır:

i) Model geliştirme:

•          İstasyon bazlı meteorolojik ölçümler ve termal görüntüler ilişkilendirilerek model parametrizasyon ve kalibrasyon süreçlerinin geliştirilmesi: İklim istasyonlarının alçak kotlarda olması nedeniyle model yaklaşımına dahil edilen sıcaklık değerleri dağlık alanlarda yüksek bölgeleri temsil etmemektedir. Bu durum kar modelleri için bir sorundur ve eksik sıcaklık verisine yol açmaktadır. Model kar tahmininde sıcaklık gibi en kritik girdi verisinin yetersiz olması sıcaklık verisinin bölgeselleştirmesinde modelleme belirsizliklerini artırmakta ve tahmin başarısını azaltmaktadır. Projede mevcut sıcaklık ölçüm verileri, ölçüm olmayan alanların termal görüntüleri ile ilişkilendirilerek yüksek alanlardaki eksik verilerin olduğu noktalar ile ölçüm istasyonları arasındaki ilişkiler istatistiksel bağıntılarla ifade edilecektir. Bu sayede bölgede konumsal girdi verisi içermeyen alanların sıcaklık tahminleri daha yüksek doğrulukla modellenebilecektir.

•          RADAR verileri ile model kalibrasyonu ve validasyonu: Projede uygulanacak J2000 modeli son 10 yılda birçok farklı havzaya uygulanmış kavramsal bir yaklaşımdır. Bu çalışmalarda model performansı kısıtlı kar gözlem verileri ile test edilebilmiştir. Bunun nedeni dağlık bölgelerde modeller için gerekli kar ölçümlerinin azlığıdır. Bu durum pasif optik uydu verileri (Örn: MODIS, LANDSAT vb.) ile tamamlanmaya çalışılmış fakat bu veriler de sadece alansal yayılışı temsil ettiğinden yeterli sonuç alınamamıştır (kar çizgisi/örtüsü). Bu sorunun çözümü için projede aktif mikrodalga RADAR verileri kullanılacaktır. Bu amaçla SAR (Synthetic Aperture Radar) verisine parlaklık ayırıcı (sigma nought) interferometrik tahmin algoritmaları uygulanacak ve 3 boyutlu kar-su eşdeğeri ve kar derinliği girdileri oluşturulacaktır. J2000 performansı bu veriler ile ölçülecektir. Bulgular, J2000 kar modülünün yapısı ve kalibrasyon süreçlerinin geliştirilmesinde kullanılacaktır.

ii) Kar modelleme:

•          Kar bileşenlerinin iyileştirilmiş J2000 süreç-tabanlı modelleme yaklaşımı ile modellenmesi: Model geliştirme safhasında iyileştirilmiş J2000 model yaklaşımı, YSH örneğine uygulanacak ve kar bileşenleri 2013-2018 aralığı için günlük bazda tahmin edilecektir.

J2000 model kalibrasyon ve validasyon süreçlerinin termal ve RADAR veriler ile desteklenerek geliştirilmesi, yaygın kullanılan bir modelin güvenilirliğinin artırılabilmesi için önemlidir. Böylece, modelin sınırlı kaldığı bölümler güçlendirilecektir. Bu noktada proje sadece kar bileşenlerinin hesaplandığı standart bir modelleme sürecini içermemesi, kavramsal bir kar modelinin kalibrasyon / validasyon süreçlerinin iyileştirilmesi ve bu yönde geliştirilmesi ile özgün değer taşımaktadır. Türk ve Alman proje ekiplerinin modelleme ve uzaktan algılama konularındaki tecrübelerinin birleştirilmesi ve uygulamanın hedeflenen başarısı ile yaygın kullanılan kar modellerinin test süreçlerine katkı sağlayabilmeye aday bir yöntem literatüre sunulacaktır.