Spatio-Temporal Evaluating of the Impact of Climate Change on Extreme Precipitation and Temperature Events in the Euphrates–Tigris Basin

Abstract

İklim değişikliği; küresel ölçekte, hidrolojik döngü ve su kaynakları üzerinde artan bir baskı oluşturmaktadır. Stratejik konumu ve tarımsal potansiyeli nedeniyle Fırat-Dicle Havzası, bu değişimlerin en şiddetli etkileyeceği bölgelerin başında gelmektedir. Bu çalışma, sınır aşan Fırat-Dicle Havzası'nın Türkiye sınırları içinde kalan bölümünde, ekstrem sıcaklık ve yağış olaylarındaki değişimleri mekânsal ve zamansal boyutlarıyla bütüncül bir çerçevede analiz etmeyi amaçlamaktadır. Bu amaçla, Fırat-Dicle Havzası'nda bulunan 17 meteoroloji istasyonuna ait 1966-2023 dönemini kapsayan günlük toplam yağış, maksimum ve minimum sıcaklık verileri kullanılmıştır. Bu veriler kullanılarak Dünya Meteoroloji Örgütü (WMO) ve İklim Değişikliği Tespiti ve Endeksleri Uzman Ekibi (ETCCDI) tarafından önerilen çekirdek ekstrem iklim indisleri arasından seçilen sekiz yağış ve sekiz sıcaklık indisi üzerinden zamansal ve mekânsal analizler gerçekleştirilmiştir. Ekstrem iklim indislerinin zamansal değişkenliğinin belirlenmesinde, geleneksel Mann-Kendall (MK) testi ile mevsimsel risk sınıflarını ve alt trendleri detaylandıran İnovatif Trend Pivot Analiz Yöntemi (ITPAM) kullanılmıştır. İndislerin mekânsal dağılımı ise Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) tabanlı Ters Mesafe Ağırlıklı (IDW) enterpolasyon tekniği ile haritalandırılmıştır. Araştırma bulguları, havza genelinde belirgin ve istatistiksel olarak anlamlı bir ısınma rejiminin hâkim olduğunu ortaya koymaktadır. En sıcak günler (TXx), en soğuk geceler (TNn), yaz günleri (SU25) ve tropikal geceler (TR20) indislerinde genel olarak istatistiksel anlamlı artış trendleri saptanmıştır. Isınma eğiliminin özellikle gece sıcaklıklarında (Tmin) daha baskın olduğu, buna karşılık soğuk ekstremleri temsil eden donlu günler (FD) ve buzlu günler (ID) indislerinin havza genelinde belirgin şekilde azaldığı tespit edilmiştir. ITPAM analizleri, yaz mevsiminin zamansal olarak genişlediğine ve kış soğuklarının karakteristik sertliğini kaybettiğine işaret etmektedir. Yağış rejiminde ise daha karmaşık ve mekânsal olarak heterojen bir tablo ortaya çıkmıştır. Havza genelinde yağışlı gün sayısı (R1, R10) ve ardışık nemli günlerin (CWD) azalma eğiliminde olması, yağışların daha düzensiz ve kısa süreli bir karakter kazandığını göstermektedir. Özellikle güney ve güneybatı kesimlerde (Mardin, Şanlıurfa, Gaziantep, Kilis) kuraklaşma sinyalleri belirgindir. Ekstrem yağış göstergelerinde (Rx1day, Rx5day) ise mekânsal bir kutuplaşma gözlenmiştir. Elazığ ve Bingöl'de artış eğilimi saptanırken, Malatya ve Mardin'de azalış trendleri tespit edilmiştir. Bingöl-Tunceli hattı yüksek şiddetli yağışlar ve sel riski açısından odak noktası olurken, havzanın kuzeydoğusunda ilkbahar yağışlarında artış potansiyeli dikkat çekmektedir. Mekânsal analizler, iklimsel etkilerin belirgin bir kuzey-güney gradyanı oluşturduğunu göstermektedir. Havzanın kuzey kesimleri nemli ve serin karakterini kısmen korurken, güneyde ısınma ve kuraklaşma ivme kazanmaktadır. Havzanın sınır aşan karakteri göz önüne alındığında; tespit edilen bu hidro-klimatolojik eğilimlerin, memba ve mansap ülkeleri arasındaki su paylaşımı ve bölgesel su güvenliği üzerinde uzun vadeli jeopolitik yansımaları olması kaçınılmazdır. Bu bağlamda çalışma, havzadaki su stresinin iklimsel kökenlerini teknik verilerle ortaya koyarak, uluslararası havza yönetiminde veriye dayalı iş birliği süreçleri için stratejik bir temel sunmaktadır. Sonuç olarak bu çalışma; Fırat-Dicle Havzası'nda yağış rejiminin düzensizleştiği, kuraklaşma eğiliminin arttığı ve sıcaklık ekstremlerinin mekânsal olarak yayılım gösterdiği bir hidro-klimatolojik dönüşüm sürecini ortaya koymaktadır. Elde edilen bu bulgular; havza ölçekli su kaynakları yönetimi, tarımsal planlama, taşkın ve kuraklık risk yönetimi stratejilerinin geliştirilmesi için kritik bir bilimsel altlık sağlamaktadır.

Climate change is creating increasing pressure on the hydrological cycle and water resources on the global scale. The Euphrates-Tigris Basin, due to its strategic location and agricultural potential, is among the regions expected to be most severely affected by these changes. This study aims to comprehensively analyze the spatial and temporal variations of extreme temperature and precipitation events in the Turkish portion of the transboundary Euphrates-Tigris Basin. For this purpose, daily total precipitation, maximum and minimum temperature data for the period 1966-2023, obtained from 17 meteorological stations representing the basin, were utilized. Using this data, temporal and spatial analyses were performed on eight precipitation and eight temperature indices selected from among the core extreme climate indices recommended by the World Meteorological Organization (WMO) and the Expert Team on Climate Change Detection and Indices (ETCCDI). The traditional Mann-Kendall (MK) test and the Innovative Trend Pivot Analysis Method (ITPAM), which delineates seasonal risk classes and sub-trends, were employed to assess the temporal variability of extreme climate indices. The spatial distribution of the indices was mapped using the Inverse Distance Weighting (IDW) interpolation technique based on Geographic Information Systems (GIS). The research findings reveal that a stable and statistically significant warming regime prevails throughout the basin. Statistically significant increasing trends were generally observed in the indices for hottest days (TXx), coldest nights (TNn), summer days (SU25), and tropical nights (TR20). It was found that the warming trend is particularly dominant in night-time temperatures (Tmin), while the indices of frost days (FD) and ice days (ID), representing cold extremes, have significantly decreased throughout the basin. ITPAM analyses indicate that the summer has extended temporally and that winter cold has lost its characteristic severity. A more complex and spatially heterogeneous pattern has emerged regarding the precipitation regime. The decreasing trend in the number of rainy days (R1, R10) and consecutive wet days (CWD) across the basin indicates that precipitation has become more irregular and shorter in duration. Signals of aridification are particularly pronounced in the southern and southwestern regions (Mardin, Şanlıurfa, Gaziantep, Kilis). A spatial polarization has been observed in extreme precipitation indicators (Rx1day, Rx5day). An increasing trend in extreme precipitation has been detected in Elazığ and Bingöl, while a decreasing trend has been observed in Malatya and Mardin. The Bingöl-Tunceli line is a focal point in terms of high-intensity precipitation and flood risk, while an increasing potential in spring precipitation stands out in the northeastern part of the basin. Spatial analyses have revealed that climatic influences have created a distinct north-south gradient. While the northern parts of the basin partially retain their humid and cool character, warming and aridification are accelerating in the south parts. Considering the transboundary character of the basin, it is inevitable that these identified hydro-climatological trends will have long-term geopolitical implications for water sharing between upstream and downstream countries and for regional water security. In this context, by revealing the climatological origins of water stress in the basin through technical data, this study provides a strategic foundation for data-driven cooperation processes in international basin management. Consequently, this study demonstrates a hydro-climatological transformation process in the Euphrates-Tigris Basin, characterized by irregular precipitation regime, increasing drought trends, and the spatial expansion of temperature extremes. These findings provide a critical scientific foundation for the development of basin-scale water resources management, agricultural planning, and flood and drought risk management strategies.