Analysis of Temporal Rainfall Variability wıth Multiple Change Point Detection Methods: A Case Study Rize, Türkiye

Abstract

Climate change significantly affects each part of the hydrological cycle. Precipitation is one of these components. Türkiye is surrounded by seas on three sides and has a sensitive location where climate change is felt intensely. Rize province, which receives the highest rainfall in Türkiye and has a mountainous topography, was determined as the study area. In this study, the temporal variability of monthly total precipitation obtained from Rize meteorological station was analyzed. The study period was 1934-2020. Multiple change point detection methods were used to determine the sub-periods. These are A Pruned Exact Linear Time (PELT) and Dynamic Programming (DP) methods. 1951 and 1975 were determined as the change years. Depending on the change years, the monthly total precipitation time series is divided into three temporal sub-periods. Basic statistical values (maximum and average), rainfall anomaly, and long-term seasonal average tools were used to analyze rainfall variability. Accordingly, high rainfall averages were observed in the first period and low rainfall averages were observed in the second period. Average values were obtained in the third period compared to the other periods. The lowest rainfall occurred in April and May for all periods. The slopes in the linear regression equations of the sub-periods are all positive.

İklim değişikliği hidrolojik döngünün her bir parçasını önemli ölçüde etkilemektedir. Yağışlar da bu bileşenlerden biridir. Üç tarafı denizlerle çevrili olan Türkiye, iklim değişikliğinin yoğun olarak hissedildiği hassas bir konuma sahiptir. Türkiye'nin en fazla yağış alan ve dağlık bir topografyaya sahip olan Rize ili çalışma alanı olarak belirlenmiştir. Bu çalışmada Rize meteoroloji istasyonundan elde edilen aylık toplam yağışın zamansal değişkenliği analiz edilmiştir. Çalışma dönemi 1934-2020 yıllarıdır. Alt dönemleri belirlemek için çoklu değişim noktası tespit yöntemleri kullanılmıştır. Bunlar A Pruned Exact Linear Time (PELT) ve Dynamic Programming (DP) yöntemleridir. 1951 ve 1975 yılları değişim yılları olarak belirlenmiştir. Değişim yıllarına bağlı olarak, aylık toplam yağış zaman serisi üç zamansal alt döneme ayrılmıştır. Yağış değişkenliğini analiz etmek için temel istatistiksel değerler (maksimum ve ortalama), yağış anomalisi ve uzun vadeli mevsimsel ortalama araçları kullanılmıştır. Buna göre, birinci dönemde yüksek yağış ortalamaları, ikinci dönemde ise düşük yağış ortalamaları gözlenmiştir. Üçüncü dönemde ise diğer dönemlere kıyasla ortalama değerler elde edilmiştir. En düşük yağış tüm dönemler için Nisan ve Mayıs aylarında gerçekleşmiştir. Alt dönemlere ait doğrusal regresyon denklemlerindeki eğimlerin tamamı pozitiftir.