Assessment of Mann Kendall, Spearman Rho and Innovative Şen Methods Using Meteorological Data: A Case Study of Batman Region

Year 2023, Volume: 28 Issue: 1, 239 - 251, 30.04.2023

Ergün Akbaş , Recep Çelik , Musa Eşit

https://doi.org/10.53433/yyufbed.1165696

Cited By: 1

Abstract

In this study, trend analysis was performed by using the annual total precipitation, annual total evapotranspiration (PET), annual mean temperature and annual mean relative humidity data between 1963-2021 of station 17282 in the center of Batman province, obtained from the General Directorate of Meteorology. The Spearman Rho, Mann Kendall, and Innovative Sen methods were used to calculate trend analyses of data. Sen’s Slope test was used to assess the trend’s slope. While the presence of a trend was not detected in the annual total precipitation data using the Spearman Rho and Mann Kendall tests, a decreasing trend was found using the Innovative Sen test. For the three methods, an increasing trend in annual average temperature and annual total evapotranspiration (PET), and a decreasing trend in annual mean relative humidity data was detected. According to the Sequential Mann Kendall test, the year in which the trend started was not determined in the annual total precipitation, annual mean temperature and annual mean relative humidity data, whereas the year 1969 was determined as the year the trend started in the annual total evapotranspiration data.

Keywords

Batman, Changepoint, Climate change, Meteorological data, Trend

Mann Kendall, Spearman Rho ve Yenilikçi Şen Yöntemlerinin Meteorolojik Veriler Kullanılarak Değerlendirilmesi: Batman Bölgesi Örneği

Abstract

Bu çalışmada Meteoroloji Genel Müdürlüğünden elde edilen Batman ili merkezinde bulunan 17282 no’lu istasyona ait 1963-2021 yılları arasındaki yıllık toplam yağış, yıllık toplam evapotranspirasyon (PET), yıllık ortalama sıcaklık ve yıllık ortalama nisbi nem verileri kullanılarak trend analizi yapılmıştır. Verilerin trend analizleri Spearman Rho, Mann Kendall ve Yenilikçi Şen yöntemlerine göre yapılmıştır. Sen’in Eğim testi ile de trendin eğimi bulunmuştur. Yıllık toplam yağış verisinde hem Spearman Rho hem de Mann Kendall yöntemlerinde trend belirlenmezken Yenilikçi Şen yönteminde azalan yönde trend belirlenmiştir. Üç yöntem için ortak olarak yıllık ortalama sıcaklıkta ve yıllık toplam buharlaşmada artan, yıllık ortalama nisbi nem verisinde ise azalan yönde trend tespit edilmiştir. Yıllık toplam yağış, yıllık ortalama sıcaklık ve yıllık ortalama nisbi nem verilerinde Mann Kendall mertebe korelasyon testine göre trendin başladığı yıl tespit edilmez iken, yıllık toplam evapotranspirasyon verisinde 1969 yılı trendin başladığı yıl olarak belirlenmiştir.

Keywords

Batman, Değişim noktası, İklim değişikliği, Meteorolojik veriler, Trend

References

• Ahmadi, F., Nazeri Tahroudi, M., Mirabbasi, R., Khalili, K., & Jhajharia, D. (2018). Spatiotemporal trend and abrupt change analysis of temperature in Iran. Meteorological Applications, 25(2), 314-321. doi:10.1002/met.1694
• Aksoy, H., Onoz, B., Cetin, M., Yuce, M. I., Eris, E., Selek, B., Aksu, H., Burgan, H. I., Esit, M., Orta, S., & Cavus, Y. (2018, September). SPI-based drought severity-duration-frequency analysis. 3th International Congress on Advances in Civil Engineering, Izmir, Türkiye.
• Ali, R. O., & Abubaker, S. R. (2019). Trend analysis using Mann-Kendall, Sen's slope estimator test and innovative trend analysis method in Yangtze river basin, China: Review. International Journal of Engineering & Technology, 8(2), 110-119.
• Ay, M., & Özyıldırım, Y. (2017). Yozgat’ın aylık toplam yağış ve aylık ortalama hava sıcaklıklarının trend analizi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 32(2), 65-76. doi:10.21605/cukurovaummfd.358364
• Bacanlı, Ü. G., & Çukurluoğlu, S. (2018). Antalya ilinin bazı meteorolojik verilerinin trend analizi. SETSCI Conference Indexing System, 2(2018), 371-375.
• Cebe, E. N. (2007). Türkiye akarsularında mevsimsel trend analizi. (Yüksek Lisans Tezi), İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İstanbul, Türkiye.
• Ceyhunlu, A. I., & Aydın, F. (2020). Yenilikçi Şen trend yöntemi ile Sakarya’nin meteorolojik verilerinin eğilim analizi. İklim Değişikliği ve Çevre, 5(2), 1-7.
• Coşkun, S., (2020). Van Gölü Kapalı Havzasında Yağışların Trend Analizi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 8(2), 521-532. doi:10.21923/jesd.685420
• Çetin, M., Aksoy, H., Önöz, B., Eriş, E., Yüce, M. İ., Selek, B., Aksu, H., Burgan, H. İ., Eşit, M., Çavuş, Y., & Orta, S. (2018, September). Deriving accumulated precipitation deficits from drought severity-duration-frequency curves: A case study in Adana province, Turkey. 1st international and 14th National Congress on agricultural structures and irrigation, Antalya.
• Dabanlı, İ., Şen, Z., Yeleğen, M. Ö., Şişman, E., Selek, B., & Güçlü, Y. S. (2016). Trend assessment by the innovative-Şen method. Water Resources Management, 30(14), 5193-5203. doi:10.1007/s11269-016-1478-4
• Dabanlı, İ. (2017). Türkiye'de iklim değişikliğinin yağış-sıcaklığa etkisi ve kuraklık analizi: Akarçay örneği. (Doktora Tezi), İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı İstanbul, Türkiye.
• Demir, A. D., Demir, Y., Şahin, Ü., & Meral, R. (2017). Bingöl ilinde sıcaklık ve yağışların trend analizi ve tarıma etkisi. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, 4(3), 284-291.
• Doğan, E., Çeribaşı, G., & Akkaya, U. (2016). Investigation for effecting of dam to river flow regime by trend analysis method, case study of Sakarya River. Karaelmas Science and Engineering Journal, 6(1), 50–55.
• Eris, E., Aksoy, H., Onoz, B., Cetin, M., Yuce, M. I., Selek, B., Aksu, H., Burgan, H. I., Esit, M., Yildirim, I., & Karakus, E. U. (2019). Frequency analysis of low flows in intermittent and non-intermittent rivers from hydrological basins in Turkey. Water Supply, 19(1), 30-39. doi:10.2166/ws.2018.051
• Esit, M., Kumar, S., Pandey, A., Lawrence, D. M., Rangwala, I., & Yeager, S. (2021). Seasonal to multi-year soil moisture drought forecasting. Npj Climate and Atmospheric Science, 4(1), 1-8. doi:10.1038/s41612-021-00172-z
• Gümüş, V. (2006). Fırat Havzası akımlarının trend analizi ile değerlendirilmesi. (Yüksek Lisans Tezi), Harran Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Şanlıurfa, Türkiye.
• Kadıoğlu, M. (1997). Trends in surface air temperature data over Turkey. International Journal of Climatology, 17(5), 511-520. doi:10.1002/(SICI)1097-0088(199704)17:5<511::AID-JOC130>3.0.CO;2-0
• Kendall MG, (1975). Rank Correlation Methods. New York, USA: Oxford University Press.
• Mann, H. B. (1945). Non-parametric tests against trend. Econometrica, 13(3), 163-171. doi:10.2307/1907187
• Öztürk, Ö., Cebeci, İ. (2021). Büyük Menderes havzasında bazı hidroklimatolojik değişkenlerin eğilim analizi. Toprak Su Dergisi, 10(1), 43-50. doi:10.21657/topraksu.775654
• Ren, J. L., Li, Q. F., Yu, M. X., & Li, H. Y. (2012). Variation trends of meteorological variables and their impacts on potential evaporation in Hailar region. Water Science and Engineering, 5(2), 137-144. doi:10.3882/j.issn.1674-2370.2012.02.002
• Sen, P. K. (1968). Estimates of the regression coefficient based on Kendall’s tau. Journal of the American Statistical Association, 63(324), 1379-1389. doi:10.1080/01621459.1968.10480934
• Şen, Z. (2012). Innovative trend analysis methodology. Journal of Hydrological Engineering, 17(9), 1042-1046. doi:10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000556
• Şen, Z. (2013). Trend identification simulation and application. Journal of Hydrological Engineering, 19(3), 635-642. doi:10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000811
• Şen, Z. (2018). Crossing trend analysis methodology and application for Turkish rainfall records. Theoretical and Applied Climatology, 131(1-2), 285-293. doi:10.1007/s00704-016-1980-x
• Şimşek, O., Gümüş, V., Soydan, N. G., Yenigün, K., Kavşut, M. E., & Topçu, E. (2013). Hatay ilinde bazı meteorolojik verilerin gidiş analizi. SDU International Journal of Technological Sciences, 5(2), 132-144.
• Tabari, H., Hosseinzadeh Talaee, P., Ezani, A., & Shifteh Some’e, B. (2012). Shift changes and monotonic trends in autocorrelated temperature series over Iran. Theoretical and Applied Climatology, 109(1), 95-108. doi:10.1007/s00704-011-0568-8
• Tokgöz, S., Partal, T. (2020). Karadeniz bölgesinde yıllık yağış ve sıcaklık verilerinin Yenilikçi Şen ve Mann-Kendall yöntemleri ile trend analizi. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 10(2), 1107-1118. doi:10.21597/jist.633368
• Topçu, E. (2021). Testing of drought exceedance probability index (DEPI) for Turkey using PERSIANN data for 2000-2021 period. Italian Journal of Agrometeorology, 2, 15-28. doi:10.36253/ijam-1308
• Topçu, E. (2022). Appraisal of seasonal drought characteristics in Turkey during 1925–2016 with the standardized precipitation index and copula approach. Natural Hazards,112, 1-27. doi:10.1007/s11069-021-05201-x
• Toride, K., Cawthorne, D. L., Ishida, K., Kavvas, M. L., & Anderson, M. L. (2018). Long-term trend analysis on total and extreme precipitation over Shasta Dam watershed. Science of the Total Environment, 626, 244-254. doi:10.1016/j.scitotenv.2018.01.004
• Türkeş, M. (1996). Spatial and temporal analysis of annual rainfall variations in Turkey. International Journal of Climatology: A Journal of the Royal Meteorological Society, 16(9), 1057-1076. doi:10.1002/(SICI)1097-0088(199609)16:9%3C1057::AID-JOC75%3E3.0.CO;2-D
• Türkeş, M. (2008). Küresel iklim değişikliği nedir? Temel kavramlar, nedenleri, gözlenen ve öngörülen değişiklikler. İklim Değişikliği ve Çevre, 1(1), 26-37.
• Yu, Y. S., Zou, S., & Whittemore, D. (1993). Non-parametric trend analysis of water quality data of rivers in Kansas. Journal of Hydrology, 150(1), 61-80. https://doi.org/10.1016/0022-1694(93)90156-4
• Yuce, M. I., & Esit, M. (2021). Drought monitoring in Ceyhan basin, Turkey. Journal of Applied Water Engineering and Research, 9(4), 293-314. doi:10.1080/23249676.2021.1932616
• Zamani, R., Mirabbasi, R., Nazeri, M., Meshram, S. G., & Ahmadi, F. (2018). Spatio-temporal analysis of daily, seasonal and annual precipitation concentration in Jharkhand state, India. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 32(4), 1085-1097. doi:10.1007/s00477-017-1447-3