Spatiotemporal variation of the black sea surface temperature

Abstract

Deniz yüzey sıcaklığı, ısı ve nemin dağılımı ve taşınması aracılığıyla küresel iklim üzerinde önemli yerel ve uzak etkilere sahiptir. İklim zorlamasının bir sonucu olarak, deniz yüzey sıcaklıklarında önemli değişiklikler meydana gelir ve bu durum aşırı yüklü fırtınalar, kuvvetli rüzgarlar, yoğun yağışlar ve sel gibi birçok doğal felakete neden olur. Bu çalışma, Karadeniz yüzey sıcaklığının mekânsal ve zamansal değişikliklerini ve altta yatan atmosferik mekanizmalarını incelemektedir. Bu amaçla 1982-2021 dönemine ait şamandıra gözlemleriyle doğrulanan NOAA Yüksek çözünürlüklü deniz yüzey sıcaklığı verileri (0.25° grid çözünürlüğünde) kullanıldı. Büyük ölçekli atmosferik etkileri incelemek için Kuzey Atlantik Salınımı (NAO) ile Doğu Atlantik/Batı Rusya (EA/WR) fazları ile batı (WBLS) ve doğu (EBLS) Karadenizlerinin deniz yüzeyi sıcaklığı arasındaki ilişki analiz edilmiştir. Sonuçlara göre, deniz yüzey sıcaklığı değerleri 40 yıllık dönemde kışın 1.64 ºC' den yazın 2.52 ºC' ye kadar artmıştır. Özellikle Doğu Karadeniz'de yaz ve sonbahar aylarında önemli deniz yüzey sıcaklığı artışları görülmektedir. İstatistiksel olarak anlamlı negatif korelasyonlar (p<0.05), Doğu Atlantik/Batı Rusya fazları ile Doğu Karadeniz'deki kış (r=-0.57) ve yaz (r=-0.56) deniz yüzey sıcaklığı arasında bulunmuştur. Kışın, Doğu Anadolu'da yüksek basıncı yer almakta ve bu durum Doğu Karadeniz'de karasal bölgelerden esen güney rüzgarlara neden olmakta, sonucunda normallerinin üzerinde deniz yüzey sıcaklık değerlerine yol açmaktadır. Yazın (negatif Doğu Atlantik/Batı Rusya fazlarında), Azor yüksek basınç merkezi Balkan Yarımadası ve Batı Karadeniz'e kadar genişlemekte ve sonuç olarak yüksek deniz yüzey sıcaklığına (>27 ºC, normalin üzerinde 2.0 ºC) bağlı olarak önemli miktarda aşağı seviye nem konverjansını geliştirmektedir. Uygun sinoptik koşullar, atmosferin yüzey ve yukarı seviyeler arasındaki güçlü kararsızlık koşulları ve orografik zorlama, konvektif bulut hücrelerinin oluşumuna olanak sağlamaktadır. Bu hücrelerin güçlü kuzeybatı rüzgarları yardımıyla Türkiye'nin kuzeydoğu kesimine doğru hareketi, yer-deniz etkileşiminin olduğu sınırlı bir alanda (örneğin Türkiye'nin Artvin, Rize ve Hopa illeri) aşırı yağış ve bununla ilişkili ani sel olaylarına neden olmaktadır.Sea surface temperature (SST) has important local and remote influence on global climate through the distribution and transport of heat and moisture. As a result of climate forcing, significant changes occur in the sea surface temperatures, which result in many natural disasters such as supercharged storms, higher wind speeds, heavier precipitation, flooding. This study investigates the spatiotemporal changes and underlying atmospheric mechanisms of the Black Sea surface temperature. For this purpose, NOAA High resolution SST data (0.25°), which were verified with buoy observations, were used for the period 1982-2021. To investigate the circulation impacts, the relationship between North Atlantic Oscillation (NAO) and East Atlantic/West Russia (EA/WR) phases and SSTs of the western (WBLS) and eastern (EBLS) Black Seas were analyzed. According to the results, SST values increased from 1.64 ºC (in winter) to 2.52 ºC (in summer) during the 40-yr period. Significant SST increases are shown in the EBLS during summer and fall months. Statistically significant negative correlations (p<0.05) were found between EA/WR and winter (r=-0.57) and summer (r=-0.56) SSTs in the EBLS. During winter, surface high located in the eastern Anatolia causes southerly winds, which blows from the terrestrial areas to the EBLS, result in above-normal SST values. During summer (under negative EA/WR phases), Azores high-pressure center extends to the Balkan Peninsula and western Black Sea, as a consequence, significant amount of moisture associated high sea surface temperature (>27 ºC, above normal 2.0 ºC) develops low level moisture convergence. Proper synoptic conditions, strong instability conditions between surface and upper levels, and orographic forcing enable to the occurrence of the convective cloud cells. The movement of these cells to the northeastern part of Türkiye by strong northwesterly winds causes extreme precipitation and associated flash-flood events in a limited area where land-sea interaction occurs (i.e., Artvin, Rize and Hopa provinces of Türkiye).