Search

TÜRKİYE RÜZGARLARININ ALAN-ZAMAN MODELLEMESI ÖZET Yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarına 20. yüzyılın sonlarına doğru enerji açısından büyük bir yönelme olmuştur. Buna ilave olarak, bilmin doğa olaylarının çözülmesinde katetmek istediği mesafeden dolayı, son yıllarda rüzgar ve değişkenleri ile ilgili yapılan çalışmalar da ivme kazanmıştır. Dünya atmosferi, denizleri ve diğer çevre alanları giderek kirlenmektedir. Yenilenemiyen fosil enerji kaynaklan tükenme ile yüz yüze gelmektedir. En önemlisi, insan yaşayışının enerji ile doğrudan bağlantılı olmasından dolayı, enerji konusunda yapılan çalışmaların ne kadar önemli ve hassas olması gerektiğini gözler önüne sermektedir. Son bir kaç on yılda, Avrupa ülkelerinden ikisi olan Almanya ve Danimarka'da rüzgardan enerji üretimi sanayide kullanım safhasına gelmiş bulunmaktadır. Rüzgar çalışmalarında başarıyı yakalamış olan bu ülkeleri, dünyanın diğer ülkeleri de izlemektedir. Rüzgarın ekonomikliği, pratikliği, tükenmezliği ve çevre dostu olmasından dolayı rüzgar enerjisi kısa zamanda, hem iş, politik çevreler ve hemde toplum tarafından dost enerji kapsamına alınmıştır. Rüzgar şiddeti ve enerjisi ile ilgili ilk kaynaklar M.Ö. 5000'li yıllarda Nil nehrinde kayıkları hareket ettirmek için kullanılmasına dayanmaktadır. Aynı tarihlerde, ilk defa Çin'de ortaya çıkan yel değirmenleri ise su pompalanması için rüzgar enerjisinden yararlanmışlardır. İran ve Cinde geliştirilen benzer yel değirmenleri M.S. ilk yüzyıllarda ülkemizde yerleşmiş bulunan çeşitli uygarlıklarca da kullanılmışlardır. Özellikle, Ege bölgesindeki yel değirmenleri önemli bir sayıya ulaşmıştır. Ortaçağ ile beraber yel değirmenlerinin İslam dünyasında yaygınlaştığı ve daha kompleks bir şekilde yapılandığı görülmektedir. Afganistan'da modern anlama yakın yel değirmenleri geliştirilmiştir. Batı dünyasında yel değirmenlerinin ortaya çıkışı XII. Yüzyıl başlarına dayanmaktadır. Batı dünyasına bu teknoloji İslam- dünyası vasıtasıyla taşınmıştır. XVI. yüzyılda İngiltere'de sanayi makinalarının hareketinde kullanılmış ve XVII. Yüzyılda Hollandalı göçmenler tarafından Amerika'ya götürülmüştür. Enerji üretimi için ise, ilk rüzgar türbini 1890 yılında Danimarka'lılar tarafından yapılmıştır. 1973 Petrol krizinden sonra, batı dünyasında yenilenebilir enerji kaynaklarına, özellikle rüzgar ve güneş enerjilerine büyük bir yönelme olmuştur. Bu konuda yapılan çalışmalar sonucunda son yıllarda sanayide uygulanmaya başlanmış ve diğer enerji kaynaklan ile rekabet edilebilir duruma gelinmiştir. Rüzgar, bir anlamda rüzgar enerjisinin yakıtı, başka bir ifade ile de petrolü konumundadır. Dolayısıyla rüzgar değişkeninin çok iyi.analiz edilmesi ve bütün yönlerinin en ince ayrıntıya kadar bilinmesi gerekmektedir. Atmosfer değişkenleri içerisinde konum ve zamana göre en fazla değişkenliği rüzgar göstermektedir. Rüzgar ve değişkenlerinin alan-zaman modellemesi yeni bir konu olma özelliği taşımaktadır. Genelde, ya alan ya da zaman çalışmaları aynk bir şekilde ele alınarak irdeleme yapılmaya çalışılmıştır. Rüzgar ve değişkenlerinin alan modellemesinde ise haritalama, yada objektif analiz yöntemlerleri ile gerçekleştirilmiştir. Genel yapı XV111itibarı ile bakıldığında, meteoroloji literatüründe alan çalışmalarında gridlendirme ve haritalama yöntemlerine başvurulmuştur. Noktalar arasındaki mesafe ve alan ilişkileri genel yapı itibarı ile gözönünde pek bulundurulmarnıştır. Atmosfer bilimlerinde, yukarı atmosferin genelde yeryüzünden etkilenmediği varsayımı yapıldığı için, alanlardan bağımsız bir şekilde çalışılmalar yürütülmüştür. Bir anlamda alan etkileri ihmal edilmiştir. -Fakat hava hareketlerinin doğrudan tahmininde ya da izlenmesinde, birinci dereceden önemli olmayan yer gözlemleri yemlenebilir enerji kaynaklarının temelini oluşturmaktadır. Jeoistatistik terimi son zamanlarda uygulamalı istatistiğin önemli bir kolu olarak Matheron tarafından geliştirilmiştir. Bununla beraber, jeoistatistik, istatistiksel davranışların bir özeti konumundadır ve jeolojiye ilave olarak diğer doğa bilimlerine de uygulanmaktadır. Jeoistatistikte önemli bir kabul, gerçek rastgele değişken ve tamamen deterministik bir şekil arasındaki özellikleri gösteren bölgesel değişkenliktir (BD). Rastgele değişkenlerin tersine, BD'ler noktadan noktaya süreklilik gösterirler. Yanvaryogram (YV), jeoistatistiğin önemli temel bir ölçüsü olup özel bir konum boyunca alan değişkenliğinin oranını ifade etmektedir. YV hesaplama süreci zaman serisi analizine benzer bir özellik taşımakta ve düzgün dağılı özel noktalar arasında mesafe ile alan bağımlılığının ölçüsünün derecesidir. Hesaplamaların daha iyi kontrol edilebilmesi için, örneklerin uniform olarak bir doğru boyunca dağıldıkları kabul edilmiştir. Böyle bir doğru boyunca olan örnekler arasındaki mesafe, h sabit olmak üzere YV ifadesi YA=I(*/-*tj)~lrts>x«, -*v,)2 J = l >m (6) olarak değişecektir. Bu yöntemde de kosinüs değerlerinin zamanla değişimi ağırlık katsayıları olarak kullanılmıştır. Bu yaklaşım literatüre hem pratiklik hemde yenilik sağlayacaktır. Bu tezde, to, bulunulan gün, ti, bir, /ı, iki, t3, üç, U, dört ve ts, beş gün öncesini temsil etmektedir. # Daha önce bahsedilen 68 istasyonda ortalama günlük rüzgar şiddeti tahminleri gerçekleştirilmiştir. Yöntemin başarısı için herbir istasyonun herbir zamana göre belirlilik katsayıları (R2) elde edilmiştir. Bir kaç istasyon dışında anlamlı R~ değerleri zaman tahmininde elde edilmiştir. Herbir istasyonun herbir aydaki R2 değerleri tablolar halinde sunulmuştur. XXIAyrıca tahminlerin gerçekleştirilebilmesi için doğrusal denklemler oluşturulmuştur. Bu denklemlerin katsayıları da tablolar halinde sunulmuştur. Tahminlerin tutarlılığına bakmak için herbir istasyonun Weibull şekil parametreleri elde edilmiştir. Bu parametrenin ölçülen değerleri ile tahminleri arasındaki bağıl hataya bakılmıştır. Bağıl hataların haritaları %5, %10, %15 ve %20 seviyelerine göre oluşturulmuştur. Bunlara ilave olarak, ölçülen ve tahmin edilen değerler hata ortalamalarına göre karşılaştınlmışlardır. Üç gün öncesi tahmine kadar hata haritaları verilmiştir. Çoğu bölgelerde ortalama hata miktarları sıfır ve civarında çıkmıştır. Bazı bölgelerde yüksek tahminler gerçekleşirken diğer bazılarında düşük tahminler gerçekleşmiştir. XXII SPATIO-TEMPORAL MODELING WINDS OF TURKEY SUMMARY There has been high interest in new and renewable energy sources for electricity generation and heating towards the end of 20. century. In addition to this, science has desired in an accelerated manner to solve natural phenomena about wind and design parameters. Earth, atmosphere, seas and other environmental areas become ever polluted than before. Daily life is directly related to energy and to energy consumption. The most important thing due to connection of human life directly with energy researches on energy subjects are very important and sensitive. In the last few decade, two of the European countries, namely, Germany and Denmark started to generate electricity from wind turbines in the industrial scale. Due to these successes, some other countries planed and installed electrical energy generation from wind turbines. In short time, wind energy is welcome as friendly by society, industrialist and politicians because of its economy, practicality, cleanness and friendliness with environment. In the history of wind, wind energy is used to move boats on Nile river approximately 5000 years B.C. At the same time, wind mills are used for the first time in China to pump water. Similar wind mills developed in Iran and China are used in the first conturies after Christ by different civilizations settled in our country. Especially, the number of wind mills in Aegean region reached to significant number. Simple wind mills evolved to complex structures by Islamic world scientists in the middle ages. Especially, in Afghanistan wind mills structure improved almost similar to modern wind turbine structures. Wind mills started to be used by Western World at XII. Century and this technology entered the Western World through Islamic civilization. Wind mills are used to move industrial machines at the XVI century in England and carried to American continent by Dutchman immigrants at XVII century. Generation of electiricity from wind turbine was materialized by Danish engineers in 1890. After the oil crisis in 1973, in the western world renewable energy sources, especially wind and solar energies gained significant orientation. As a result of the studies in this topic, in recent years, they have been applied in the industry and it become to compete with other energy resources. Wind is the fuel of wind energy, in other words it had the position of petroleum. It is therefore, necessary to anlyze wind variability and all other aspects must be known in detail. Among the atmospheric variabilities wind has the most temporal and spatial variability. Spatio-temporal modelling of wind and its variables is a new topic. In general, either temporal or spatial variability is evaluated individually. The modelling of wind and its variables is achieved by mapping or objective analysis methods. From the general structure point of view, in the meteorology literature, spatial studies are achieved by gridding and mapping methods. The distance between points and areas are XXIIIconsidered generally. In the atmospheric sciences, the upper atmosphere is assumed as not effecting the earth surface and consequntly spatially independent studies are carried out. This means that, the spatial effects are ignored. However, in the direct prediction of weather events or in their tracing, the earth observations that are not primarily significant constitute the foundations of the renewable energy sources. The term geostatistics is now widely applied in earth sciences as a special brach of applied statistics orginally developed by Matheron. However, because geostatistics is an abstract theory of statistical behavior, in addition to geology, it is applicable to many circumtances in different areas of other natural sciences. A key assumption of geostatistics is that of the regionalized variable (ReV) which has properties intermadiate between a truly random variable -and complete determinism. Unlike random variables, regionalized variables have continuity from point to point. The semivariogram (SV) is the most important measure and it is used to express the rate of change of a regionalized variable along a specific orientation. Estimating the SV involves procedures similar to those of time series analysis. The SV is a measure of the degree of spatial dependence between samples uniformly distributed along a specific orientation. For computational tractability, it is assumed that the support is regular, which means that the samples are uniformly spaced along straight lines. If the spacing between samples along a line for some distance is h, then the SV can be estimated as herein, Xt is a measurement of a regionalized variable taken at location /, and^+A is another measurement taken h interval away. It is, therefore possible to find the sum of the squared differences between pairs of points seperated by the distance h. If h is a small distance, the points being compared tend.to be very similar, and the SV will be a small value. As the distance h is increased, the points being compared are less and less closely related to each other and their differences become larger, resulting in larger values of SV. At some distances comparable points are far away from each other. As a result, these points are not related. In such a situation, the square difference on the average is equal to variance quantity. The ReV can be regarded as composed of two parts, called the residual and drift. The drift is the expected value of the ReV at a point i. In other words, this is computationally, a weighted average of all the points within the neighborhood around point i. The expected value is smoothed approximation to measured ReV's. The expected value, i.e, arithmetical average can be expressed as follows. or (2) XXIVwhile the first expression represents a linear expected value, the second represents a quadratic drift. In order to determine bi and 02, it is necessary to solve a set of simultaneous equations. As explained earlier and suggested by Matheron, among the assumptions of SV are primarily stationarity and depending on equal distances there is a relationship. In the existence of stationarity, it is not possible to look at the relationships between irregularly -scattered points by SV approach. Point cumulative semivariogram (PCSV) as suggested by Şen provides relationships in the case of nonstationarity and irregular point scatter. The Standard Regional Dependence (SRD) approach is developed for point and areal predictions by PCSV method. For the PCSV calculations the following algorithm must be followed.. Calculate distances between a selected site and the remaining sites. If there are n sites the number of different distances will be n-1.. For each selected point value, Xr and other points Xj calculate successive squared difference summation and for SV, y(^) divide by 2. For each point distance value is shown on X axis versus PCSV value on Y axis.. The obtained scatter diagram shows increase by distance. In order to use them in point-area relation calculations each value at individual site will be divided to the maximum for obtained dimensionless standard PCSV.. According to objective analysis method, as the distances increase the influence will decrease. On this basis, standardized PCSV values are substracted from 1. This give us standard regional dependence (SRD) function. In the SRD function obtained for each site, depending on the distance between points, Xt prediction is made by taking weighted average JL-r - XXASRD), / ZlSRD), (4) The PCSV methods depends on the foundation of differences between one site and other sites. Depending on this, the influence of one site to other, in other words, regional influences are searched. Finally, by the obtained curves, missing data point measurements are also calculated. Additionally, the influence of radius at each site, apart from the other objective methods in mathematics, is calculated with less erroneous curves. However, the most important deficiancy of this method, the consideration of all the measurements at all the points. It is desirable to determine the number of adjacent points that affects this point. In other meaning, if the diference between two stations is big, then the station further away does not affect. By multiplying obtained SRD by XXV SJC ¥tÎKSlKÖ?aETİM TDMPcosine, ystTR(hi), Thrigonometric Point Cumulative Semi Variogram (TPCSV) has been suggested and applied in this thesis. Y*,7>(fy) = Y*(fy)cosa(. (5) where a is an angle which occurs between distance axis and PCSV, and yxl(ni) is the standard PCSV. As known, cosine means the expression of relationship. In other words, the relationship coefficient is expressed by cosine between two variables. As can be seen from this expression, if the cosine value is zero there is no influence. Accordingly, PCSV curve is not considered after this point. For applications in this thesis 68 big climatology stations1 five-year daily average wind speed data are used. By the suggusted TPCSV, the radius of influnce for any desired day and with their help influence areas are obtained. On the other hand, by moving averages smoothed curves for 13 stations are presented graphically. The influence areas are calculated according to the directions and the predictions are realized by weighted average. In the weightings, as coefficients, cosine values are used. After the applications, it is observed that in the central Turkey the influence areas are greater than the coastal areas. Generally, spatio-temporal researches are rare and theoretical in wind literature. Therefore, a new and practical spatio-temporal method is suggested in this thesis. TPCSV approach is based on constant area with time changes. For such a situation, spatio-temporal TPCSV varies as; ; y(**^)=T-Z(^-^)2 ;`=1>.« ' (6) An,=1 In this method temporal variations of cosine values are used as weighting coefficient. In this thesis, to, ti, /%, t3, U and t5 represent, respectively, daily periods of changes in time from lag 0 to 5. As mentioned earlier, prediction and estimation are made by spatio-temporal TPCSV at 68 stations. For the success of methodology, for each station the coefficient of determination (R2) is obtained for each time. Outside of few stations, meaningful R2 values are obtained in temporal predictions. In each station and for each month R2 values are presented in tables. On the other hand, for the realization of estimations linear equations are obtained. The coefficients of these equations are also presented in tables. In order to verify the reliability of prediction the Weibull shape parameters are obtained for each station. The relative errors between the measured and predicted values of this parameters are considered. The maps of relative errors are prepared at 5%, 10%, 15% and 20% levels. In addition to these, measured and predicted values are compared according to error averages. Error maps are presented up to previous 3 day estimations. In many areas the average error amount appeared as zero or around zero. In some areas, high estimations are verified whereas in some others, low estimations are verified. xxvi 286

ÖZET On sekizinci asrın ortalarında başlayan endüstri devrimi ile büyük değişimler sonucunda insanlar daha fazla enerjiye ihtiyaç duymuşlardır. Bunun sonucunda yenilenemiyen enerji kaynaklan olarak bilinen kömür, petrol ve odun tüketimi artmıştır. Artıştaki bu gidiş sonucunda bu kaynakların tükenir olması, çevreyi kirletmeleri alternatif (yenilenebilir) enerji kaynakları arama ihtiyacı ortaya çıkarmıştır. Özellikle 1970'lerdeki petrol krizi bu arayışı hızlandırmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının temelini Güneş oluşturmaktadır. Güneşten dünyamızın dış atmosferine ulaşan ışınım, yeryüzüne ulaşana kadar atmosferde yansıma, saçılma, yutulma gibi fiziksel olaylarla karşılaşmaktadır. Yeryüzüne ulaşan ışınım hesaplamaları önemli bir problem oluşturmuştur. Özellikle mühendislik hesaplamalarında aylık ortalama günlük ışınıma ihtiyaç duyulmuştur. Angstrom (1924)'de yeryüzünda ölçülen ışınımın, açık gün ışınımına oranının, ölçülen gökyüzü kapalılığının, açık gökyüzü gün uzunluğuna oranının doğrusal değiştiğini öne sürmüştür. Daha sonraları bu açık gökyüzü ifadesi yerine atmosferin dış yüzüne gelen ışınım ve gün uzunluğu ele alınmıştır. Angstrom doğru şeklindeki denkleminin iki katsayısının genelde bütün yıl boyunca veya mevsimler boyunca sabit kabul edilegelmiştir. Tezin esas amaçları arasında bu katsayıların sabit olmadığı kabulü ile, ülkemizdeki 28 istasyonda ışınım ve güneşlenme verilerinin istatistiksel analizini yaparak en uygun dağılım fonksiyonlarını bulmaya çalışmaktır. Burada geliştirilerek uygulanan ikili yöntemde birbirini izleyen iki ay arasında doğrusallık kabulü yapılarak her bir ay çifti için en uygun katsayılar bulunmuştur. Dolayısıyla herbir istasyon için sabit katsayılar yerine n-1 adet katsayı tahminleri elde edilmiştir. Bu katsayılar dizisinin istatistiksel analizi ile kullanılması gereken en uygun değerin ' en sık değer (mod) ' olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca en küçük kareler yöntemiyle her bir istasyon için sabit katsayılar kullanılarak haritalar çizilmiştir. İlave olarak herbir istasyon için 'çokgenler' oluşturulmuş ve iki katsayı arasında regresyon analizi yapılmıştır. Katsayıların zamanla değişimi yapılan çalışmalar arasında yer almaktadır. ix SUMMARY A NEW METHOD FOR ANGSTROM FORMULA WITH PHYSICALLY RANDOM COEFFICENTS AND APLICATION FOR TURKEY A simple substitution method is proposed for dynamic estimation of Angstrom's coefficients which play significant role in relation of the global radiation to the sun shine duration through a linear model. After explaining the physical meaning of the coefficients, their mathematical estimation procedures are presented on the basis of successive global radiation and sun shine duration record substitutions into the model. This new procedure yields a series of parameter estimations, the arithmetic averages of which are closely related to the classical regression method estimates. The series of model parameters estimation provides an ability to assess these parameters statistically. Consequently, such a dynamic parameter estimation procedure evaluates and enables one to make interpretations with their normal and extreme values. The methodology is applied to 28 radiation measurement stations all over Turkey, Angstrom equation parameters' regional variations are obtanied for whole of the country. Additionally, necessary relative frequency distribution functions of these parameters appeared in the form of Beta distribution. The earth has a continuous power input of 1.73xl014 kW from the sun as annual energy 'income' of 1.5xl018 kWh (1.9xl014 ton coal equivalent). This figure so much larger than the magnitudes which we are accustomed. It is difficult to appreciate its significance. It is, in fact, about ten thousand times larger than the current annual world energy consuption. Our first cocern with solar energy is, that it is abudent. We note also that it is free. Unfortunately, it is spread over a large area and the peak power density is only 1 Kw/M2 at the earth's surface at noon in the tropics. Power density also varies considerably with latitude, season and, of course, time of day. Solar power is of particular interest to the developing countries, since most of this lie in lattitudes which recive continous solar energy. In fact, 80% of the world's population lives between the latitudes 35°N and 35°S with 3000 to 4000 hours of sunlight per year. In energy terms this is around 2000 kWh/m2 year (0.25 t.c.e./m2 year) Dunn(1986). Power density is relatively high and in this low latitudes there is little seasonal variation. First of all, we want to show earth-sun relationship and the effect of atmospher to solar radiation. The eccentricity of earth's orbit is such that the distance between the sun and the earth varies by 1.7%. The radiation emitted by the sun and its spatial relationship to the earth result in a nearly fixed intensity of solar radiation outside of the earth's atmosphere. The solar constant Gs, is the energy from the sun, per unit time, received on a unit area of surface perpendicular to the direction of propagation of the radiation, at mean earth-sun distance, outside of the atmosphere. Before rockets and spacecraft, estimates of the solar constant had to be made from ground based measurements of solar radiation after it had been transmitted through the atmosphere and thus in part absorbed and scattered by components of the atmosphere. These studies and later measurements from rockets were summarized byJohnson (1945), Abbot's value of the solar constant of 1322 W/m2 was revised upward by Johnson to 1395 W/m2. Additional spacecraft measurements have been made with Hickey et. al. (1982) reporting 1373 W/ m2 and Wilson et. al. (1981) reporting 1368 W/ m2. Measurements from three rocket fligths reported by Duncan et. al. (1982). The World Radiation Center (WRC) has adopted a value of 1367 W/ m2, with an uncertainty of the order of %1. We will use this constant at calculation of daily extraterresrial radiation to horizontal surface. The source of variation in extraterresrial radiation must be considered. The first is the variation in the radiation emitted by the sun. It has been suggested that there are small variations (less than ±1'.5%) with different periodicities and variation related to sunspot activities. Willson et. al.(l?81) report variances of up to 0.2% correlated with the development of sunspots.,jR, mean earth-sun distance, R, in a time earth-sun distance, Gs solar constant, // latitude angle, S declination angle and H, hour angle using all of these variables we can calculate the extraterresrial radiation as 1440, v ( Cosji ? CosS ? SinH + H ? Strip. Sinö) ( 1 ).71 After that we look at the effect of earth atmosphere to reduce solar radiation. The length of path through the atmosphere will depend on the angle that the sun makes with the vertical at a particular position on the earth's surface. Some of incident radiation is directly reflected by the earth's atmosphere, the remainder is absorbed either by the atmosphere or the earth's surface. Above 150 km, the incident radiation is not affected by the atmosphere: by 88 km the X-rays and some of the ultra-violet has been removed. As the radiation approaches the eart's surface, gas molecules in the air cause scattering, particularly at the shorter wavelength end of the spectrum. This effect gives rise to blue sky, and the red appearance of the sun. The latter is particularly pronounced at sunset and sunrise owing to increasing path length through thr air. Clouds and dust also cause scattering and absorption. About 30% of the incident solar radiation is reflected by the atmosphere, a further 20% is absorbed on passing throuh the atmosphere and the remaining 50% arrives at the earth's surface, where 2% is reflected and the remainder absorbed. An amount equal to 23% of the original solar energy incedent on the outer atmosphere is used in evaporation and the remainder is lost by long wave radiation. Since the atmosphere radiates long wave radiation to the earth's surface, the net long wave loss from the earth's surface will be the difference between these two heat fluxes. About 0.2% is absorbed by the atmosphere in the form of winds and ocean currents. On the other hand, photosnthesis accounts for only 0.05%. The annual mean irradiance on a horizontal plane at the earth's surface is averaged over 24 hours. For the most favoured regions the average flux density is ashigh as 300 W/m2 and the average for the tropics is about 250 W/rn2. In more temperate regions, such as most of Europe, the value is around half of this value. Angström(1924) formula helps to estimate the global daily, monthly and yearly solar radiation amount, H, from the comperatively simple measurements of sun shine duration, S according to 7r = a + ^Tr (2) where' H0 and So are the cloudless daily global irradiation received on a horizontal surface at ground level and sunshine duration, i.e., day length; both a and b are model parameters. This equation has been used most often all over the world in order to calculate the global radiation at locations of sunshine duration measurements and for extending the global radiation estimations from available shorter time interval data. Later, Prescott (1940) has modified this equation by talcing into account some other relevant meteorological variables. Invariably, all over the world the coefficients are estimated from available irradiation and sunshine duration data at a location through the use of statistical least squares regression technique. Routinely recorded daily global radiation and sunshine duration values are used through the regression technique for determining the coefficients in equation (2). This technique separates the scatter diagram of H versus S into two parts. First is the explained part which is included in the coefficient estimations and the remaining is unexplained part which is, in fact, the deviations from the regression line. The use of such determined linear model provides only explained portion of the scatter diagram in the predictions of global radiation from the sunshine duration. In order to include effects of unexplained part, it is necessary to estimate coefficients from the successive data pairs locally rather than globally as in the classical regression approach. Let us first consider the physical meanings of parameters a and b in equation (1). First of all a represents the ratio of actual global radiation, H, to the daily extraterrestrial irradiation, Ho provided that physically the sun is covered by clouds all over the day, so that S = 0, i.e., overcast weather. On the other hand, b corresponds to the slope of the linear relationship which corresponds to the change of global radiation with the sunshine duration, as, h d{HIHo) b-H{srs6)~ (3) This first order ordinary differential equation can be written in terms of backward finite difference method as (H) b!-^J (H) UJ >'-l ^V: [I] i=2,3,4 n (4)Herein, n is the number of records and b'/ is the the rate of global radiation change with the sunshine duration between time instancas i-1 and i. For daily data, these are successive daily rates of change or in the case of monthly records it is the rate of successive monthly change ratios. Arrangement from equation (2) by considering equation (4) leads to the successive timel estimates of or' as fH^ a /HoS '^ V?n J i=2,3,4,...,n (5) The application of these last two equations to actual relevant data yields (n-1) coefficient estimations. Each pair of the coefficient estimate /a./,b// explains the whole information for successive pairs of global radiation and corresponding sunshine duration records. On the other hand, estimations of Angstrom's coefficients by the application of regression technique are obtained as single values as b = and /=! İ-1 J H H *'/ i-/ (6) a H_ /H0 -b- ?=- (7) Comparisons of equations (4) and (6) as well as (5) and (7) indicate that the regression technique estimations do not allow any variability in the coefficients calculation. However, as will be seen in section 4, the range of finite difference method coefficient estimations will subsume the regression technique estimations. This provides flexibility in the parameters estimation. Furthermore, it is possible to obtain the relative frequency distribution, i.e., histogram of Angstrom coefficients, a/ and b/. Additionally, it is also possible to calculate any statistical parameter such as the variance or standard deviation of these parameters. Last but not the least, confidence limits can be stated at a certain significance level as 5% or 10%, in the coefficients estimation. Extreme values of a/ and b/ become observable by the finite difference method solution. Taking the average value of both sides in equation (5) leads to finite difference averages of Angstöm coefficients as (8)Furthermore, the diffrence of this expression from equation (7) results in a'~a = (b~b')/~ ^ (9) This means that the ratio of difference between the regression and substitution method parameters remains constant which is equal to the percentage of sunshine duration over the period considered. Theoretically, equation (9) indicates that only for continuous overcast sky conditions i.e., for S= 0,a' = a. On the contrary, during clear sky conditions equation (9) yields S = S0. Comparison of this expression with equation (7) indicates the invariability of coefficients summation by two different methods as a + b=a' + b'J - I (10) This sum is equivalent to the average ratio of global to extraterrestrial radiation in the case of cloudless sky. Turkey is located between latitudes 36° N and 42° N and longitudes 26° E and 45° E. It has relatively significant solar energy potential especially in the southern parts including the Mediterrenean region. In general, 28 global radiation and sunshine duration measurement stations scattered all over the country are considered for regionalization study in this thesis. Substitution method is applied independently for each station and finally, parameter estimstion series for a' and b' are obtanied but it is neither necessary nor the space of this thesis is suitable for their presentation In any planing, howewer, the use of mode values are recommended. Also the relative error (RE) percentage. Between the classical method arithmetic average and the mode values of the substitution model are considered. These percantages indicate how the arithmetic averages deviate from the mode values. By making use of the longitudes and latitudes the regional variations of the average parameter are shown which are obtained by the Kriging i.e., geostatistical methods in the computers. In this way, it is possible to obtain average a' and b' values for any location within the country. It is also obious from these two maps that both a' and b' do not change significantly in the north-south direction but east-west variations are more often. However, coefficient values have greater values in the eastern part of the country. This is meteorogicaly very plausible because eastern Turkey has many days of the year as overcast sky due to high elavations reaching up to 6500 m above the sea level. Besides, the cool period of the year covers almost 9 months of the year. On the contrary, along the Aegean sea coast in the west towards central Anatolia the days with clear sky are very often and the climate at places has Meditterean sea effects. However, the regional variation of b' coefficient has just the opposite trend to the east-west variation of a' and this is the expected meteorological situation as explained above. In order to support these conclusions in detail are prepared for regional variations of the same parameters but this time with elevation. It is obvious that the highest a' values concentrate on the eastern part of Van city where the Ararat Mountain is located which is the highest peak in the country. In the south which corrosponds to the Mediterraneanregion the values of a' remain almost constant around 0.34. b' values remain constant about 0.24 in the eastern mountainous part of Turkey. Similarly to a', in the south b' values remain almost constant. In short, geographical information to radiation variations over the country. However, maps in Figures 4 and 5 show the change of a' and b' with elevation and lattitude. In northern parts of Turkey, a' increases continuously with elevation but b' has opposite trend. However, in the southern longitudes a' and b' remain almost constant with elevation. The scatter diagram between the Angstrom coefficients is also obtained in the thesis. There appears an inverse relationship between these two parameters. It means that low b' values are coupled with high a' values and vice versa. The general trend relationship between a' and b' is a' = -0.6 W + 0.52 (11) The empirical relative frequency distributions of average a' and b' values on a regional basis can be obtained from data availble in Table 2. It is to be noticed from the same table that a' and b' values are confined between zero and one. This piece of information implies that Beta-type of theoretical frequeny distribution is suitable for the parameters regional estimations. 57

Son yıllarda insan nüfusunun artışına bağlı olarak enerji tüketiminde meydana gelen artış küresel iklim değişikliğinin etkilerinin daha belirgin olarak hissedilmesine neden olmaktadır. Yükselen küresel ortalama sıcaklık değerleri tatlı su kaynaklarında buharlaşmanın artmasına ve içme su ihtiyacının talebi karşılayamama riskinin ortaya çıkmasına neden olmuştur. Dünya'da sınırlı miktarda bulunan tatlı su kaynaklarının korunması giderek daha fazla önem kazanmaya başlamıştır. Büyük yüzey alanına sahip içme suyu kaynağı olarak kullanılan su kütlelerinin yüzeyinde çeşitli meteorolojik parametrelere bağlı olarak meydana gelen buharlaşmanın kontrol altında tutulması veya azaltılması tatlı su rezervlerini korumak adına büyük önem arz etmektedir. Dünya üzerinde bu problemin azaltılması adına çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmektedir. Bunlara örnek olarak Yüzer Fotovoltaik Sistemler (YGES) gösterilebilir. YGES platformları açık su yüzeyinin, yüzer platform üzerinde bulunan fotovoltaik (PV) paneller vasıtasıyla kapatılarak güneşten gelen ışınların su yüzeyine doğrudan temasının engellenmesini hedefleyerek hem buharlaşmayı azaltmayı hem de PV paneller sayesinde elektrik enerjisi üretmek üzere tasarlanmıştır.Bu bilgiler doğrultusunda çalışmada, içme suyu olarak kullanılan İstanbul ili Büyükçekmece Gölü'nün yüzeyinde meydana gelen buharlaşma değerlerinin azaltılması ve aynı zamanda elektrik enerjisi üretmek amacıyla göl yüzeyine test amaçlı kurulan YGES'in maruz kaldığı dalga ve rüzgar yüklerinin hesaplanması amaçlanmıştır. Çalışmada elde edilen bilgiler doğrultusunda yeni üretilecek sistemlerin tasarımlarına veya varolan sistemlerin geliştirilmesine katkı sağlanması hedeflenmektedir. Büyükçekmece gölü üzerine kurulmuş olan YGES'in rüzgar ve dalga etkileşimini içeren Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizleri ANSYS Fluent® programı kullanılarak yapılmış olup, farklı rüzgar hızları göz önünde bulundurularak rüzgar ve dalga yükleri hesaplanmıştır. Projede, platform iki boyutlu olarak tasarlanarak, hesaplamaların yapılabilmesi adına sonlu elemanlar yöntemleri kullanılarak 196559 üçgen eleman oluşturulmuştur. Ortam şartlarının temsili için; hava girişi, hava çıkışı, atmosfer tabakası ve platform yüzeyi olmak üzere toplamda 4 sınır tabaka koşulu seçilmiştir. Platformun göl yüzeyinde bulunması nedeniyle rüzgar ve su akışından doğrudan etkilenmektedir. Bu şartları HAD programı içerisinde `Multiphase Flow` ve açık kanal şartlarını temsilen kullanmak ve dalga oluşum şartlarını belirlemek için `Open Channel Flow` modelleri kullanılarak hesaplama yapılmıştır. Türbülans akışının temsil etmek için `k-e Realizable` modeli kullanılmıştır. Hesaplama sonuçlarına göre şiddetli rüzgar şartlarında meydana gelen dalga deformasyona uğrayarak birikime yol açmıştır. Bunun sonucunda hava akım çizgilerinin sıkışarak yüksek hızlı akış alanlarının oluşmasına neden olmuştur. Ayrıca rüzgar etkisiyle kinetik enerjisi artan dalga platform yüzeyine daha yüksek kuvvetler uygulamıştır. Ayrıca türbülans kinetik enerjisi platfomun ön paneli etrafında daha yoğun olduğu, arka panellere doğru ilerledikçe bu enerjinin azaldığı görülmüştür. Türbülans kaynaklı eddy hareketleri platformun ön yüzeyi ile giriş sınır tabakası arasında göl suyu içerisinde daha yoğun olarak görülmüştür.Giriş şartı olarak belirlenen 30 m/s rüzgar sonucunda platforma etkiyen maksimum dalga ve rüzgar yükleri hesaplanmış ve platform yüzeyine anlık olarak etkiyen maksimum toplam kuvvet 38677 N, negatif kuvvet ise -2345 N olarak hesaplanmıştır. Platform yüzeyinde yer alan PV panellerin yüzeylerine gelen anlık maksimum toplam basınç 7654 N, negatif tepki kuvveti ise -1537 N olarak tespit edilmiştir. Bu bilgiler ışığında platformun ön yüzeylerinin rüzgar ve dalga yüklerine doğrudan maruz kalması nedeniyle daha büyük kuvvetlere maruz kalmakta olduğunu ve bu bölgenin tasarımsal olarak geliştirilmesinin önemi daha iyi anlaşılmıştır. The increase in energy consumption due to the increase in human population in recent years causes the effects of global climate change to be felt more clearly. Rising global average temperatures have led to an increase in evaporation in fresh water resources and a risk of inadequate water supply. The protection of the limited amount of fresh water resources in the world has become more and more important. Controlling or reducing the evaporation due to various meteorological parameters on the surface of water bodies which are used as a source of drinking water with a large surface area has great importance in order to protect fresh water reserves. Various studies are carried out in order to reduce this problem in the world. One of the examples is Floating Photovoltaic System (FPS). FPS platforms are designed to reduce evaporation and to generate electrical energy through photovoltaic PV panels, aiming to prevent direct contact of sun rays to the water surface by closing the open water surface by means of PV panels on the floating platform. In line with this information, the aim of the study was to reduce the evaporation values occurring on the surface of Büyükçekmece Lake, which is used as drinking water, and also to calculate the wave and wind loads exposed to the. In line with the information obtained in the study, it is aimed to contribute to the design of new systems or to develop existing systems. Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis of wind and wave interaction of FPS, which is located on Büyükçekmece Lake, was performed by using ANSYS Fluent® program and wind and wave loads were calculated by considering different wind speeds. In the project, 196559 triangular element was created by using finite element methods in order to make the calculations in two dimensions. For the representation of environmental conditions; a total of 4 boundary layer conditions were selected: air inlet, air outlet, atmosphere layer, and platform surface. Since the platform is located on the lake surface, it is directly affected by wind and water flow. In order to use these conditions to represent h Multiphase Flow` and open channel conditions in CFD program and to determine waveform conditions, `Open Channel Flow` models were calculated. The `k-e Realizable` model is used to represent the turbulence flow. As a result of the study carried out by using CFD method, the air and water phases; motion change, density, pressure, turbulence kinetic energy, turbulence dispersion energy, velocity vector components, and wall shear parameters were calculated. It is seen that the wind intensity increases instantaneously after the compression of the streamlines in the air due to the interaction of air with water. However, since this region is higher than the platform level, its effect on PV panel surfaces was not seen directly. In the system consisting of six rows of panels, the maximum value of the force to the front pontoon of the platform is calculated as approximately 18000 N and the maximum force to the front panel surface is calculated as approximately 7654 N.When the turbulence movement due to air and water flow is examined, it is seen that the kinetic energy of the turbulence is more dense on the front PV panel surface of the platform and decreases towards the rear panels. However, the turbulence-induced eddy current in the lake was found to be more intense between the control area and the front surface of the platform. The evaluation of the turbulence effect contributes to the modeled flow to be closer to the reality, but it is important because it causes the loads that affect the platform to change momentarily. As a result of 30 m/s wind, maximum wave and wind loads acting on the platform were calculated and maximum total force acting on the platform surface was calculated as 38677 N and -2345 N, respectively. The maximum instantaneous pressure on the surface of the PV panels on the platform surface was 7654 N and the negative reaction force was -1537 N. In light of this information, it is better understood that the front surfaces of the platform are exposed to greater forces due to direct exposure to wind and wave loads and the importance of the design development of this region is better understood. It focuses on the loads that may occur when the system on Büyükçekmece Lake is subjected to extreme wind strength (30 m/s). As a result, the design or development of the system will be studied according to the obtained values. Calculations were performed using different wave models during operation, but these models are included in the CFD decoder used. In order to achieve better results, wave models that best represent the environmental conditions can be realized by user-defined coding method. In addition, it is of great importance that this study is compared with experimental studies to verify the level of representation, but this comparison could not be performed due to the need for formal permits and high financial resources to carry out the experimental study. In addition, it is thought that the comparison of CFD solvent used with the alternatives by running simulation will contribute to the study. Designing the system in accordance with high wind strengths will contribute to the smooth operation of the platform for longer periods. Accordingly, aerodynamic positioning of the panels will contribute to less impact of the platform surface from wind-induced loads. This can be accomplished by gradually reducing the panel tilt angles from the rear panel to the front panel. However, optimizing the angles is important to avoid the negative impact of solar panels on electricity generation. Finally, the integrated wave breaking structure to be designed in addition to the platform will contribute to the protection of the system against wave load. The damping of the wave energy by the hoeing elements of the platform will reduce the need for durable materials in the platform design. 95

Son iki yüzyıllık zaman dilimiyle birlikte atmosferdeki sera gazlarının dramatikdeğişim, küresel ısınmayı ve bağlantılı olarak iklim dinamiğini etkilemiştir. Doğalolarak meteorolojik hadiseler dünya genelinde afetlerin sıklığını ve etki alanlarınıbüyütmüştür. Bu durumda mezo ölçekteki hava tahmin modellerine talep artmış vemodeller daha önemli hale gelmiştir. Hava tahmini ya da iklim senaryo konularında`Alt Ölçeklendirme` hakkındaki çalışmalarda artış gözlenmiştir.Mekansal alan 37.89° Kuzey, 40.19° Doğu koordinatları seçilerek 2017 ve 2018 tümaylar için yaklaşık 81 km çözünürlüğe sahip ERA-Interim veri seti kullanılarak WRFsınırlı alan modeli ile 27, 9 ve 3 km çözünürlüklerine saatlik rüzgar hızı değişkeniiçin dinamik alt ölçekleme uygulanmıştır. Ek olarak çalışma alanına ait zaman vedeğişkenler için NEWA verileri ile karşılaştırma yapılmıştır.İlgili kurum aracılığıyla çalışma alanında bulunan otomatik gözlem istasyonundançalışma tarihlerine ait gözlem değerleri alınıp, 3 km çözünürlüklü WRF modelçıktıları karşılaştırılmıştır. Herhangi bir veri asimilasyonu ve düzeltmeuygulanmayan model sonuçları gözlem değerleri ile genel davranışlarının uyumluolduğu saptanmıştır. 2017 yılı tüm aylar için rüzgar şiddeti R kare istatistikleriminimum, ortalama ve maksimum değerleri sırası ile 0.64, 0.76, 0.85 rüzgar yönleriiçin ise sırasıyla 0.39, 0.57, 0.80 olarak hesaplanmıştır. 2018 yılı içinse rüzgar şiddetiiçin 0.64 0.69 0.75; rüzgar yönü için 0.39, 0.57, 0.80 olarak hesaplanmıştır.Aynı istatistikler NEWA ve gözlem verileri için 2017 yılı rüzgar şiddeti için 0.64,0.69, 0.75 rüzgar yönü için 0.55, 0.68, 0.80 olarak saptanmıştır. 2018 yılı rüzgarşiddeti için 0.51, 0.64, 0.74; rüzgar yönü değişkeni için ise 0.53, 0.66, 0.83 olarakbulunmuştur.Bu çalışmada, WRF sınırlı alan modelinin 27 km çözünürlükten 3 km çözünürlüğedinamik alt ölçekleme sürecine istatiksel modelle ile temsili üzerine yoğunlaşılmıştır.Böylelikle süreç yoğun fiziksel denklemlerin çözümünden arındırılıp daha azhesaplama gücü ve bekleme süresi ile matematiksel çözüme kavuşturulmakistenmiştir. İstatistiksel yöntem olarak Random Forest Yöntemi kullanılmış olup2018 yılının belirtilen aylarına uygulanmıştır.Uygulama sonucunda 37.89 Kuzey, 40.19 Doğu koordinatları çevreleyecek 8 noktaüzerinden; k-fold metoduyla minimum ortalama kök hatası olacak şekilde RandomForest Regressörü (RFR) rastgele 1000 farklı model üretmiştir.Sonuç olarak, WRF modeli 27 km çözünürlükten çalışma alanına alt ölçeklemesüreci matematiksel olarak ifade edilmiştir. 2017 yılı tüm aylar içim WRF ve RFRarasındaki R Kare istatistikleri rüzgar şiddeti için 0.82-0.94 arasında rüzgar yönü içinise 0.42-0.84 değerlerine kadar hesaplanmıştır. RFR ve gözlem değerleri arasındakiaynı istatistikler için 2018 yılı için rüzgar şiddeti için 0.32-0.69; rüzgar yönü için0.11-0.61 olarak hesaplanmıştır. İstatistiki modelin rüzgar şiddeti için daha başarılısonuçlar ürettiği saptanmıştır. Ek olarak model gözlem değerleri ile kıyaslandığındaWRF 3km çözünürlüklü elde edilen değerler için daha iyi sonuç elde etmiştir. The dramatic change of greenhouse gases in the atmosphere with the last twocenturies has influenced global warming and climate dynamics. Naturally,meteorological incidents have increased the frequency and impact of disastersworldwide. In this case, the demand for weather forecasting models in the meso scalehas become more significant. In additon, there has been an increase in studies on`downscaling` on weather forecasting or climate scenario. There are two mainapproaches to calculating boundary layer flows, including dynamic and statisticaldownscaling. The dynamic approach incorporates primitive equations associatedwith continuity, thermodynamic processes, and momentum with the surfaceproperties of the region, such as land and land use, and scales Global CirculationModel (GCM) output to specific areas on the Earth's surface.The aim of this thesis is to develop statistical downscaling method will present thedynamic downscaling approach based on the physical processes of the WRF limitedarea model with motivation to save both computing power and output waiting time.The study area is Diyarbakır Airport for hourly wind speed variable.The global circulation models running with specific starting and boundary conditionscan be listed as ARPEGE (France), AVN / MRF (USA), GEM (Canada), GME(Germany), IFS (ECMWF), JMA (Japan), UM (UK). However, there are manylimited area models on a higher resolution meso scale based on more dynamicdownscaling, and mainly ALADIN, ETA, LM, HIRLAM, MM5 and WRF.The WRF Preprocessing System (WPS) is a program consisting of three process,whose common role is to prepare input into the real model for actual datasimulations. Every process accomplishes a stage of preparation: the geogrid definesmodel areas and interpolates static geographic data to grids; Ungrib extractsmeteorological fields from GRIB format files; and Metgrid, WPS WRF-ARW V4:User's Guide 3-2, horizontally interpolated meteorological areas ungribed to themodel grids defined by the geogrid. In the vertical program, the meteorological fieldswork on the WRF eta levels.ERA-Interim data set is used in this studies and composed of 3 different components,fixed and earth level. By selecting all run-off outputs for the Earth (00, 06, 12 and18Z) 2 meters dew point and actual temperatures, 10 meters U and V windcomponents, average sea level pressure, average sea surface temperature, snowdensity and depths, 4 level soil temperatures , surface pressure and 4-levelvolumetric soil water parameters were selected. Specific humidity, temperature, Uand V wind components and separately geopotential parameters were determined forthe 60-layer high level. The fixed component was adopted as a land and landparameter. In order to apply a statistical downscaling for hourly wind speed variable;based on the results of the Global Circulation Model outputs of ~81 km , theresolution nesting areas of 27, 9 and 3km were derived from the WRF limited areamodel.In this study, the spatial area 37.89 ° North, 40.19 ° East coordinates were selectedby using the ERA-Interim data set with a resolution of 81 km for March, June,September and December, representing the four seasons of 2018. Downscaling isapplied via WRF limited area model for the hourly wind speed variable for 27, 9 and3 km resolutions. It is used physical parameterizations like Kain-Fritsch Cumulusscheme, Mellor-Yamada-Janjic (MYJ) boundary layer scheme, Noah Land Surfacemodel with soil temperature and moisture in four layers, Longwave radiation: RapidRadiative Transfer model and Shortwave radiation: Dudhia scheme allowing forclouds and clear sky absorption and scattering.Through the relevant institution, observation values of the study Tarihs were takenfrom the automatic observation station in the study area and compared with the 3 kmresolution WRF model outputs. Any data assimilation and non-corrected modelresults were found to be consistent with the general behavior of the observationvalues. The R squared statistics of wind velocity for March, June, September andDecember of 2018 were calculated as 0.711, 0.770, 0.695 and 0.677 respectively.The same statistics for wind direction were calculated as 0.696, 0.771, 0.736, 0.494respectively. In addition, NEWA ouputpus belong to the time and variables of thestudy area were compared with the observation data.In this study, it is focused on the representation of WRF limited area model from 27km to 3 km resolution with dynamic model for dynamic downscaling process. In thisway, the process is aimed to achieve mathematical solution with less computationalpower and waiting time instead of the solution of dense physical equations. RandomForest Regressor were used as statistical methods and applied to study dates.The idea of Random Forest is to develop the variance reduction of the baggingmethod by reducing the correlation between trees with decreasing the variance toomuch. As a result of the implementation of 37.89 North, 40.19 Eastern coordinates willsurround 8 points; Random Forest Regressor (RFR) produced 1000 different modelswith minimum average root error by k-fold method. The Random Forest Regressormethod was applied to the WRF 27 km resolution data set by taking the mean rooterror (MSE) criterion for the wind velocity and direction for each month of 2017 and2018.As a result, WRF model downscaling process from 27 km resolution to the studyarea is expressed mathematically. R Square statistics between WRF and RFR for allmonths of 2017 were calculated as 0.82-0.94 for wind velocity and 0.42-0.84 forwind direction. For the same statistics between RFR and observation values, thewind velocity and the wind direction for 2018 were respectively between 0.32-0.69and 0.11-0.61. It was found that the statistical model produced more successfulresults for wind velocity. In addition, the model obtain better results for WRF 3kmresolution values compared to observation values. 89

Günümüzde sürekli artan bir enerji ihtiyacı gözardı edilemez bir gerçektir. Elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanması için ilk olarak fosil kaynaklar tecih edilmiş ve kullanımı artarak devam etmiştir. Ancak 1970'li yılların başında ortaya çıkan petrol krizi ve 90'lı yıllarda fosil yakıtların fazlaca kullanımına bağlı olarak görülen petrol küresel ısınma; enerji ihtiyacının karşılanmasında yenilenebilir ve temiz kaynaklara yönlendirmiştir. Rüzgar ve güneşe dayalı yenilenebilir sistemlerin ortaya çıkması ile, iki sistemin birleştirilerek kullanılmasını sağlayan hibrit sistemler doğmuştur.İstanbul ve çevresinde yapılan ölçüm verileri ile rüzgar ve güneş analizleri yapılmıştır. Analiz sonucunda rüzgar güneş ve hibrit üretimleri aylık ve saatlik profiller ile incelnemiş ve elektiriğin toptan satış fiyatı üzerinden yıllık hasılat değeri hesaplanarak aylık saatlik profilleri oluşturulmuştur. Ömerli, Ormanlı, Bağırganlı, Melen Yolu ve Kıyıköy olmak üzere toplam beş bölgenin detaylı rüzgar, güneş, hibrit üretim ve hasılat analizleri yapılmıştır. Analizde aynı marka ve model türbin, invertör ve paneller kullanılmıştır. Bu çalışmada belirlenen bölgeler için rüzgar ve güneş potansiyelleri incelenerek, rüzgar-güneş hibrit sistem için kapasite faktörleri belirlenerek modellenmiştir. AWS Openwind programı ile belirlenen sahaların rüzgar potansiyelleri belirlenerek, saatlik üretim analizlari yapılmıştır. PVsyst programı ile de güneş analizleri yapılarak saatlik üretim sonuçları elde edilmiştir. Elde edilen üretimler birer yıllık saatlik veri setlerine dönüştürülerek hibrit üretim analizi değerlendirmesi yapılmıştır. İstanbul Anadolu yakasında bulunan Ömerli ölçüm verilerine yapılan Openwind rüzgar analizleri ve PVsyst güneş analizleri sonucunda hesaplanan rüzgar ve güneş faktörleri sırasıyla %26 ve %23'tür. Rüzgar ve güneşin saatlik üretim değerlerine göre hesaplanan hibrit kapasite faktörü de %24'tür. Hibrit üretim profilinde her bir ay için saatlik ortalama değerler ile, seçilen ayın tüm aylarla olan saatlik ortlama değerlerinin saçılma diyagramları incelenmiş ve korelasyonları hesaplanmıştır. Biribirleri ile en yüksek korelasyona sahip aylar belirlenmiştir. En ilişkinin temmuz ve ağustos ayları arasında olduğu görülmüştür. İstanbul Avrupa yakasında bulunan Ormanlı ölçüm verileri ile yapılan rüzgar ve güneş analizleri sonucunda hesaplanan rüzgar, güneş faktörleri sırasıyla %34 ve %23'tür. Rüzgar ve güneşin saatlik üretim değerlerine göre hesaplanan hibrit kapasite faktörü de %28'dir. Ormanlı için yapılan değerlendirme sonucunda da en fazla ilişkiye sahip olan ayların Haziran-Temmuz ayları olduğu belirlenmiştir.Hibrit sisteminin aylık toplam üretim değerlerini hangi oranlarda hangi kaynağın karşıladığı incelenmiştir. Aylık oranlar göz önünde bulundurulduğunda rüzgarın karşılama oranı yüksek iken güneşin düşük, güneşin karşılama oranının yüksek iken de rüzgarın düşük olduğu; zaman zaman da eşit ve eşite yakın karşılama oranlarına sahip olduğu görülmektedir. Rüzgar ve güneşin kaynak olarak birbirlerini tamamladığı görülmektedir.ANFIS modellemesi bulunan ortalama değerler ve veri setleri arasındaki ilişkiler ile yapılmış ve bulanık mantık kullanılarak ilişkiler değerlendirilmiş ve modellenmiştir. ANFIS ile rüzgar, güneş ve hibrit için yıllık-saatlik üretim değerleri bulanık mantık ile değerlendirilmiştir. Gerçek veri ile ANFIS'in ilişkilendirilerek hesaplayıp sonuç olarak oluşturduğu veriler arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Rüzgar, güneş ve hibrit üretim değerleri ile bir sonraki ayın hibrit üretimi arasında ANFIS ile kurulan ilişkinin güçlü olduğu görülmüştür. The need for an ever-increasing energy is a fact that cannot be ignored. In order to meet the electricity demand, fossil resources were first used and their use continued increasingly. However, the oil crisis that emerged in the early 70s and the global warming of oil in the 90s due to the excessive use of fossil fuels; energy to meet renewable and clean resources. Wind energy, which has been used for different purposes since the past, has been one of the energy sources which is seen as a renewable electrical energy source. Wind energy has become one of the most important energy sources today due to the high efficiency of wind turbines in the region with good wind speed potential and economic and technical constraints on fossil fuels. Solar energy has also been affected by these developments and has been in demand. Technological progress and cost reduction, as well as being able to be used in the feeding of small loads as well as being able to be used in the feeding of large loads positively affected the spread of solar energy systems. Wind and solar renewable energy sources can generate electricity independently of the grid or connected to the interconnected system. With the emergence of renewable systems based on wind and solar, hybrid systems have been born which enable the use of two systems by combining them.Turkey's highest sunshine hours due to the high solar energy is the region of Southeast Anatolia has the potential Mediterranean, Eastern Anatolia, Central Anatolia, Aegean, Marmara and Black Sea regions respectively following. Turkey Wind Atlas mean wind speed in the 50-meter-high residential areas, except by the Marmara and West Black Sea coastal areas from 6.0 to 7.0 m/s and the inner side of these regions 5.5-6.5 m / s, eastern Black Sea coast 5.0 m/s in the inner and inner parts, 7.0–8.5 m/s in the North West Aegean coast and 6.0–7.0 m/s in the inner parts of this region, 5.0–6 in the Western Mediterranean coast, 0 m/s and 4.5-5.5 m/s in the inner parts of this region.Renewable energy sources are extremely attractive because they do not run out and do not have any significant harm to other sources in terms of environment and human health. The aim of hybrid systems is to increase the efficiency by providing the use of energy resources together and to ensure that others meet the energy needs of the system if one of the resources is not or decreases. The hybrid system components are formed by combining two or more sources.Wind and solar energy systems have been taken into consideration the possibility of generation or surplus electricity production that is not enough for the system due to the external factors that change from time to time and the concepts of hybrid energy system and storage of excess energy have been born accordingly. Hybrid energy systems are defined as energy systems where two or more energy sources are used together to generate electrical energy. Hybrid energy systems can be designed as energy systems such as hydro-wind-diesel, wind-diesel, solar-hydrogen, wind-solar. Hybrid energy systems can be network-independent or grid-connected. In addition, they can feed any electrical charge or be connected to the interconnected system to act as an electrical power plant.There are many methods for calculating the energy produced from renewable sources and programs developed accordingly. Programs such as Wasp, WindPro, Openwind, Meteodyn for wind power generation analysis; PVsyst, SAM, PVsol are used for solar energy analysis.In this study, the wind and solar potentials for the identified regions were examined and the capacity factors for the wind-solar hybrid system were determined and modeled. Wind potentials of the sites determined by AWS Openwind program were determined and hourly production analyzes were performed. Solar analysis was performed with PVsyst program and hourly production results were obtained. The obtained productions were converted into one-year hourly data sets and hybrid production analysis was evaluated.The wind and solar factors calculated as a result of Openwind wind analyzes and PVsyst solar analyzes made on the measurement data of Ömerli project located on the Anatolian side of Istanbul are 26% and 23% respectively. The hybrid capacity factor calculated according to hourly production values of wind and sun is 24%. In the hybrid production profile, the scattering diagrams of hourly average values for each month and hourly average values of all months of the selected month were examined and their correlations were calculated. The months with the highest correlation with each other were determined. The most significant relationship was between July and August.Wind and solar factors calculated as a result of the wind and solar analyzes made by the measurement data of Ormanlı project located on the European side of Istanbul are 34% and 23% respectively. Hybrid capacity factor calculated according to hourly production values of wind and sun is 28%. As a result of the evaluation made for Ormanlı, it was determined that the months with the most relationship were June-July.ANFIS modeling was done with the relationships between the mean values and data sets and relations were evaluated and modeled using fuzzy logic. With ANFIS, annual-hour production values for wind, solar and hybrid were evaluated with fuzzy logic.Monthly total production values of the hybrid system were analyzed by which source and at which ratios. Considering the monthly rates, it was found that the wind was low while the sun was low and the wind was low when the sun was high; from time to time, it has equal and close coverage ratios. It is seen that wind and sun complement each other as a source. According to the results of the analysis, the highest project in terms of wind production, capacity factor and revenue is Ormanlı and the lowest project is Kıyıköy. It is the highest region in terms of forested wind production. Ormanlı is followed by Ömerli, Melen Yolu, Bağırganlı and Kıyıköy respectively. The regions with the highest solar capacity factor are Melen Road and Bağırganlı. The highest region in terms of hybrid production and capacity factor is Ormanlı. Ormanlı is followed by Melen Yolu, Bağırganlı, Ömerli and Kıyıköy respectively.For Ormanlı, Melen Road, Bağırganlı, Ömerli and Kıyıköy hybrid systems, the ratio of the total production of the system is calculated by calculating the source ratio of skiing in terms of the total production value of the system. The months of annual production of the total hybrid system are also calculated.Wind and solar profiles change monthly and hourly. Monthly and hourly production values for Ömerli were taken into consideration and the ratio of the total production value of the system was calculated. Monthly total production values of the hybrid system were analyzed by which source and at which ratios. Considering the monthly rates, it was found that the wind was low while the sun was low and the wind was low when the sun was high; from time to time, it has equal and close coverage ratios. It is seen that wind and sun complement each other as a source.ANFIS modeling was done with the relationships between the mean values and data sets and relations were evaluated and modeled using fuzzy logic. With ANFIS, annual-hour production values for wind, solar and hybrid were evaluated with fuzzy logic. The relationship between the actual data and the data that ANFIS creates and calculated as a result is examined. The relationship between ANFIS and wind, solar and hybrid production values and the next month's hybrid production was strong. 125

Buzlanma, bulut içerisindeki aşırı soğumuş su damlacığın sıvı fazda halini sürdürmesi ile donma sıcaklığının altında veya civarındaki sıcaklıklarda, uçuş esnasında uçak yapısı üzerinde direk hava akışına maruz kalan bölgelerde tutunarak gelişen, uçaklar için tehlike arz eden önemli bir meteorolojik hadisedir. Havacılıkta, buzlanma önemli bir uçuş riski olarak tanımlanır. Buzlanma uçağın dış yüzeylerindeki bölgelerde, genellikle kanat hücum kenarları gibi ince yapılarda ve küçük yarıçapa sahip bölgelerin ön kısımlarda görülmekte olup, uçuş performansını ve emniyeti olumsuz etkiler. Dolayısıyla, uçağın çevresel koşullara karşı hayatına idame ettirme yeteneğine sahip olması gerektiğinden ve emniyetli olarak uçuşa devam etmesi adına sertifikalandırma sürecinde buzdan koruma sistemi donanımına ihtiyaç vardır. Buzdan koruma sistemi seçimi ve bilinen buzlanma koşullarında uçuş gerçekleştirme süresince de buzlanmayı etkileyen meteorolojik ve aerodinamik parametrelerin etkisinin incelenmesi gerekmektedir. Uçak kanadı üzerinde buz birikiminin nümerik olarak çözümleme sürecinde, hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi olan OpenFoam ile hava hızı ve taşınımlı ısı transfer katsayısı hesaplanmıştır. Kanat yüzeyi ile havada bulunan su damlacığı arasında termodinamik ve enerji dengesi genişletilmiş messinger modeli kullanılarak yüzey üzerinde maksimum hava hızı görülen bölgede buz birikim kalınlığı hesaplanıp, buzun çeşidi belirlenmiştir. Kanat yüzeyi üzerindeki kırağı buz birikimi belirli bir zamandan sonra camsı buza geçtiği süre ve camsı buza geçiş sürecinde yüzey üzerindeki su tabakasının kalınlığı hesaplanmıştır. Camsı buzlanma tipi kırağı buzlanma tipine göre akış alanını önemli ölçüde etkilediğinden dolayı daha tehlikelidir. Buz birikim kalınlığı hava hızı, sıvı su içeriği, birikim verimliliği ve hava sıcaklığa bağlı olarak paremetrik incelenmiştir. Sıvı su içeriğinin artması, uçak üzerinde görülen buz tipinin kırağı tipinden camsı şekline dönüşmesine etki ettiği görülmüştür. Hava sıcaklığının düşmesi buz kalınlığı değerinden daha çok oluşan buzun çeşidini değiştirdiği tespit edilmiştir. Hava sıcaklığı donma seviyesinin altında olduğu sıcaklıklarda, sıfır dereceye yakın sıcaklıklarda daha çok camsı buz oluşumuna neden olurken, daha düşük sıcaklıklarda ise kırağı buz oluştuğu gözlemlenmiştir. Birikim verimliliği değeri ise doğrudan buz kalınlığının artışı ile oranlıdır. Birikim verimliliği ise uçak kanat geometrisi, damlacık çapı, hücum açısına bağlı olarak değişmektedir. Dolayısıyla, havada bulunan damlacıkların çapının ve konsantrasyonun artması, geometrinin küçülmesi, hücum açısının artması da hava hızı ve ışınımlı transfer katsayısının da artışı ile buz birikim değerinin artmasına neden olduğu görülmüştür. Hava hızı değerinin artması ile de buz birikim değeri arttığı görülmüştür. Fakat ses üstü hava hızlarında yüzey üzerinde aerodinamik ısınmadan kaynaklı buz oluşumu gözlemlenmemektedir.İrtifa parametresinin uçuş profili, performansı ve uçuş rotası boyunca buzlanma oluşumu üzerinde önemli bir etkisi vardır. Tez kapsamında ilk olarak raporlanan buzlanma hadiseleri verileri kullanılarak Türkiye İSTANBUL FIR sahasında potansiyel buzlanma yükseklikleri belirlenmiştir. Atmosferin dinamik yapısından dolayı buzlanmayı etkileyen meteorolojik parametrelin gün, yatay ve düşey eksen boyunca değişikliği söz konusudur. Havada bulunan sıvı su içeriğinin oluşması hakkında teorik bilgilerin olmasına rağmen gerçek zamanlı parametrelerin tahmini bilgisayarların ve modellerin gelişimi ile söz konusu olmuştur. Dolayısıyla, uçuş profili ve rotası boyunca potansiyel buzlanma bölgesinin WRF hava tahmin modeli ile tahmin edilerek buz birikimi ile ilişkilendirilmiştir. Belirlenen uçuş profili boyunca buzlanma bölgelerinin önceden WRF hava tahmin modeli kullanılarak belirlenerek uçak yüzeyindeki bir bölgede buz birikim kalınlığı ve tipi hesaplanıp, yüksekliğe göre değişimi saatlik tahmin olacak şekilde gösterilmiştir. Raporlanan SIGMET ve AIRMET verilerine göre, buzlanma 1500 m ile 4500 m aralığında gözlemlenirken, en sık yaşanan yükseklik 2500 m irtifasındadır. WRF modeli ile buz birikim modelinin sonucunda uygun meteorolojik ve aerodinamik koşullar altında belirlenen rota üzerinde buz birikimi irtifalara göre değişiklik göstermiştir. 700 m altında ve 2200 m yukarısında Türkiye üzerinde belirlenen bir rota üzerinde ve zamanda buzlanma görülmediği tahmin edilmiştir. Buz birikim değeri ise rota boyunca değişiklik göstermekle birlikte deniz üzerinde daha yüksek değerlere ulaştığı modellenmiştir. Maksimum 14 mm kalınlığa ulaşan buzlanma 1600 m yüksekliğinde camsı buz şeklinde tahmin edilmiştir. Ek olarak, yüzey üzerinde buz oluşumu için gerekli enerji dengesinin kurulabilmesindeki için geçen süre yaklaşımı hava hızı ile WRF çözünürlüğüne göre belirlenmiştir. Icing is an important atmospheric phenomenon which has dangerous effects on aircraft and ice develops by clinging to areas exposed to direct air flow on the aircraft structure surfaces during in-flight at below or near freezing temperatures as the particle or supercooled water droplet in the cloud maintains its liquid state. In aviation, icing is defined as an important flight risk. Icing occurs in areas on the outer surfaces of the aircraft, usually in thin structures such as wing and tail leading edges, propeller, windshield, antennas, air intake zone, engine, flight sensors and in the front of small radius areas, adversely affecting flight performance and safety. Therefore, there is a need for an ice protection and detection system in the certification process to ensure that the aircraft must be capable of maintaining its life against environmental conditions and that it continues to fly safely. There are several types of ice protection and ice detection systems. The ice protection system equipment is selected considering weight, power consumption, applicability, cost, design, flight profile parameters. Therefore, it is not possible to define the best ice protection system for aircraft. System design should be chosen in accordance with requirements of aircraft.Meteorological and aerodynamic parameters are main factocrs affecting ice accumulation on the aircraft. Liquid water content, air temperature, droplet diameter, altitude, collection efficiency are evaluated as meteorological parameters while air speed, aircraft geometry such as chord distance and time in known icing condition are evaluated as aerodynamic parameters. These parameters effect the icing needs to be examined during the selection of the ice protection system and during the flight into known icing conditions. Furthermore, supercooled water droplet is fundamental parameters for ice formation on aircraft surface. Supercooled water droplets cores have properties maintaining water between -40 °C and 0 °C temperatures without any condensation nuclei. While maintaining the liquid phase of the supercooled droplets, under suitable atmospheric conditions, water film is required for ice formation. In this process, the energy balance, the elapsed time and pressure between the surface and droplet particles are important for ice formation process. Also, the description of clouds are an important determinant of icing. There are two kinds of clouds cause icing on the aircrafts which are stratiform and cumuliform clouds.There are several methods for the investigation of ice accumulation under certain meteorological and flight conditions on the aircraft. Experimental icing tunnel and flight tests such as natural icing flight tests and artifical ice shape method complicate the design process in both time and cost. Therefore, interest in icing studies with numerical approach has increased. In thesis, numerical analysis process of ice accumulation on aircrafts, air speed and convective heat transfer coefficient were calculated with OpenFoam which is open source computational fluid dynamics method. NACA 0012 airfoil is selected as wing-geometry platform for ice accretion analysis. For fluid flow analysis, Spalart-Allmaras model are chosen as the turbulence model and validated with pressure and lift & drag coefficient values with existence literature data certain flight conditions and different angle of attacks. Convective heat transfer coefficient is also calculated with integral boundary layer method to compare OpenFoam results. Both calculations of heat transfer coefficients are compatible with each other. Moreover, along the airfoil surface at the specified angle of attack, maximum air speed and heat transfer coefficient value and region are extracted from CFD results to operate as input for thermodynamic and energy balances approach which based on extended messinger method in one dimensional solution. After that, ice accumulation is calculated in the region where maximum air speed and convective heat transfers coefficient are observed on the surface by the numerical approach and the type of ice is determined as rime or clear ice.Ice accumulation on the wing surface passes the rime from ice to clear ice at a certain time. The thickness of the water layer on the surface is also calculated during the transition to clear ice. Clear ice type is more serious than rime ice type due to its significantly affets the aerodynamic flow and run-back ice. In this study, thickness of ice accumulation is evaluated as parametric depending on air velocity, liquid water content, collection efficiency and air temperature. The increasing in the liquid water content has been shown to affect the conversion of the ice type seen on the aircraft from the rime to the clear ice type. As a result of this section of study, it was found that the decrease in the air temperature changed the icing type and shape more than the ice thickness value. At temperatures where the air temperature is below freezing level, clear ice formation is observed at temperatures close to zero degrees and rime ice is mostly formed at more lower air temperatures. The collection efficiency value is directly proportional to the increase in ice thickness. Collection efficiency varies depending parameters such as airspeed, aircraft geometry, droplet diameter and angle of attack. Therefore, it has been observed that the increase in ice accumulation value increases with increasing diameter and concentration of droplets, decreasing geometry, increasing angle of attack and increasing airspeed and convective heat transfer coefficient. It is shown that with the increasing of air velocity value, ice accumulation value also increased. However, at supersonic air speeds, ice formation is not observed on the surface due to heat is generated by friction which is aerodynamic heating.The altitude parameter has a significant effect for ice accumulation on aircraft along the flight profile and route. Firstly, the altitude effect was anaylzed by SIGMET and AIRMET report obtained from the Turkish State Meteorological Service between 2015 and 2017 years to determine potential icing heights and location on Istanbul FIR field. Atmospheric icing potential is not easy to forecast, however, there are some therotiacal atmospheric process producing aircraft icing conditions such as barrier forcing, frontal forcing, shear enhancement of large water droplet size by aggretion and advection. Nevertheless, due to the dynamic nature of atmosphere, meteorological parameters affecting the icing change rapidly along the horizontal and vertical axis hourly. Therefore, real-time forecasting of atmoshperic parameters made possible by the development of computers and models. Because of that the potential icing area along the flight profile and route was estimated by the WRF weather forecast research model and enable to associate with ice accumulation. The WRF model has been calculated for the estimated hourly temperature, pressure, wind, humidity and liquid water content. Icing zones were determined using the WRF weather prediction model with 9 km resolution, and thickness and type of ice accumulation in an area on the surface of the aircraft were calculated along the flight profile. Then, variation of ice accretion with respect to altitudes are shown as an hourly forecast for specified day. According to the reported SIGMET and AIRMET data, icing is observed in the range of 1500 m to 4500 m, while the most frequent altitude is found as 2500 m altitude.As a result of the WRF and ice accretion model, ice accumulation on the route under appropriate meteorological and aerodynamic conditions varied according to the altitudes. Icing estimation is not expected between below 700 m and above 2200 m on a specific route over Turkey. Ice accumulation values varies along the route but it is modeled to reach higher values on the sea. The icing reaching a maximum thickness of 14 mm was estimated as clear ice at a height of 1600 m. In addition, the time approach for establishing the energy balance required for ice formation on the surface was determined by airspeed of aircraft and WRF resolution. 115

Günümüzde, aydınlatmadan havalandırmaya, cep telefonlarından bilgisayarlara ve evlerden fabrikalara kadar kullandığımız cihazlar için elektrik enerjisi gerekmektedir. Başka bir ifadeyle, hayatımızda elektrik enerjisi vazgeçilmezdir. Enerji üretimi çoğunlukla fosil yakıt yanması ile elde edilmektedir. Bununla birlikte, fosil yakıtların yakılması, küresel ısınmaya ve iklim değişikliğine neden olan CO2, SO2 ve NO2 emisyonlarını arttırmaktadır. Fosil yakıtların olumsuz etkilerinden dolayı, enerji tüketiminde tasarruf sağlamak ve üretim için doğal enerji kaynaklarını kullanmak daha büyük önem kazanmıştır. Güneş tüm canlılar için temel, sınırsız ve en önemlisi en doğal kaynaktır. Gün ışığı ile aydınlatma, konforlu ve yüksek yaşam standartlarının sağlanması için en önemli parametrelerden biridir. Özellikle aydınlatma mühendisleri şehirlerdeki dış ortam koşullarını iyi bilmelidir. Bunun yanında binalardaki elektrik tüketimleri de önemli bir oranı oluşturmaktadır. Yapılarda doğal aydınlatma yerine, genellikle yapay aydınlatma araçları kullanılmakta ve bu durum çok daha fazla elektrik tüketimine neden olmaktadır. Doğal aydınlatma teknolojilerinin geliştirilmesi enerji tasarrufu sağlayacak ve ek katkı olarak insan yaşamına uygun olan sağlıklı koşulların oluşmasını sağlayacaktır. Son zamanlarda doğal gün ışığı birçok bina ve ilgili yapılara uygulanmaktadır. Gün ışığı aydınlık düzeyleri sadece bina tasarımcıları için değil aynı zamanda enerji analizi ile ilgili çalışan herkes için önemlidir. Genellikle meteoroloji birimleri tarafından global güneş radyasyonu ölçümleri rutin olarak yapılmaktadır. Global güneş radyasyonunun bilinmesinin gerekli olduğu kadar aydınlık düzeylerine de ihtiyaç bulunmaktadır. Dünyada ve özellikle ülkemizde malesef yeteri kadar aydınlık düzeyi ölçümü bulunmamaktadır. Dolayısıyla uygulamada bu eksiklik yeterince giderilememektedir. Bu çalışmada, bahsedilen açığın giderilmesi amaçlanarak İstanbul geneli için aydınlık düzeyi kestirimi yapılmıştır. Çalışma 2015-2017 yılları arasında İstanbul'da ölçülen yatay global gün ışığı aydınlık düzeyi verilerini ve İstanbul ve çevresinde ölçülen yatay global güneş ışınımı verilerini incelemektedir. Bu kapsamda ilk aşama olarak İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) meteoroloji gözlem parkına aydınlık düzeyi ölçüm sensörü kurulmuştur. Kurulan aydınlık düzeyi ölçüm sensörü ile birlikte aynı istasyonda daha önceden kurulmuş olan piranometreden eş zamanlı alınan güneş ışınımı ölçümleri değerlendirilmiştir. Sonraki aşamada, İTÜ istasyonu referans alınarak, İstanbul ve çevresinde yer alan 7 istasyonda daha güneş ışınımı ölçümleri yapılmış ve belirlilik katsayısına bağlı olarak aralarındaki bağlantılar ilişkilendirilmiştir. Tüm istasyonlarda ölçülen global güneş ışınımı ve İTÜ istasyonunda ölçülen aydınlık düzeyleri arasında, R2 değerinin zaman zaman 1.0 a yaklaştığı bir ilişki bulunmaktadır. Sonuçlardan yansıyan bu güçlü korelasyon, diğer istasyonlarda ölçülen güneş ışınımı değerlerinin İTÜ'de yapılan aydınlık düzeyi ölçümleriyle karşılaştırılmasına olanak sağlamaktadır. Bir sonraki adımda, bulunan ilişkiler esas alınmak suretiyle, İTÜ istasyonunda ölçülen aydınlık düzeyleri kullanılarak diğer istasyonlar için aydınlık düzeyi değeri hesaplanmaya çalışılmıştır. Ölçüm alınan bölgede veya bölgeden uzak olan alanlar için güneş radyasyonu değerleri Kriging ile interpolasyona tabi tutulmuştur. Bulunan sonuçlar itibari ile İstanbul geneli ve çevresi için aydınlık haritaları oluşturulmuştur. Özellikle İstanbul'un güney kısımlarında gün ışığının makul seviyelerde olduğu değerlendirilmektedir. Sonuç olarak, güneş ışınımı ile dış aydınlık düzeyleri arasında oldukça yüksek bir ilişki vardır. Dolayısıyla güneş ışınımına bağlı olarak aydınlık düzeyi hesabı yapılabilecektir.Günümüzde dış ortam gün ışığı aydınlık düzeyi bilgisi dünyada birçok ülke tarafından araştırılmaktadır. Bunun için uluslararası gün ışığı ölçüm programı çalışmaları yapılmış ve birçok araştırmacı tarafından gün ışığı aydınlık düzeyi modelleri geliştirilmiştir. Bugüne kadar birçok aydınlık düzeyi modeli geliştirilmesine karşın günümüzde en çok bilinen ve sıklıkla referans alınan modellerden biri olan Perez ve ark. tarafından geliştirilmiş aydınlık düzeyi modeli oldukça başarılı bulunmaktadır. Çalışmanın diğer bir adımında, ölçümü yapılan aydınlık düzeyi verileri ile Perez model sonuçları karşılaştırılmış ve ilk bakışta uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Hesaplanan istatistiksel hata sonuçlarında ise başarılı bir modelden beklenenden daha yüksek hata değerleri elde edilmiştir. Bunun için ölçüm değerleriyle gayet uyumlu olan bu model, birtakım iyileştirmeler vasıtasıyla geliştirilmiştir. Meteorolojik değişkenlerden biri olan yağışa geçebilir subuharı miktarının bilinmesi, dış ortam gün ışığı aydınlık düzeyi hesaplamaları için önemli bir adımı oluşturmaktadır. Yukarıda bahsedildiği üzere literatürde en çok kullanılan modellerden biri olan Perez gün ışığı aydınlık düzeyi hesaplama modelinde temel olarak dört atmosferik değişkenden biri olarak yağışa geçebilir subuharı miktarı kullanılmaktadır. Modelde kullanılan yağışa geçebilir subuharı ifadesi yerine daha önce yapılan bir çalışmada İstanbul için özel olarak türetilmiş olan denklem kullanılmıştır. Bu sayede model bölgeye özgü hale getirilebilmiş ve ölçümlere daha yakın sonuçlar elde edilmiştir.Bunun yanında Perez aydınlık modelinde hesaplanan gökyüzü açıklığı ε ifadesinin aldığı değerlere göre gökyüzü kapalılık oranı sekiz kategoride incelenmiştir. Bu ayrık sınıflandırma sonucunda belirlenen modelde kullanılan katsayıların da yine bir sınıftan diğerine atlarken önceki ve sonraki aldığı değer arasında herhangi bir geçiş söz konusu olmamaktadır. Tez çalışmasında aradaki keskin sınıf geçişlerini yumuşatmak için bulanık mantık temelli bir yapay zeka yöntemi olan Adaptif Ağ Tabanlı Bulanık Çıkarım Sistemi (Adaptive-Network Based Fuzzy Inference Systems- ANFIS) yaklaşımı benimsenmiştir. Sonuçta Perez modelinde kullanılan sabit katsayılar yerine, her sınıfta komşuluk ağırlığına göre değişen katsayılar hesaplanmış ve süreklilik konseptini içeren bir bulanık model oluşturulmuştur.Son olarak Perez modelinde kullanılan sekiz ayrık sınıfa alternatif 15, 7 ve 3 sınıflı bulanık modeller ve yine 4 ve 2 ayrık sınıflı bulanık olmayan (klasik) modeller oluşturulmuştur. Bununla birlikte sabit katsayılı ve sabit sınıflı olarak oluşturulan klasik Perez modeli yerine alternatif modellerden istenilenin kulllanılması seçeneği öne çıkmıştır.Tüm modellerden elde edilen sonuçlar, ölçüm değerleri ve klasik Perez ile karşılaştırılmış ve model hatalarına göre değerlendirmeler yapılmıştır. Hata karşılaştırmasında istatistikte en çok kullanılan Yüzde Bağıl Hata (Percentage Relative Error, RE), Yüzde Karesel Ortalama Hatanın Karekökü (Percentage Root Mean Square Error, RMSE) ve Yüzde Ortalama Sapma Hatası (Percentage Mean Bias Error, MBE) değerleri karşılaştırılmıştır. Bunlara ek olarak, hesaplanan sonuçları değerlendirmede `yakalama olasılığı` (probability of detection, POD) ve `yanlış uyarı oranı` (false alarm ratio, FAR) istatistiksel yaklaşımları da kullanılmıştır. Modele yapılan katkılar, olumlu sonuçlar elde edilmesini sağlamıştır.Günümüzde enerji verimliliği konusu oldukça önemli bir yere sahiptir. Bu çalışmanın özellikle enerji verimliliği ve gün ışığı tasarımı konularıyla ilgilenen araştırmacılar için faydalı olacağı düşünülmektedir. Tezde önerilen metot ile ülkemiz menfaatine olarak günümüzde yapılmak istenen enerji tasarrufuna katkı sağlanacaktır. Nowadays, electrical energy is required for devices that we use from lighting to air-conditioning, from mobile phones to computers and from houses to factories. In other words, electrical energy is indispensable in our lives. Energy is also one of the most important factors in understanding the level of development and levels of welfare of countries. Moreover, as in other countries, it is an important factor in enhancing economic and social development as well as the life standards in Turkey. Energy production is mostly achieved by fossil fuel combustion. However, the burning of fossil fuels increases CO2, SO2 and NO2 emissions which cause global warming and climate change. Due to the unfavourable effects of fossil fuels, savings in energy consumption and use of natural resources for energy generation has gained greater importance.Sunlight is the best source for all living creatures. Daylight illumination is one of the most important parameters for comfort life and high level standards because comfort conditions mostly depend on the natural daylighting. Daylight optimization with the use of renewable energy sources contributes to the increase of the potential of economically active population due to technology transfer and the mobilization of internal resources of countries. Daylight thus plays an important role in preventing energy dependence on other countries. For these reasons, energy management has become a necessity. The day-to-day technology has revealed the necessity of minimum electricity consumption by taking advantage of daylight for the sustainability of energy. Unfortunately, in Turkey and especially in Istanbul this limitless source is not used efficiently for illumination in the buildings. Especially artificial illumination engineers should know outdoor properties of cities. Besides, electricity consumption in the buildings has a significant percentage. Instead of natural illumination, typically artificial illumination tools are used and this case causes far more electricity generation and consumption. Developing natural illumination technologies would provide saving energy and conjointly healthy conditions for the human. Moreover, recently natural daylighting has been applied to many buildings and related structures.Daylight illumination is not only important for building designers but also energy analyzers. Generally, global solar radiation measurements are performed habitually by meteorological units. It is necessary to know levels of illumination as well as global solar radiation. Unfortunately, illuminance measurements in outdoor are not as common as solar radiation measurements under realistic sky conditions. One of the important gaps for illuminance research is the lack of measured illumination data in other words especially in Turkey it is not easy to reach measured daylight illumination data not only for time scale but also for regional dependence. Besides, there is no daylighting measurements and modelling around Istanbul which is one of the biggest megacities in the World. The aim of this thesis was to fill this gap of no daylight database exists. Thus, a new research has been started related with daylight illumination. The study examines the data of global horizontal daylight illumination measured in Istanbul between the years 2015-2017 and the global horizontal solar radiation data measured in and around Istanbul. In this context, as a first step, an illumination level measurement sensor (luxmeter) has been installed at the meteorological observation park of Istanbul Technical University (ITU). One-minute time interval measured daylight illumination data are analyzed in detail and compared with the measured solar radiation values between 2015-2017. Along with the installed luxmeter, solar radiation measurements from the previously installed pyranometer at the same station were evaluated simultaneously. In the next stage, measurements are taken one the central meteorological station near Bosphorus as a reference station (ITU) and after that around this station, additional solar radiation data of 7 stations are considered and correlated. If there is a relationship between daylight illuminations and any other parameter, lacking daylight illumination data can be perfectible.There is an excellent relationship between the global solar radiation measured at all stations and the illumination levels measured at the ITU station, where R2 is seen very close to 1.0 from time to time. Cloudiness and air pollution are main components to reduce daylight illumination. The mentioned components take important roles modulating the level of illumination especially in winter, spring and autumn months. This strong correlation reflected from the results allows the comparison of the solar radiation values measured at other stations with the illumination levels at ITU. Then, by using the levels of illumination measured at ITU station, it was tried to calculate the illumination levels for other stations based on the relationships evaluated. The solar radiation values were interpolated by means of simple geostatistical algorithms such as semivariograms and Kriging for the measured area or distant areas. Semivariogram is a spatial model that is used to indicate the relationship between semivariance and the distance. As a result of these findings, daylight illumination maps were prepared for and around Istanbul. It is evaluated that especially at southern parts of Istanbul daylight illumination is moderate. As a result, daylight illumination is highly proportional to the solar radiation. Therefore, the levels of outdoor illumination can be calculated depending on the solar radiation values.Nowadays, the knowledge of daylight illumination is investigated by many countries around the world. Illumination is a basic term used in photometry. Therefore, some information about photometry is required. Some basic terms about photometry and atmospheric parameters which are used to calculate the daylight illumination are explained in the second chapter. International daylight measurement program studies have been carried out in many countries and daylight models have been developed by many researchers. Although many illumination models have been developed so far, one of the most widely known and frequently referenced models, Perez et al. daylight illumination model, is quite successful. In the next part of this study, Perez model results were compared with the illumination data which were measured and at first glance, consistent results were obtained. However, when the statistical errors were calculated, results were higher than expected from a successful model. Hence, this model which is compatible with the measurement values has been developed by some improvements.Knowing the amount of precipitable water vapor, which is one of the meteorological variables, is an important step for the calculation of the daylight illumination level. As mentioned above, one of the most widely used models in the literature, the Perez daylight model uses the amount of precipitable water vapor as one of the four atmospheric variables. Instead of the precipitable water vapor expression used in the model, the equation derived specifically for Istanbul in a previous study were used. In this way, the model could reflect the characteristics of the region and the results were closer to the measurements.Besides, the cloudiness factor was examined in eight categories according to the values of sky clearness, ε, calculated in Perez model. When the coefficients used in the model determined as a result of this discrete classification are jumped from one class to another, there is no transition between the previous and the next value. In the thesis study, Adaptive Network Based Fuzzy Inference Systems (ANFIS) approach, which is a fuzzy logic based artificial intelligence method, has been adopted to soften the sharp class transitions. As a result, instead of the constant coefficients used in the Perez model, coefficients varying according to the weight of neighborhood in each class were calculated and a fuzzy model containing the concept of continuity was formed.In addition to the eight discrete classes used in the Perez model, 15, 7 and 3 classed fuzzy models and 4 and 2 discrete classed non-fuzzy (classic) models were created. In this way, instead of the classic Perez model with fixed coefficients and fixed classes, the option of using the desired model is highlighted.Finally, the results obtained from all the models were compared with the measurement values and the classic Perez model and evaluations were made according to the model errors. In the comparison of errors, the most commonly used Percentage Relative Error (RE), Percentage Root Mean Square Error (RMSE) and Percentage Mean Bias Error (MBE) values were compared. Additionally, probability of detection (POD) and false alarm ratio (FAR) are evaluated as statistical approach. Along with the improvements to the model, successful results were achieved.It is advised that daylight illumination tools immediately should be applied for outdoor and indoor illuminance applications in Istanbul to improve the level of development. This study is aimed especially at researchers interested in energy efficiency, lighting engineers and building design practitioners allowing designers to consider daylight illumination in their projects. Knowing the values of daylight illumination levels is crucial for the use of advanced natural illumination techniques in building designs, improving people's daily life comfort, energy efficiency, global climate change and energy management strategies of countries. In order to develop these strategies, it is necessary to have a database that will allow to make any evaluation about the area of interest. With the method proposed in the thesis, it will contribute to the energy saving that is desired to be made today in the interest of our country. 183

Havayolu ulaşımının atmosferde meydana gelen hava olaylarından doğrudan etkilenmesi, havalimanlarında uçuculuğu etkileyen meteorolojik olayların incelenmesini önemli hale getirmektedir. Havalimanlarında yapılan uçuculuk faaliyetlerinin düzenli ve emniyetli bir şekilde icra edilebilmesi için meteorolojik koşulların belirlenen kıstaslar içerisinde olması gerekmektedir. Meteorolojik koşulların belirlenen kıstasları olumsuz yönde aşması durumunda havalimanı işletmeleri tarafından yapılan uçak iniş-kalkış süreleri, uygulanan pist CAT kategorisi gibi planlamalarında meydana gelen bozulmalar, uçak seferlerinde gecikmeler, divert (yönlendirme), iptallerin ve en önemlisi kaza-kırım meydana gelmesine neden olmaktadır. Havacılıkta meydana gelen birçok kaza-kırımın ve hatta ölümcül kaza meteorolojik kaynaklı olumsuz hava olaylarının yol açtığı bilinmektedir. Bu tür olumsuz hava koşulları havalimanlarında uçuş kapasitelerini düşürülmesi veya kaza-kırım gibi olumsuz durumlara özellikle büyük havayolu şirketlerinde çok büyük maddi kayıpların meydana gelmesine, havalimanı işletmesine plansız kitlesel boyutta yolcu misafir etmeye bağlı olumsuzluklar ve yolcularda ise zamansal kayıplara bağlı olumsuzlukların meydana gelmesine neden olmaktadır. Kuvvetli rüzgar, sis, gök gürültülü sağanak yağış, çok alçak seviye bulutluluk vb. meteorolojik hadiseler hava ulaşımında aksamaların meydana gelmesine neden olan başlıca olumsuz hava olaylarıdır. Sis, görüş mesafesini lokal bazda büyük ölçüde kısıtlayarak hava ulaşımını olumsuz yönde etkileyen en önemli meteorolojik hadisedir. Sis hadisesinin gözlemlendiği havalimanında diğer olumsuz meteorolojik hadiselere göre daha uzun süreli etkili olması ve mevsimselliğe bağlı olarak daha sık meydana gelmesi daha fazla uçuşun olumsuz etkilenmesine yol açmaktadır. Ayrıca sis hadisesinin meydana gelmesinde çevresel faktörlerin (deniz, göl, nehir, tepe, yamaç vb.) etkili olmasına bağlı lokal bazda oluşması öngörülebilirliğinin diğer meteorolojik hadiselere nazaran daha karmaşık ve daha zor hale getirmektedir. Sis tahmin edilmesi en zor hadise olması nedeniyle, havalimanlarında ani öngörülemeyen görüş mesafesinde önemli düşüş ile birlikte uçuşların tüm operasyonlarında aksamlarının meydana gelmesine sebep olmaktadır. Ayrıca sis nedeni ile görüşün düşmesi hem kara hem de deniz ulaşımında da önemli olumsuzlukların meydana gelmesine neden olur. Bu çalışmada Türkiye'de tüm havalimanlarında meydana sis hava olayı incelenmiştir. Havalimanlarında meydana gelen sis hadiseleri havacılık amaçlı yapılan METAR-SPECi gözlemleri incelenerek meydana gelme sıklık analizleri ve sis hadisesinin oluşum mekanizması ve havalimanının bulunduğu çevresel faktörler göz önünde bulundurularak gözlemlenen sis hadisesi türlerine göre sis sınıflandırması yapılmıştır. Ayrıca sis meydana geldiği periyotlardaki sıcaklık, rüzgar, basınç gibi parametreler incelenmiştir. Havalimanlarında pist CAT kategorisi gözlemlenen sis hadisesinin görüş mesafesini ne ölçüde daralttığını ortaya koymak için incelenmiştir. Havalimanlarında gözlemlenen sis hadiselerinin frekans analizi ile özellikle havayolu şirketlerine her havalimanında sis hadisesinin ne zaman ne kadar süre etkili olduğunu ve sis hadisesinin sınıflandırılması ile tahmin edilebilirliğini kolaylaştırılması amaçlanmıştır. Ayrıca Atatürk (LTBA) havalimanında, hidrolojik birim hidrograf yaklaşımını baz alarak sis oluşumdan dağılma sürecine kadar olan zaman aralığını görüş mesafesine bağlı olarak değerlendirmek için rüyetograf (görüş mesafesi birim grafiği) olarak elde edilmesi amaçlanmıştır. Türkiye'deki havalimanlarında bulunana METEOROLOJİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ' ne ait meteoroloji ofislerinde yapılan havacılık amaçlı METAR ve SPECİ gözlemlerinin 2008-2016 yılları arası gözlem verisi incelenerek sis ve sis kombinasyonu hadiseler ayıklanarak her havalimanında sis hadisesinin meydana gelme sıklık-frekans analizleri; yıllık, aylık ve günlük yapılmıştır. Ayrıca sis hadisesinin gözlendiği periyotlarda sıcaklık, rüzgar ve basınç gibi meteorolojik parametrelerinin değişimleri belirlenmiştir. Bu çalışmada üzerinde durulması gereken diğer önemli konu ise her bir havalimanında görülen sis hadisesinin oluşum mekanizmasına dayanan basit objektif bir algoritma sınıflandırılması kullanılarak sis hadisesi karakteristiğine göre yaygın olarak kullanılan 6 sis çeşidine göre sınıflandırılarak, frekans analizleri yapılmıştır. Basit sınıflandırma algoritmasına göre sis hadisesinin başlanan (onset) ilk metar veya speci raporundan en az 6 önceki metar veya speci, sis dağılma (dissipate) ilk metar veya speci raporundan 6 sonraki metar veya speci raporu incelenerek; rüzgar, bulut tabanı yüksekliği, bulut kapalılığı, sıcaklık gibi parametreler incelenerek gözlemlenen sis hadisesi yaygın olarak kullanılan 5 sis çeşidine göre sınıflandırılmıştır. Eğer gözlemlenen sis hadisesi bu algoritmaya göre herhangi bir sınıfa dahil edilememiş ise belirlenemeyen sis (`UNK`) türü olarak adlandırılarak sınıflandırmaya dahil edilmiştir. Ayrıca sadece Atatürk havalimanı (LTBA) için rüyetograf elde edilerek sisli aylara göre incelenmiştir.Çalışmada yapılan analizlere göre bölgesel olarak ele alındığında Marmara bölgesinde kurulu bulunan havalimanlarında sis olayının daha sık meydana geldiği görülmüştür. Lokal olarak bakıldığında sis hadisesinin en fazla sisli gün sayısının Batman (LTCJ), Kocaeli Cengiz Topel (LTCQ), Balıkesir (LTBF), Bursa Yenişehir (LTBR), Ağrı (LTCO) havalimanlarında, en az sisli gün sayısının ise Muğla Imsık (LTBV), Yalova (LTBP), Balıkesir Edremit (LTFD), İzmir Kalkıç (LTFA) havalimanlarında gözlendiği ortaya konulmuştur. Türkiye'deki havalimanlarında sis olayları sonbahar sonu ve ilkbahar başlarına kadar olan periyotlarda daha sık gözlendiği sonucuna varılmıştır. İstanbul Atatürk (LTBA) havalimanında rasat edilen sis olayları %48.1 radyasyon sisi (RAD), %38.9 adveksiyon (ADV) sisi, %11.1 bulut tabanı alçalması (CBL), %1.0 yağış (PCP) sisi oranlarında sınıflandırılmıştır. Afyon (LTAF), Atatürk (LTBA), Bandırma (LTBG), Balıkesir (LTBF), Erzurum (LTCE), Konya (LTAN), Diyarbakır (LTCC), Bursa (LTBR) havalimanlarının CAT kategorisi sınıflandırmasına göre CAT III kategori yüzde (%) oranlarının daha fazla ve sırası ile %53.4, %41.9, %55.2, %51.0, %59.0, %49.9, %55.5 oranında sis hadiseleri gerçekleştiğinde havalimanı pist görüş mesafesine göre CAT III kategorisinde uçuş operasyonları yapılmıştır. Atatürk havalimanında yapılan yarım saatlik (30 dk) metar rasatları baz alındığında 2008-2016 yılları arası sis olaylarının başlangıcı, devamı ve dağılması süresi ortalama 5 saat, 03 dakika sürmüştür. Deniz, su yapılarının veya nehirlere yakın alanlara kurulu havalimanlarında adveksiyon sisinin karasal veya kent içerisinde kalmış havalimanlarına göre daha fazla meydana gelmesi doğaldır. Air transportation is influenced directly from the weather conditions which are occurred in the atmosphere, making it important to study meteorological event affecting volatility at airports. In order to make regularly and safely the volatility activities at the airport, meteorological conditions must be within the specified criteria. If the meteorological conditions go the negative direction, this cause aircraft landing and departure times by airport operators, breaking up in the planning such as applied CAT category, delays in the flights, divert, cancellations and major crashes. It's known that many crashes and even fatal accidents occur negative weather events which are caused by meteorological phenomena. Such negative weather conditions are caused the loss of flight capacities at airports or negative situation such as crashes cause huge financial losses especially at the big airline companies, the negatives due to unplanned massive passengers on airport operation and the negatives are caused on the passengers due to temporal losses. Meteorological conditions such as strong wind, fog, thunderstorm, very low cloudiness which are the major negative weather evets cause difficulties in air transportation. Fog is the most important weather event that affects air transport negatively by restricting sight distance to a large extent locally. At the airport where it is observed the fog incident cause is more effective than the other negative meteorological events and the more frequent occurrence due to seasonality leads to more negative impacts of the flight. In addition, the predictability of local base occurrence due to the influence of environmental factors (sea, lake, river, hill, slope, etc.) is caused more complicated and more difficult than other meteorological events. Due to the fact that fog is the most difficult event to estimate, it cause a sudden unpredictable sight drop in the airports and the delays in all operations of the flights. Besides, with the sight drop fog causes important negatives both land and marine transportation.In this study, the fog weather events were examined that occurred at all airports in Turkey. The frequency analysis of the fog was carried out by examining the fog events in metar and speci observations made for aviation. In addition, fog events are classified according to their occurrence mechanisms. Fog events are also classified based on the types and examined temporal frequencies that characterizes with their duration and intensity. Classifying fog types; along with the objective criteria set out by using meteorological parameters (wind, cloud-base lowering) affecting the fog formation process, are taken into account in some geographical features of the airports. Geographical features are considered in classification. In addition, the parameters are examined such as temperature, wind, and pressure in the periods in which the fog came into existence. At the airport, the track CAT category was examined to show how narrow the visibility range of the observed fog line. With the frequency analysis of fog incident observed at airports, it is aimed to make it easier to predict when and how long the fog line is effective at each airport especially to airline companies and to estimate the fog line by classifying.In the study, the data of 2008-2016 years of Turkish State Meteorological Service metar-speci observations were used. Frequency analyzes of the fog events of the airports were obtained on an annual, monthly and daily basis. In addition, changes in meteorological parameters such as temperature, wind, and pressure were determined during the periods when the fog was observed. The other important topic in this study is frequency analyzes were carried out by using a simple objective algorithm classification based on the mechanism of occurrence of the fog line in each airport and by classifying 6 types of fog which are used extensively due to fog characteristic. If the observed fog line isn't included any class according to this algorithm, it is included to the classification which is called undefined fog type (UNK). In addition, the hydrological hydrograph approach to obtained as a ruyetograph for Atatürk (LTBA) airport is aimed to be evaluated the time interval from the fog formation period according to the visibility.According to the analysis carried out in the study, when it is considered regionally, it is seen that fog events occur more frequently in the airports established in Marmara region. When it is considered locally, it was presented that the fog event was observed mostly foggy days at Batman (LTCJ), Kocaeli Cengiz Topel (LTCQ), Balıkesir (LTBF), Bursa Yenişehir (LTBR), Ağrı (LTCO) airports and at least foggy days at Muğla Imsık (LTBV), Yalova (LTBP), Balıkesir Edremit (LTFD), İzmir Kalkıç (LTFA)airports. Atatürk (LTBA) airport average 5.6 days of year and 2015 year 9 foggy days and Sabiha Gökçen (LTFJ) airport; In 2015, the annual average was 30.8 daysof year and 47 days in total. There was a fog event in the Balıkesir (LTBF) airport that continued for 71 hours without interruption. It was concluded that airports fog events in Turkey are more frequent observed within the periods until at the end of autumn and the beginning of spring. In Erzurum (LTCE) airport, fog events accounted for %91.4 of cold fog, %4.8 of frost fog. When fog occurrences were observed at Atatürk (LTBA) airport, %39.6 of the wind was calm or variables directions and %25.1 was dominated by southwest SW. The fog events observed at Istanbul Atatürk Airport (LTBA) were classified as % 48.1 radiation (RAD), % 38.9 advection (ADV), % 11.1 cloud base lowering (CBL), % 1.0 precipitation (PCP) fog. According to the CAT category classification of the airports of Afyon (LTAF), Atatürk (LTBA), Bandırma (LTBG), Balıkesir (LTBF), Erzurum (LTCE), Konya (LTAN), Diyarbakir (LTCC), Bursa (LTBR) were performed in the category of CAT III according to the airport runway visibility when the fog rates were more than %53.4, %41.9, %55.2, %51.0, %59.0, %49.9, %55.5. Based on half hour (30 min) metar observations made at Ataturk airport, the onset fog, perpetuation and dissipation of fog events between 2008 and 2016 took an average of 5 hours and 03 minutes. It is natural that advection fog more occur than the airports that are left in the inland or in the city to the airports which are established near the sea, water structures and rivers. 71

Yarın hava nasıl olacak, bizi nasıl etkileyecek, bizi neler bekliyor? İnsanlar yüzyıllarıdır tüm bu sorulara cevap aramaktadırlar. Çünkü havanın durumu veya yarın ne olacağı sınıf ve tür ayırt etmeksizin tüm canlıları etkileyen önemli olgulardan bir tanesidir. Havanın nasıl olacağına bağlı olarak, insanlık her zaman yaşam formunu biçimlendirmek veya değiştirmek zorunda kaldığı için havanın anlık ve uzun vadedeki durumu hep merak konusu olarak kalmıştır. Gelişen teknolojinin sunduğu imkanlarla birlikte gözlemlerden yararlanılarak yapılan tahmin çalışmalarının tutarlılığı araştırılmakta ve bu konu ile ilgili çeşitli programlar ve modellerin geliştirilmesine devam edilmektedir. Atmosferin dinamik yapısı, kaotik davranışı ve bir çok meteorolojik elemanlara (değişkenlere) sahip olması, atmosferin uygun şekilde tanımlaması ve tahmin edilebilirliliği konusunda yapılacak her türlü araştırmayı güçleştirmektedir. Bu güçlüğün neticesinde meteorolojik elemanlar ile atmosferik olaylar takımının uzun süreli (en az 30 yıl ) ortalamalarını oluşturan iklimsel yapının ortaya konması zorlaşmaktadır.Mevsimsel hava tahmini son yıllarda üzerinde yoğunlaşılan ve giderek önem kazanan oldukça güncel bir konudur. Şehirleşmenin ve nüfusun artması ile birlikte önemli bir hal almıştır. Her nekadar herhangi bir mevsim içerisinde ekstrem olaylar meydana gelse de, mevsimsel hava tahmininin, bilinen hava tahmininden farkı ani değişimlere sahip olmaması ve gelecek mevsimler için istatistiksel özet içermesidir. Mevsimsel hava tahmininin yüksek doğruluk ile yapılabilmesi; su kaynakları, yenilenebilir enerji kaynakları, zirai rekolteler, ulaşım, turizm, denizcilik ve meteorolojik karakterli afetler gibi durumların önceden planlanlanarak erken uyarı sistemlerinin geliştirilmesi ile mal ve can kayıplarının azaltılması hususunda büyük fayda sağlayacaktır.Atmosferin buhranlı (kaotik) bir yapıya sahip olması nedeni ile formüllerle ve matematik denklemlerle ifade edilmesi oldukça zor ve karmaşıktır. Karmaşık olayların modellenmesi için önemli bir araç olan Bulanık Mantık (BM), günümüzde yaygın bir şekilde çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Bu kullanım alanlarından bir tanesi de atmosferdir. Zira meteoroloji biliminde `soğuk, serin, mutedil, ılık, sıcak, çok sıcak` gibi BM kavramı içerisinde değerlendirilebilecek terimler mevcuttur. Bu düşünceyle tez çalışması için `Bulanık Çıkarım Sistemi (Adaptive- Neuro Fuzzy Inference System – ANFIS)` kullanılmıştır.Bu çalışma kapsamında, ANFIS programı içerisinde ki Sugeno yazılımı kullanılarak 2 girdili, 1 çıktılı ve 3 girdili 1 çıktılı modeller oluşturulmuştur. Ayrıca 1960- 2016 (57 yıl) peryodu için İstanbul Kandilli Rasathanesi istasyonuna ait sıcaklık, bağıl nem ve yağış verileri detaylı olarak ele alınmıştır. Girdi verileri olarak sıcaklık ve bağıl nem, çıktı olarak ise yağış verisi model içerisinde düşünülmüştür. Toplamda 57 yıllık veriler aylık toplamlar halinde değerlendirilerek her ay için aynı ANFIS modeli çalıştırılmıştır.xxGerçekleştirilen model sonuçlarına bakıldığında, özellikle aylık tahminlerde yüksek bir başarı yakalanmıştır. Düşünülen model eğitim ve test verilerine uygulanmış ve bunun sonucunda model başarısına bu süreçlerdeki bağıl hatalar hesaplanarak bakılmıştır.. The atmosphere deeply affects our lives with all the events and phenomena that it has. The phrase `deeply affects our life` is perhaps a shallow expression to describe the importance of the atmosphere. Because all living creatures build their living by considering the effects – situtaions of atmospheric conditions. This process that is begining with construction continues with efforts to protect from possible disasters and events, or challenge to be survive after events with minimum damage. Through the centuries of human experiences, the transfer of experienced events, the events we learned with the explanation of observational inferences, and the development of technology, we have tried to examine them with the help of many methods and models in computer. The fact that our atmosphere has a chaotic structure so it show itselfs as greatest obstacle. Especially in long-term forecasts, this hurdle is felt more and more. The seasonal weather forecast is an issue that has become more and more important in recent years. Work on seasonal weather forecasting in many parts of the world is ongoing at the same time. The fact that considering in long term plans and investments, insreasing population growth and urbanization accordingly triggered these studies. The seasonal weather forecast differs from familiar weather forecast becasuse it doesnt contain sudden cahanges and it contains summary statistics for future seasons. By making the seasonal weather forecast successfully, all sectors interested in human comfort will be able to make healthy action plans in advance and take precautionary measures to prevent possible loss of life and property.In this study, Fuzzy Logic modeling is done and it is aimed to compare the results with both measurement data and other models. Why is the Fuzzy Model selected? Atmosphere has a chaotic structure that plays main role in studies lack of certainty in predicting atmospheric events. Formulas or mathematical equations in various assumptions causes the event to diverge from its true state of event. For this reason Sugeno Software is used in the scope of Fuzzy Logic. A model is occured by using temperature, relative humidity and rainfall data of İstanbul Kandilli Observatory station between 1960 and 2016. The model was set up to have two inputs, one output. Inputs are relative humidity and temperature, and output is rainfall data. In the model tht is created using temperature, relative humidity and precipitation data, 5 memberships is set for temperature and relative humidity data for daily data and monthly total data. The numbers of membership groups have been determined as a result of various trials. Taking 5 intervals for each of the temperature and relative humidity parameter according to the result are that the error is low in the training and test phase, and R2 is high in comparison with the measured data and predicted data. Different input data (temperature and relative humidity) each have 5 varied membership.xxiiFirstly membership groups determination of daily data sets, membership groups of temperature data; cold (-10 20). The membership groups of the relative humidity data are; Low (x < 40), medium (35 1000). The membership groups of the relative humidity data are; Low (x < 1900), medium (1800

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2011, Yenilenebilir enerji kaynaklarına olan yönelme son yıllarda giderek artmaktadır. Bu yöneliş öncelikle potansiyel hesaplamalarıyla başlamış zamanla teknolojilerin uygulamasına geçilmiştir. Teknolojik anlamda güneş enerjisi uygulamaları genelde ısıtma ve elektrik üretme amaçlı olmaktadır. Elektrik üretmede fotovoltaik pil (PV) uygulamaları dünya çapında büyük ivme kazanmıştır. Fotovoltaik teknolojinin en önemli çıkmazı, malzeme özelliklerinden kaynaklanan verim düşüklüğüdür. Buna ilave olarak, uygun yer seçilmemesi bu teknolojideki verimi daha da düşürmektedir. Uygun malzeme özelliklerine sahip fotovoltaiklerin ve yüksek potansiyelli yer seçimlerinin bir araya getirilmesiyle kayıplar en aza indirgenebilir. Bu tez çalışmasında, öncelikle PV pillerin İstanbul iklim şartlarında elektriksel ve ısısal davranışları incelenmek istenmiştir. Bu doğrultuda İTÜ, Meteoroloji Parkına kurulan 750 Wp gücündeki bir sistemde ve çevresinde toplam güneş ışınımı, yayılı güneş ışınımı, atmosfer sıcaklığı, panel yüzey sıcaklığı (hücre sıcaklığı), bağıl nem ve rüzgar hızı değerleri birer dakikalık aralıklarla ölçülmüştür. Belirtilen bu meteorolojik değişkenler ile aynı zamanlı olmak üzere fotovoltaik sistemin ürettiği akım ve gerilim değerleri de depolanmıştır. İstanbul şartlarında PV uygulamalar birçok kişi ve kuruluş tarafından daha önceleri yapılmıştır. Fakat genellikle olaya, sadece elektrik üretimleri veya potansiyel güneş ışınımı uygulamaları şeklinde yaklaşılmıştır. İstanbul iklim şartlarının fotovoltaik elektrik üretimini nasıl ve ne oranda etkilediği net olarak ele alınmamıştır. Aslında bu durum sadece İstanbul değil dünyada da çok az çalışılan bir konu olarak karşımıza çıkmaktadır. Fotovoltaik pil çalışmalarının genelde teknoloji üretimine yönelik olduğu görülmektedir. Bu tez çalışmasında, öncelikle her bir aya ait olmak üzere PV elektrik üretimleri ortalamadan itibaren 0.5, 1.0 ve 1.5 standart sapma aşağı ve yukarı olacak şekilde parçalara ayrılmıştır. Ortalamanın 0.5 standart sapma altı ve daha küçük değerleri “düşük üretim bölgesi”, ortalamanın 1.0 standart sapma üstünden yüksek bölgesi “yüksek üretim bölgesi”, ortalamanın 1.5 standart sapma üstü bölgesi “ekstra yüksek üretim bölgesi” şeklinde bir sınıflandırma yapılmıştır. Ortalamadan 2.0 standart sapma verileri bulunmakla birlikte bunların sayıları çok az olduğundan değerlendirmeye ayrı bir grup olarak alınmamışlardır. Bu tez çalışmasında, her bir meteorolojik değişkenin yukarıdaki paragrafta anlatılan PV elektrik üretim bölgelerindeki değerler ile ilişkilerine bakılmıştır. Buna göre meteorolojik değişkene bağlı olarak elektrik üretimi ne oranda artmakta veya azalmaktadır? Bu artma veya azaltma etkilerini incelemek ve aynı şeyleri karşılaştırmak amacıyla yeni bir yöntem önerisinde bulunulmıuştur. Bu yöntemde gruplara ayrılan PV elektrik üretim değerlerinin toplam güce bölünmesiyle kapasite faktörleri belirlenmiştir. Bu kapasite faktörlerinin ardışık olarak meteorolojik değişkene bağlı artış ve azalış değişim hızı, “değişim katsayısı” olarak adlandırılan bir yeni yöntem ile ele alınmıştır. Bu artış ve azalışlar aynı zamanda her bir değişkenin üretime olan katkısını göstermektedir. Her bir değişkenin toplam değişim katsayısı, mutlak değişim katsayısına bölündüğünde ise değişkenin belirlenen gruptaki “etki katsayısı” elde edilmektedir. Bu çalışmada, daha önce bahsedildiği üzere 750 Wp gücünde, güneş yörünge izlemeli kurulan sistemin elektrik üretim davranışları birer dakikalık arayla ele alınmıştır. Bunun sonucunda toplam güneş ışınımının üretilen elektrik ile olan ilişkisi, şüphesiz ki diğer değişkenlerin önünde gelmektedir. Güneş ışınım değerleri artıkça elektrik üretimi de artmaktadır. Fakat burada dikkat çekilmesi gereken önemli bir nokta, güneş enerjisine bağlı enerji verimliliğinde güneş ışınımı arttıkça verimin artmamasıdır. Bunun temelinde de yüksek potansiyele karşılık üretimin düşük olması yatmaktadır. Toplam güneş ışınımı bu sistemin ve bütün dünyadaki yenilenebilir kaynakların temelini oluşturmaktadır. Bu temel yeterli seviyede olmadığı sürece diğer meteorolojik değişkenler pek önem taşımamaktadırlar. İstanbul şartlarında, özellikle yaz aylarında 1200 W/m2 ye varan toplam ışınım gözlemlenmektedir. Toplam güneş ışınımı ve elektrik üretimi arasında doğrusal bir ilişkiden sadece bütün veriler ele alınırken değil ortalamanın üstündeki değerlerde de söz edilebilir. Bu değişken Şubat ayında % 34 etkili olurken Ağustos ayında % 23 etkili olmaktadır. İkinci meteorolojik değişken olarak yayılı (difüz) ışınım değerleri ele alınmıştır. Bu değişken, toplam ışınıma nazaran daha az etkili olmakta ve doğrusalıkta bozunumlar yaşanmaktadır. Yayılı ışınımın elektrik üretimini genel anlamda sabah, öğlen-ikindi ve akşama doğru olmak üzere farklı gruplarde etkidiği görülmüştür. Ayrıca yayılı ışınıma ait değişim değerleri elde edilmiştir. Bunun sonucunda Şubat ayında % 34 etkili olurken Ağustos ayında ise % 16 etkili olmuştur. Diğer bir değişken atmosfer sıcaklığıdır. Atmosfer sıcaklığı şüphesiz ki toplam güneş ışınımına bağlıdır. Bilindiği üzere PV uygulamalarında, normal test şartları olarak 1000 W/m2 toplam güneş ışınımı ve 25 oC atmosfer sıcaklığı kabulleri vardır. En yüksek verimlilikler bu şartlar altında oluşmaktadır. Bu değerlendirmeler ışığında Ağustos ayı boyunca 25-30 oC ye kadar üretimde artış varken daha sonra sıcaklığın etkisinin sabitlendiği ve yüksek sıcaklıklarda ters etki yaptığı görülmüştür. Şubat ayında ise sıcaklık artıkça üretimin artığı görülmektedir. İlave olarak diğer aylara ait ilişkilendirmeler de yapılmıştır. Bütün seviyeler için değişim değerleri ve etki katsayıları tablolar halinde verilmiştir. Dördüncü değişken olarak hücre sıcaklığı ele alınmıştır. Bu değişken güneş ışınımı, atmosfer sıcaklığı ve malzemenin özellikleriyle ilişkilidir. Özellikle 35-40 oC’ye kadar olan sıcaklıklarda üretimin artığı ve daha yükseklerde ise etkinin tam tersi bir durumun gözlemlendiği görülmüştür. Bu aralıktaki etkiden dolayı yaz aylarında hücre sıcaklığının artışı olumsuz bir özellik olarak ortaya çıkmaktadır. Fakat kış aylarında ise hücre sıcaklığı yüksek değerlere çıkamadığından dolayı üretimi artırıcı bir değişken olmaktadır. Hücre sıcaklığının elektrik üretimini artırıcı ve azaltıcı değişim oranları bulunmuştur. Buna göre Ağustos ayında hücre sıcaklığı % 6 etkili olurken Şubat ayında ise % 24 etkili olmaktadır. Her bir ayın etki katsayıları ayrıca tablolar halinde verilmiştir. Beşinci değişken olarak bağıl nem değerleri hesaba katılmıştır. Bilindiği üzere subuharı gelen güneş ışınımını yayılı ışınıma çevirerek etkisini azaltmaktadır. Bunun yanında, yüzeyden yansıyan uzun dalga boylu ışınım ise sera gazı olarak adlandırılan subuharı tarafından absorbe edilmektedir. Bir anlamda yüzeye çok yakın bir bölgede yüksek subuharı değerleri ısınmayı arttırıcı etki göstermektedir. Yapılan çalışmada düşük bağıl nem durumlarında PV elektrik üretimi artmakta, yüksek değerlerde ise azalmalara sebebiyet vermektedir. Burada şunu ifade etmek gerekir ki, bağıl nem etkisi diğer değişkenler kadar net olamamaktadır. Bu doğrultuda verisi bulunan aylara ait değişim etkileri hesaplanmıştır. Bunun yanında Ağustos ayı için bağıl nem % 19 etkili olurken Şubat ayında % 0.4 etkili olmaktadır. Son değişken ise rüzgar şiddetidir. Aynı zamanda en çok merak edilen değişkenlerden birisidir. Rüzgar şiddetinin hücre sıcaklığını azaltıcı ve böylece üretimi arttırıcı etki göstermesi beklenmekteydi. Aslında yaz aylarında beklendiği gibi oldu, hücre sıcaklığı 25 oC’nin üzerine çıktığında yüksek rüzgar şiddetleri soğutma yapmakta ve bunun sonucunda da üretim artmaktadır. Fakat asıl beklenmeyen kış aylarındaki davranıştır. Rüzgar şiddeti optimum sıcaklık olan 25 oC’den uzaklaştırmaya sebebiyet verdiğinden yüksek şiddette üretimi azaltıcı etki gözlemlenmiştir. Bir anlamda atmosfer ve hücre sıcaklıklarının optimum seviyeye gelmesi rüzgar tarafından engellenmektedir. Rüzgarın arttırıcı veya azaltıcı etki değerleri verisi bulunan her bir ay için hesaplanmıştır. Bunun yanında rüzgarın Ağustos ayında % 15 ve Şubat ayında % 1 etkili olduğu görülmektedir. Meteorolojik değişkenlerin üretime olan katkıları yanında verimle olan ilişkileri de incelenmiştir. Fotovoltaiklerde verim; kapasite faktörü ve enerji verimliliği olarak iki bölümde incelenmiştir. Kapasite faktöründe aylar bazında %20-50 oranında değerler gözlemlenmiştir. Enerji verimliliğinde ise beklenenin altında değerler elde edilmiştir. Özellikle yüksek potansiyel değerlerinde düşük ve düşük potansiyellerde yüksek enerji verimlilikleri yanıltıcı unsurlar olarak görülmüştür. Bütün bunlara ilave olarak FLUENT programında PV yüzeyinin akışı incelenmiştir. Bu incelemede çeşitli yönlerden rüzgar şiddetlerindeki sıcaklık dağılımları ele alınmıştır. Ayrıca fotovoltaik panelin yakın yüzeyi boyunca düşey rüzgar profilleri ve ısı taşınımındaki etkileri ayrıntılı incelenmiştir., To interest renewable energy sources has been increasing recent years. This interest had begun with the calculation of potential then has continued with the application of the technologies. Solar energy applications by means of technology are usually objected to in the field of heating and electricity generation. PV applications in the world have gained as great increase during last decade. The most important dilemma of the PV technology is low efficiency due to the characteristics of the materials. As well, selecting the unfeasible place cause to decrease the efficiency under expectations. Combining the feasible place with the high capacity convenient material, cause to reduce the losses of the system. During this thesis, the first aim is to analyze the electrical and thermal behaviour of PVs under the climatic conditions of Istanbul. For this aim; global solar radiation, diffuse radiation, atmospheric temperature, PV cell temperature, relative humidity and wind speed are measured with one minute time interval from the 750 Wp PV test system constructed in Meteorology Park of ITU. At the same time, current and voltage of this system are also measured. PV applications in Istanbul has been done by many person and institutions before. But they generally thought as only electricty generation or potential of solar radiation applications. The effect of micro climatic conditions on PV electricty has not been researched not only in Istanbul; but also in the world. PVs searches have been generally focused on the technology production and applications. In this study, first PV electricity generation values have been divided into different groups in each month. The first class in which values are less than mean minus 0.5 standart deviation (µ-0.5σ) of total data is called “low generation area”. The “high generation area” consists of the values that are higher than mean plus standart deviation (µ+1.0σ) of data. Finally values higher than mean plus 1.5 standart deviation (µ+1.5σ) of mean could be called as “extra high generation area”. There are too few data higher than mean plus 2 standart deviation (µ+2σ), so they are not divided as another group. In this study, the relationship between PV electricity generation and meteorological parameters which are mentioned above have been considered. A new method is suggested to understand the effects of these parameters on PV electricity generation. In this method, grouped PV electricity generation values are divided to total capacity of PV panel, so different efficiencies are defined. The consecutive increasing and decreasing variations in capacity factors are formed “variation coefficient”. Each variation coefficient is divided by absolute variation coefficient to find “coefficient of influence”. The first meteorologic parameter is considered as global solar radiation. As known, high solar radiation leads to high PV electricity generation. But in here, the important issue is that, energy efficincy does not increase with the radiation. This is because the potantial of PV is high but the electricity generation is low. Especially during summer, maximum 1200 W/m2 solar radiation could be observed. However, as expected, this parameter could not generate electricity such as under these conditions efficiency by 34% in February and 23% in August. The second considered meteorologic parameter is known as diffuse radiation. This parameter is less effective than total solar radiation. For electricity generation by PVs there are different groups for this parameter suc as in the morning, noon-afternoon and berfore sunset. For this parameter, the effective rate is 34% in February and 16% in August. The third considered variable is atmospheric temperature. Of course this parameter changes with the total solar radiation. As is known, in PV applications there are some assumptions like the normal test conditions of 1000 W/m2 solar radiation and atmospheric temperature of 25oC. The highest efficiencies are occurred under these conditions. With these assessments during August there is an increase in production up to 25-30 °C and then reached to fixed value. In February, electricity generation increased with increasing temperature. Relations for other months are evaluated according to mentioned procedure. Acceleration values for all levels and influence coefficients are given in tables. The fourth variable is considered as the cell temperature. This parameter is a function of solar radiation, atmospheric temperature and material properties. Especially around 35-40 °C cell temperature electricity generation is increased and higher values caused to opposite situation. As known that cell temperature increases in summer and so negative effect of cell temperature is observed. However, during winter the cell temperature would not increase too much, this parameter becomes a positive variable. Acceleration rates that reduces and increases the electricity generation are found. Accordingly, cell temperature has 6% effect in August while in February this value increases to 24%. Influence coefficients are given as well as tables for each month. As a fifth meteorological variable relative humidity values are taken into account. In this study, the PV electricity generation in cases of low relative humidity increases, giving rise to a decrease in the higher levels. It should be here to express that the effect of relative humidity is not as clear as the other parameters. Effects of the acceleration data was calculated. In addition, relative humidity has 19% effect for August, while this value decreased to 0.4% in February. Last considered parameter in this research is wind speed. At the same time one of the most curious variable. With increasing wind speed, it would cause to reduce the cell temperature and thus increase the higher generation. Positive situations are observed when the cell temperature was higher than 25 °C, the strong wind cool the solar panel and as a result generation increased. But the unexpected situation was occurred in winter. Wind speed cooled solar panel away from the optimum temperature of 25 oC. In a sense, the optimum temperature of the atmosphere and the cell level is hindered by the wind to come. Increase or decrease values of the wind effect is calculated for each month of data. In addition, the wind in August is seen to be effective as 15% and 1% in February. Besides, their contribution to electricity generation, efficiency with meteorological variables are investigated. Photovoltaics efficiency is considered with two sections, these are capacity factor and energy efficiency. Capacity factor values observed in the rate of 20-50% in terms of months. Energy efficiency values are obtained lower than expected. Particularly low efficiency levels of high potential and low potential of high energy efficiency is seen as misleading elements. In addition to all this, the surface flow of the photovoltaic array is investigated in Fluent program. In this study, temperature distributions under different wind directions are discussed. In addition, heat transfer near the surface of photovoltaic panels and vertical wind profiles are examined in detail., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2011, Yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır. Bununla beraber yenilenebilir enerji kaynaklarının kendi içinde büyük problemleri bulunmaktadır. Bunların başında süreksizlik gelmektedir. Özellikle yenilenebilir enerjiler içinde en fazla uygulama alanı bulan rüzgar ve güneş enerjilerinde bu problem en üst seviyededir. Bu süreksizliklere en iyi (optimum) çözüm bu iki enerjinin birlikte kullanımını sağlayan hibrit sistemlerdir. Uygun alanların seçilmesi ile zaman ve alana bağlı olarak bu enerji kaynaklarındaki süreksizlikler en aza indirgenebilmektedir. Bu çalışmada, ortalama bir evin bütün enerji ihtiyaçlarını karşılayacak bir hibrit enerji sistemi İstanbul Teknik Üniversitesinin Meteoroloji Parkında kurulmuştur. Bu sistemden elde edilen meteorolojik parametrelerin alana ve zamana bağlı modellemesi gerçekleştirilmiştir. Bu modelleme çalışmasında, noktasal toplam yarıvaryogram yöntemi rüzgar şiddetinin alansal temsilinde kullanılmıştır. Ayrıca belirlenen sekiz ölçüm noktasında rüzgar enerji ve ekserji çalışmaları gerçekleştirilecektir. Benzer yöntemler güneş ışınımının modellemesinde de kullanılmıştır. Alansal modellerde bilindiği üzere haritalar büyük önem taşımaktadır. Son yılllarda Weather Research Forecasting (WRF) modeli sayısal hava tahmininde en fazla kullanılan model olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında İstanbul ve civarını kapsayacak şekilde bütün alan 3 km x 3 km boyutlara sahip bölgelere ayrılmıştır. Bu gridlere dayalı olarak alansal ve zamansal tahminler gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmanın ikinci adımı olarak, hem rüzgar hemde fotovoltaik pillerde oluşan enerji kayıpları hesaplanmıştır. Enerji kayıplarının sistemin neresinde olduğunu anlayabilmek ve bunların hesaplamalarında termodinamik açıdan son yıllarda gittikçe önem kazanan ekserji analizi yöntemleri uygulanacaktır. Rüzgar enerjisinde sistemin kurulacağı bölge ve meteorolojik faktörler kayıplarda önemli rol oynarken, fotovoltaik pillerde ise ısıl kayıplar etkilidir. Bundan dolayı tip sistemlere etki eden meteorolojik ve ekserji analizi yapmak için gerekli diğer parametreleri hem alansal hem de zamansal olarak ele elmak gerekmektedir. Kayıpların belirlenmesinden sonra sistemin herbir bileşeni ve toplamı için ekserji verimlilik modelleri gerçekleştirilmiştir. Bu modellerin gerçekleştirilmesi sonucunda sistemin kayıpları belirlenmiş ve bu kayıpların azaltılması için öneriler getirilmiştir. Kısacası bu tez çalışmasında rüzgar-güneş hibrit sistemleri baştan sona kadar ayrıntılı incelenmiş ve İstanbul şartlarında uygunlukları ele alınmıştır. Başka bir ifade ile bu sistemler ile ilgili olarak bütün adımları içine alan bir model ve program geliştirilmiştir., There has been high interest and increasing need for new and renewable energy sources in the world. However, renewable energy sources have many unsolved problems. The main problem is the discontinuity of renewable energy sources with time and space. Especially, discontinuity problems are very high for solar and wind energies that are very important parts of renewable energies. In other words, wind speed that could generate electricity by wind turbines doesn’t occur all the day, and there is no solar irradiation during night and overcast weather conditions. The main solution for these discontinuities is to use hybrid systems. In other words, different energy sources are used together. As a result of selecting proper high potential regions, these discontinuities could be minimized. In this study, a hybrid energy system is installed that could generate total consumption of a standard house, in the meteorological park of Istanbul Technical University. Firstly, spatial and temporal modeling of measured meteorological parameters is evaluated. In the spatial modeling, point cumulative semivariogram (PCS) is applied for wind speed simulation. In addition, for selected eight stations wind energy and exergy properties are searched. The same methods is used for solar irradiation modeling. Photovoltaic solar cells need two parameters that are total solar irradiation and sunshine duration for each selected area. As known that, maps have very important roles for spatial models. Recent years, Weather Research Forecasting (WRF) numerical weather forecast model has been used as a most known model in the literature. In this thesis, for all around İstanbul a grid system that has 3 km x 3 km resolution, is considered and based on these grids outputs spatial temporal estimations results are evaluated. In the second stage of this study, energy irreversibilities of solar photovoltaic cells and wind turbines are estimated. In thermodynamic perspective, it is very important to know irreversibilities of each component of the system and as a result of these, system could be improved via minimizing energy losses. These losses, in other words irreversibilities of each component of the system, could be evaluated with exergy methods which have been discussed frequently during the last three decades. Problems at installation place and meteorological parameters restrictions are the main reasons of losses for a wind turbine. In addition, Betz limit is the main limitation of wind turbine power generation. Like wind turbine power generation limit, materials of solar cells also could not convert solar irradiation to electricity with high efficiency but in contrast to wind turbine, the main factor of irreversibilities of photovoltaic cell system is the heat losses that depend on considered climatological properties. As a result of using measurement and estimation values irreversibilities of each component of the system totally, energy and exergy efficiencies are estimated. For the system designers to know detailed properties of each component this methodology gives chance to minimize losses. In short, in this thesis all of the components and parameters of a wind-solar hybrid system are considered and its convenience to İstanbul climatic conditions is discussed. In other words, models and measurements are compared for all stages of the wind-solar hybrid system., Yüksek Lisans, M.Sc.