İklim değişikliğinin deniz seviyesinin yükselmesine ve fırtınaların şiddetlenmesine yol açmasıyla birlikte, küresel kıyı şeritleri benzeri görülmemiş erozyon riskleriyle karşı karşıya kalmaktadır. Bununla birlikte, özellikle uzun vadeli eğilimler söz konusu olduğunda, kıyı şeridi değişimini doğru bir şekilde tahmin etmek zordur. Yakın zamanda, ShoreShop2.0 uluslararası işbirliği çalışması, kör test yöntemiyle 34 kıyı şeridi tahmin modelinin performansını değerlendirerek, kıyı şeridi modellemesinde mevcut en son teknolojiyi ortaya koymuştur.

Kıyı şeridi, dalgalar, gelgitler, fırtınalar ve deniz seviyesinin yükselmesi nedeniyle sürekli değişen, karanın denizle buluştuğu dinamik bir sınırdır. Dünya genelindeki kumlu kıyı şeritlerinin yaklaşık %24'ü yılda 0,5 metreyi aşan bir hızla geriliyor ve ABD Körfez Kıyısı gibi bazı bölgelerde yıllık erozyon oranı 20 metreyi bile aşıyor.

Kıyı şeridindeki değişimi tahmin etmek doğası gereği zor ve karmaşıktır; dalga enerjisi, sediment taşınımı ve deniz seviyesinin yükselmesi gibi birçok faktörün etkileşimini dikkate almayı gerektirir. Uzun süreler boyunca doğru tahminler yapmak ise daha da zordur.

Modern kıyı şeridi tahmin modelleri üç kategoriye ayrılabilir: Birincisi, akışkan mekaniği ve sediment taşınım denklemlerine dayanan Delft3D ve MIKE21 gibi fiziksel simülasyona dayalı modeller; ikincisi, CoSMoS-COAST ve LX-Shore gibi fiziksel prensipleri veri odaklı yöntemlerle birleştiren hibrit modeller; üçüncüsü ise LSTM ağları ve Transformer mimarileri gibi tamamen istatistiksel veya makine öğrenme tekniklerine dayanan veri odaklı modeller.

Modellerin geniş çeşitliliğine rağmen, birleşik değerlendirme kriterlerinin olmaması performans karşılaştırmalarını zorlaştırmıştır. Hangi model en doğru tahminleri sunuyor? ShoreShop2.0 kör test yarışması, disiplinler arası karşılaştırmalar için mükemmel bir fırsat sunuyor.

ShoreShop2.0 uluslararası kör test yarışması, son derece titiz bir bilimsel iş birliği biçimidir. Katılımcı ekiplere yalnızca test alanı (koy veya plaj için kullanılan bir kod adı) bildirilir. Konum ve gerçek adı gibi önemli bilgiler, model kalibrasyonunu etkileyebilecek ön bilgilerden arındırılmak için gizlenir. Ayrıca, veriler bölümler halinde gizli tutulur; 2019-2023 (kısa vadeli) ve 1951-1998 (orta vadeli) yılları arasındaki veriler kasıtlı olarak saklanmıştır. Modeller daha sonra kısa ve orta vadeli kıyı şeridi değişikliklerini tahmin eder ve nihayetinde gizli verileri kullanarak doğruluklarını doğrular. Bu tasarım, tamamen bilinmeyen koşullar altında kıyı modellerinin disiplinler arası karşılaştırmalarını mümkün kılar.

15 ülkeden 34 araştırma ekibi, 12 veri odaklı model ve 22 hibrit model olmak üzere toplam 44 model sundu. Bu ekipler Amerika Birleşik Devletleri, Avustralya, Japonya, Fransa ve diğer ülkelerdeki kurumlardan geldi. Bununla birlikte, sunulan modellerde GENESIS gibi ticari modeller ve Delft3D ile MIKE21 gibi fizik tabanlı modeller eksikti.

Yapılan karşılaştırma, kısa vadeli, beş yıllık tahminler için en iyi performans gösteren modellerin CoSMoS-COAST-CONV_SV (hibrit model), GAT-LSTM_YM (veri odaklı model) ve iTransformer-KC (veri odaklı model) olduğunu ortaya koydu. Bu modeller, uydu uzaktan algılama kıyı şeridi verilerindeki 8,9 metrelik doğal hataya benzer şekilde, yaklaşık 10 metrelik ortalama karekök hatası elde etti. Bu, bazı plajlar için modellerin tahmin yeteneklerinin gözlem teknolojisinin sınırlarına yaklaştığını göstermektedir. Elbette, diğer modeller kıyı şeridi değişikliklerini daha iyi yakalayabildi.

Şaşırtıcı bir bulgu, hibrit modelin veri odaklı modelle karşılaştırılabilir bir performans sergilemesiydi. CoSMoS-COAST-CONV_SV (hibrit model), fiziksel süreçleri ve evrişimsel işlemleri birleştirirken, GAT-LSTM_YM (veri odaklı model) mekansal korelasyonları yakalamak için bir grafik dikkat ağı kullanmaktadır. Her iki model de iyi performans gösterdi.

Orta vadeli tahminler açısından, LX-Shore serisi (hibrit modeller) ölçülen verilere en yakın tahminleri sunmaktadır. Kıyı boyunca ve yanal sediment taşınım süreçlerini birleştirerek, bu modeller uzun vadeli istikrarı korurken, ölçülen verilerle en tutarlı tepkileri aşırı fırtına olaylarına karşı göstermektedir. Bu modellerden elde edilen tahminler, tek bir şiddetli fırtınanın 15-20 metreye kadar geçici bir kıyı şeridi gerilemesine neden olabileceğini ve tam toparlanmanın iki ila üç yıl sürebileceğini göstermektedir. CoSMoS-COAST serisi mükemmel bir istikrar sunarken, diğer modeller uzun vadeli sapma ve aşırı tepkiden muzdarip olabilir.

Model sonuçları şunu göstermektedir:veri kalitesiModel performansında önemli bir sınırlayıcı faktördür. Uydu uzaktan algılama verileri geniş bir alanı kapsasa da, zamansal çözünürlüğü düşüktür, genellikle haftalık ila aylıktır, bu da fırtına sonrası hızlı toparlanmayı yakalamayı zorlaştırır. Dahası, anlık su kenarı dalga yükselmesi ve gelgitlerden etkilenir, bu da model tahminlerini etkileyebilecek geçici hatalara yol açar.

Çalışma, sağlam iki boyutlu filtreleme teknikleri gibi uzamsal-zamansal veri düzeltme yöntemlerinin model performansını önemli ölçüde iyileştirebileceğini ortaya koymuştur. Daha sonra, optimize edilmiş veri ön işleme sayesinde, kör olmayan test modellerinde ortalama hata %15 oranında azalmıştır.

Sağlam 2B Yumuşatma, kıyı şeridi uydu verilerindeki gürültüyü işlemek için özel olarak tasarlanmış gelişmiş bir sinyal işleme yöntemidir. Esasen, ağırlıklı en küçük karelere dayalı yinelemeli bir filtreleme algoritmasıdır ve uydu görüntülerindeki geçici dalga gürültüsü gibi aykırı değerlere karşı oldukça dayanıklıdır.

Model tahminleri için kritik öneme sahip bir diğer faktör ise kıyıya yakın dalga verilerinin doğruluğudur. Şu anda dalga verileri, küresel dalga yeniden analiz verilerinin kıyıya yakın bölgeye dönüştürülmesindeki hatalar, dalga parametrelerinin kırılma bölgesinden ziyade 10 metrelik izobat çizgisinden çıkarılmasından kaynaklanan sapmalar ve günlük ortalama dalga koşullarının kullanılmasıyla aşırı olayların etkisinin hafife alınması gibi çeşitli hatalardan etkilenmektedir. Bu hataların tümü model tahminlerini etkileyebilir.

Uzun vadeli tahminler için, çoğu model deniz seviyesi yükselmesinin etkisini tahmin etmek amacıyla klasik Brown hareketine dayalı yasayı kullanır. Bununla birlikte, bu yasa sonsuz ve dengeli bir tortul madde tedarikini varsayar ve kıyıdan uzaktaki tortul madde taşınmasının veya plaj beslemesi gibi insan faaliyetlerinin etkilerini göz ardı eder. Bu durum, modellerde önemli sapmalara yol açabilir.

Denge profili teorisine dayanan Brown yasası, deniz seviyesi yükselmesi ile kıyı şeridi gerilemesi arasında doğrusal bir ilişki sağlar. Bu teori, kıyı profilinin bir denge şeklini koruduğunu öne sürer. Deniz seviyesi yükseldikçe, artan yerleşme alanı, bu denge profilinin yeni deniz seviyesine göre şeklini korumak için karaya doğru kaymasına neden olur. Sonuç olarak, teori, kıyı profili karaya doğru kaydıkça, üst plaj tabakasının aşındığını ve aşınan malzemenin açık denize biriktiğini, böylece kıyıya yakın deniz tabanının yükseldiğini ve sabit bir su derinliğinin korunduğunu öne sürer. Brown yasası, kıyı gerilemesinin, plajın eğimine bağlı olarak, deniz seviyesi yükselmesinden 10 ila 50 kat daha fazla olabileceğini öngörür.

Bu çalışma, belirli ihtiyaçlara göre uygun araçların seçimi için bir temel sağlamaktadır. Ayrıca, veri ön işleme çok önemlidir; doğru veri işleme bazen modelin kendisinden daha büyük bir etkiye sahip olabilir. ShoreShop 2.0 ile edinilen deneyimden yola çıkarak, tahmin doğruluğunu artırmak için uydu ve dalga verilerinde iyileştirmeler yapılabilir. Dahası, uzun vadeli tahminlerde yapay olarak bozulan plajların kontrol edilemeyen etkileri de tahmin sonuçlarını önemli ölçüde etkileyebilir. Ayrıca, GENESIS, Delft3D ve MIKE21 gibi ticari modellerin katılımının olmaması önemli bir sorundur.

​Mavi Sınırın Koruyucuları: Frankstar'ın Okyanuslarımızı ve İklimimizi Koruma Amaçlı 11 Yıllık Misyonu

Frankstar, on yılı aşkın süredir deniz çevresi yönetimi alanında öncü konumda yer alarak, en son teknolojiyi ve bilimsel titizliği kullanarak benzersiz okyanus ve hidrolojik veriler sunmaktadır. Misyonumuz sadece veri toplamanın ötesine geçiyor; sürdürülebilir bir geleceğin mimarları olarak, dünya çapındaki kurumları, üniversiteleri ve hükümetleri gezegenimizin sağlığı için bilinçli kararlar almaları konusunda güçlendiriyoruz.