Abstract

Bu çalışmada, İstanbul metropoliten alanı için Weather Research and Forecasting
modelinin Advanced Research WRF (WRF-ARW) v4.6.0 çekirdeğiyle yüksek
çözünürlüklü (3 km, iç-içe domain) 72 saatlik bir simülasyon gerçekleştirilmiştir.
Simülasyon dönemi 17 Mayıs 2026 00 UTC ile 20 Mayıs 2026 00 UTC arasını
kapsamaktadır. Başlangıç ve sınır koşulları NOAA NCEP'in GFS 0.25° analiz ve kısa
vadeli tahmin döngülerinden sağlanarak geçmişe dönük dinamik ölçek küçültme
(hindcast) yapılmış; modelin fizik konfigürasyonu Thompson mikrofizik şeması, YSU
gezegensek sınır tabakası şeması, Kain-Fritsch konveksiyon parametrizasyonu
(yalnızca d01) ve RRTMG radyasyon parametrizasyonları ile kurulmuştur. Modelin
meteorolojik performansı, T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı Sürekli
İzleme Merkezi (SİM) hava kalitesi istasyon ağına ait 10 nokta koordinatında, Open-
Meteo reanaliz ürünleri kullanılarak 2 m sıcaklık, 2 m bağıl nem, 10 m rüzgar hızı/
yönü ve yüzey basıncı değişkenleri açısından nicel istatistiklerle değerlendirilmiştir.
Simülasyon dönemiyle örtüşen Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS)
Avrupa Hava Kalitesi Reanalizi verileri; PM2.5, PM10, O₃, NO₂ ve SO₂ kirletici
konsantrasyonları için düzey ve zaman dağılımı bilgisi sunmak amacıyla makaleye
entegre edilmiştir. Sonuçlar, WRF-ARW'nin sıcaklık diurnal desenini ve sinoptik
geçişleri yüksek Pearson korelasyonu (r > 0.92) ve Willmott uyum endeksi (IOA >
0.94) değerleriyle yakaladığını; rüzgar bileşenlerinde yerel topografya kaynaklı yön
sapmalarının gözlendiğini ortaya koymaktadır. CAMS verileri, WRF döneminde birden
fazla istasyonda PM2.5 ve O₃ konsantrasyonlarının Dünya Sağlık Örgütü (WHO) 24
saatlik kılavuz sınırlarına yaklaştığını ya da bu sınırları geçtiğini göstermektedir

Abstract

This study presents a 72-hour high-resolution meteorological simulation (3 km inner domain) of the Istanbul metropolitan area using the Advanced Research WRF (WRF-ARW) v4.6.0 core, covering the period 17–20 May 2026 (00 UTC). Initial and boundary conditions were derived from NOAA NCEP GFS 0.25° analysis and short-range forecast cycles for hindcast dynamical downscaling. The model physics configuration employed the Thompson microphysics scheme, YSU planetary boundary layer scheme, Kain-Fritsch convective parameterization (outer domain only), and RRTMG radiation schemes.

Model meteorological performance was quantitatively assessed at ten SİM (Continuous Monitoring Centre) air quality station coordinates using Open-Meteo reanalysis products as reference, evaluating 2-m temperature, 2-m relative humidity, 10-m wind speed/direction, and surface pressure. Simultaneously, Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) European Air Quality Reanalysis data for PM2.5, PM10, O₃, NO₂, and SO₂ were integrated to provide pollutant concentration context over the simulation period.

Results demonstrate that WRF-ARW successfully captures the diurnal temperature cycle and synoptic-scale transitions, achieving high Pearson correlation (r > 0.92) and Willmott Index of Agreement (IOA > 0.94) for temperature and surface pressure. Relative humidity exhibits a systematic dry bias (MB = −6.48%), attributable to YSU mixing depth overestimation and GFS soil moisture initialization. Wind speed shows a moderate positive bias (MB = +0.55 m/s), with notable performance degradation at coastal and Bosphorus-adjacent stations due to unresolved fine-scale topographic and channelling effects. CAMS data reveal that PM2.5 and O₃ concentrations approached or exceeded WHO 24-hour guideline thresholds at multiple stations during the period, with pollutant peaks temporally coinciding with low wind speed episodes identified in the WRF output, underscoring the role of boundary layer ventilation capacity in urban air quality management.