Monthly Soil Temperature Modeling Using Gene Expression Programming

Toprak sıcaklığı, küresel ve karasal karbon bütçeleri için yer altı süreçlerini kontrol eden kritik bir değişkendir. Ancak, toprak sıcaklığını izleyen az sayıda iklim istasyonu vardır. Bu çalışmada, Antalya, Isparta ve Burdur illeri için hava sıcaklığı, derinlik, bağıl nem ve güneş ışınımı verileri yardımıyla aylık toprak sıcaklığının tahmini için GEP modeli kullanılmıştır. Bu model ölçülen meteorolojik veriler kullanılarak test edilmiştir. Ölçülen ve tahmin edilen toprak sıcaklıkları arasındaki R2 değerleri 0,95 ila 0,97 arasında değişmiştir. GEP modeli ile yapılan tahminler, gerçek toprak sıcaklığı ölçümleriyle iyi bir uyum göstermektedir. Farklı derinliklerde toprak sıcaklıklarının hesaplanması için yeni denklemler sunulmuştur. GEP modelinden elde edilen denklemler, toprak sıcaklığını tahmin etmek için çok pratiktir. GEP modeli ile toprak sıcaklığı tahmini, tarımsal uygulamalar, binaların ısıtılması veya soğutulması ve toprak kaynaklı ısı pompası uygulamaları gibi işlemlerde oldukça yardımcı olacaktır. 

Monthly Soil Temperature Modeling Using Gene Expression Programming

Soil temperature is a critical variable controlling below-ground processes for global and continental carbon budgets. However, there are an insufficient number of climatic stations monitoring soil temperature. In this study, GEP model was used for estimation of monthly soil temperature using air temperature, depth, relative humidity and solar radiation data for the Antalya, Isparta, and Burdur in Turkey. This model was tested using measured meteorological data. The values of R2 between observed and predicted soil temperatures ranged from 0.95 to 0.97. Predictions with GEP model show good agreement with actual soil temperature measurements. New equations are presented for calculation of soil temperatures at different depths. The GEP-based formulations are very practical to predict soil temperature. Soil temperature prediction with GEP model is helpful in various processes, including agricultural decision, heating or cooling of buildings and ground-source heat pump applications.

___

  • Gao Z., Horton R., Wang L., Lıu H., Wen J. 2008. An improved force-restore method for soil temperature prediction, European Journal of Soil Science, 59(5):972–981.
  • Citakoglu H. 2017. Comparison of artificial intelligence techniques for prediction of soil temperatures in Turkey, Theoretical and Applied Climatology, 130(1-2):545-556. Talaee P., H. 2014. Daily soil temperature modeling using neuro-fuzzy approach, Theoretical and Applied Climatology, 118(3):481- 489.
  • Behmanesh J., Mehdizadeh, S. 2017. Estimation of soil temperature using gene expression programming and artificial neural networks in a semiarid region, Environmental Earth Sciences, 76(2), 76.
  • Kermani M. 2013. Hydrometeorological Parameters in Prediction of Soil Temperature by Means of Artificial Neural Network: Case Study in Wyoming, Journal of Hydrologic Engineering, 18(6):707-718.
  • Kim S., Singh V. P. 2014. Modeling daily soil temperature using data-driven models and spatial distribution, Theoretical and Applied Climatology, 118(3):465–479.
  • Kisi O., Tombul M., Kermani M. Z. 2015. Modeling soil temperatures at different depths by using three different neural computing techniques, Theoretical and Applied Climatology, 121(1-2):377–387.
  • Mihalakakou G. 2002. On estimating soil surface temperature profiles, Energy and Buildings, 34(3):251-259.
  • Bilgili M. 2010. Prediction of soil temperature using regression and artificial neural network models, Meteorology and Atmospheric Physics, 110(1-2):59 –70.
  • Kisi O., Sanikhani H., Cobaner M. 2017. Soil temperature modeling at different depths using neuro-fuzzy, neural network, and genetic programming techniques, Theoretical and Applied Climatology, 129(3-4):833-848.
  • Wu W., Tang X. P., Guo N. J., Yang C., Lui H. B., Shang Y. F. 2013. Spatiotemporal modeling of monthly soil temperature using artificial neural networks, Theoretical and Applied Climatology, 113(3-4):481–494.
  • Ferreira C. 2006. Gene expression programming: mathematical modeling by an artificial intelligence (Vol. 21). Springer.
  • Ferreira C. 2002. Combinatorial Optimization by Gene Expression Programming: Inversion Revisited. In J. M. Santos and A. Zapico, eds., Proceedings of the Argentine Symposium on Artificial Intelligence,160–174, Santa Fe, Argentina.
  • Ferreira C. 2001. Gene Expression Programming: A New Adaptive Algorithm for Solving Problems, Complex Systems, 13(2): 87–129.
  • Ferreira C. 2006. Designing Neural Networks Using Gene Expression Programming. In A. Abraham, B. de Baets, M. Köppen, and B. Nickolay, eds., Applied Soft Computing Technologies: The Challenge of Complexity, 517–536, Springer-Verlag.
  • Talaee P., H. 2014. Daily soil temperature modeling using neuro-fuzzy approach, Theoretical and Applied Climatology, 118(3):481- 489.
Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 2012
  • Yayıncı: Bitlis Eren Üniversitesi Rektörlüğü
Sayıdaki Diğer Makaleler

Gen İfade Programlama Kullanılarak Aylık Toprak Sıcaklığının Modellenmesi

Kazım KUMAŞ, Erkan DİKMEN, Arzu ŞENCAN ŞAHİN

Cell-Based Experimental Analysis of a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC)

Adem YILMAZ, Seyfi ŞEVİK, Rifat YAKUT

Benzen Uçucu Organik Bileşiğinin Badem Kabuğundan Üretilen Char Üzerine Gaz Fazı Adsorpsiyonu: Kinetik, Denge ve Termodinamik

Sinan KUTLUAY

Bir Kesikli Sistemde Posidonia oceanica (L.) Deniz Çayırları Kullanılarak Hg (II)’nin Sulu Çözeltiden Biyosorbsiyonu: Denge ve Kinetik Modelleme

Dilek YILDIZ, Ahmet DEMİRAK

Determination of Biogenic Amine Formation and Microbiological Changes in Carp (Cyprinus carpio L., 1758) During Frozen Storage

Tuncer ÇAKMAK, Yakup Can SANCAK

Ağırlıklandırılmış Çizgelerde Tf-Idf ve Eigen Ayrışımı Kullanarak Metin Sınıflandırma

Taner UÇKAN, Cengiz HARK, Ebubekir SEYYARER, Ali KARCI

Sıçan Böbrek Dokusunda Bakırın Neden Olduğu Oksidatif Stres ve DNA Hasarlarına Karşı Astaksantinin Etkisi

Aydın Şükrü BENGÜ, Mehmet Sait İZGİ, Mahire BAYRAMOGLU AKKOYUN, H. Turan AKKOYUN

Plücker Konoidi ile İlgili Bir Nevi Işın Kongrüanslarının Simetri Özellikleri

M. Zihni TEMEL

Sıvı Pd25Ni75 Nanoparçacıklarının Katılaşma Süreci Üzerine Soğutma Oranının Etkisinin Moleküler Dinamik Benzetişim Yöntemiyle İncelenmesi

Ünal DÖMEKELİ, Murat ÇELTEK, Sedat ŞENGÜL

Investigation of Thermodynamic Properties of Ni30Ti50Cu20 Shape Memory Alloy

Ercan ERCAN, Fethi DAĞDELEN, Mediha KÖK, Esra BALCI