Spatial and temporal variation of O3, NO and NO2 concentrations at rural and urban sites in Marmara region of Turkey
Türkiye Marmara bölgesinin kırsal ve kentsel bölgelerindeki O3, NO ve NO2 konsantrasyonlarının mekansal ve zamansal değişimi
- Tez No: 467053
- Danışmanlar: PROF. DR. SALAHATTİN İNCECİK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Meteoroloji, Meteorology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 107
Özet
Çevre kirliliğinin insan ve canlı varlıklar üzerindeki etkisi oldukça büyüktür. Sanayileşme beraberinde getirdiği birçok avantajın yanında hava kalitesinin bozulmasını da gündelik yaşama dahil etmiştir. Bu etkiyi görmek ve insan sağlığını korumak amacıyla gerekli önlemleri almak için oluşturulan yönetmelikler ile kısa ve uzun vadeli limit değerler belirlenmektedir. Aşağı atmosferde oluşan ozon ikincil bir kirletici olup 21. yüzyılın en önemli kirleticilerinden bir olarak kabul edilmektedir. Yer seviyesinde oluşan ozon doğrudan atmosfere salınmaz, güneş ışınlarının da etkisiyle uçucu organik birleşikler ve azot oksitlerle kimyasal tepkimeler sonucu meydana gelir. Ozonu oluşturan öncül kirleticiler sanayi, trafik, konutlar ve enerji gibi çeşitli kaynaklardan ortaya çıkmaktadır. Üç atomdan oluşan ozon stratosferde insan sağlığını koruyabilen bir bileşik olurken aşağı atmosferde ve yüzeyde ozonun yüksek değerleri insan sağlığını tehdit etmekte ve özellikle astım hastaları, çocuklar ve yaşlılar için tehlike oluşturmakta, ekosisteme de zarar vermektedir. Ozon kirliliğine doğrudan maruz kalmak solunum problemlerine ve erken ölümlere neden olduğu belirlenmiştir. Bu nedenle ozon konsantrasyonununu analizi insan sağlığı en başta olmak üzere pek çok bilimsel çalışmanın konusu olmuş ve olmaya da devam etmektedir. Ozon için Avrupa Birliği'nin belirlediği limit değeri günlük ortalama 8 saat (10:00-18:00LST) için 120µg/m3'dir. Bu değer bir takvim yılında 25 günü aşmamalıdır. Azotoksitler hava kirliliğine neden olan en önemli gazların başında yer alır. Şehirleşmenin fazla olduğu bölgelerde azotoksitlerin en büyük kaynağını yanma kaynakları ve motorlu araçlartrafik oluşturur. Motorlu taşıtlardan salınan bu tür gazların kararlı yapıya sahip olmaları nedeniyle rüzgar yardımıyla çok uzak bölgelere taşınabilirler. Azot okistlerin bir diğer kaynağı da son derece yüksek emisyonlara sahip olan fosil yakıt kullanan termik santrallerdir. Ancak bu çalışmanın kapsamı içerisinde daha çok trafik kaynağı göz önüne alınmıştır. Bu tez çalışmasında Türkiye'nin nüfus, sanayi ve tarım bakımından en önemli bölgesi durumunda olanMarmara Bölgesi'nin ozon ve ozon öncüllerinin seviyelerinin zamansal ve mekânsal özellikleri araştırılmış ve yol açtığı sonuçlar irdelenmiştir. Çalışmada Marmara Bölgesi'nin sahip olduğu yüzey topografyası, nüfusu, ekonomisi, meteorolojik şartları ve emisyon kaynakları göz önüne alınarak bölgede ilk kez oluşturulan kapsamlı ölçüm ağına ait saatlik O3, NO ve NO2 verileri kullanılmıştır. Bu amaçla Marmara Bölgesi'ndeki yüzey ozonunun davranış biçimini anlamakve ortaya çıkan bilgiyi artırmak amacıyla, kentsel ve kırsal kesimlerde ölçülen yüzey ozonunun NO ve NO2 öncüllerinin mevsimsel, aylık ve günlük değişimlerinin Mart 2013'ten Nisan 2016'ya kadar değerlendirilmesi yapılmıştır. Çalışma verileri Mart 2013-Mart 2016 tarihlerini kapsayan saatlik O3, NO ve NO2 konsantrasyonlarından meydana gelmektedir. T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı gözetiminde olan Marmara Temiz Hava Merkezi'nden temin edilen saatlik konsantrasyonlar 7 adet kırsal 15 adet kentsel bölgeleri kapsamaktadır. 38 adet ölçüm istasyonundan sadece Balıkesir Erdek, Bursa Kültür Park, Bursa Uludağ Üniversitesi, Çanakkale Çan, Çanakkale Lapseki, Edirne Karaağaç, Edirne Keşan, İstanbul Başakşehir, İstanbul Esenyurt, İstanbul Kağıthane, İstanbul Şile, İstanbul Silivri, İstanbul Sultanbeyli, İstanbul Sultangazi, Kırklareli Limanköy, Kocaeli Gölcük, Kocaeli Kandıra, Kocaeli Körfez, Kocaeli Yeniköy, Sakarya Ozanlar, Yalova Altınova, Yalova Armutlu olan toplamda 22 adet ölçüm istasyonu verileri tez kapsamında kullanılmıştır. Bu çalışmada ozon ve ozon öncülleri olarak bilinen NO, NO2 nin mevsimlik ve günlük değişimleri incelenmiş ayrıca kentsel ve kırsal bölgelerdeki haftaiçi haftasonuna ait analizlerine de yer verilmiştir. Ozon hem kırsal ve hem de şehir ortamında en yüksek değerde yaz mevsiminde meydana gelirken, bunu ilkbahar, sonbahar ve kış mevsimleri izlemektedir. NO ve NO2 konsantrasyonları için ise bu dizilişin tersi geçerlidir. NO kısa ömürlü bir kirletici olup atmosferde NO2'ye oksitlenerek O3 üretimine katkıda bulunur. Ozon konsantrasyonlarının oluşumunda ozon öncülleri yanı sıra kimyasal tepkimeleri tetikleyen güneş radyasyonunun yaz mevsiminde eriştiği değerler yüksek ozon seviyelerinin sebebidir. Kış mevsiminde ısınma nedeniyle ortaya çıkan yüksek azot oksit konsantrasyonları ise NO ve NO2 nin kış mevsiminden itibaren azalarak devam eden paternini ortaya koymaktadır. Bu çalışmada mevsimli değişimler yanısıra ozon, OX (NO2 + O3) ve NOx (NO + NO2) nin kırsal ve şehir istasyonlarındaki günlük değişimleri de araştırılmıştır. OX konsantrasyonları ozon ve NO2 konsantrasyonlarını içerdiğinden bölgesel ve lokal etkilerinin katkısını en iyi şekilde açıklamaktadır. OX'in bu üstünlüğü ozonu fotokimyasal üretim oranının incelenmesinde onu en iyi ölçü haline getirir. Ozon, NO, ve NO2 nin pik yaptığı saatler kırsal ve şehir atmosferlerindeki çeşitli farklılıklar göstermektedir. Kırsal bölgelerde O3 konsatrantrasyonu saat 15:00 LST civarında günlük maksimum değerlerine ulaşırken (70-85 µg/m3) ozon öncüllerinde bu durum farklılık gösterir. Kırsal alanlarda ozonun aşım yüzdeleri %2.2-32.2 arasında değişim göstermektedir. Kentsel alanlarda ise bu oran %0-16.7 arasında değişmektedir. Marmara Bölgesi'nde kırsal alanlarda ozon için bulunan en kritik bilgi Avrupa Birliği Hava Kalitesi limit değerinin Yalova Armutlu'da yılda ortalama 58 günü bulmasıdır. Marmara Bölgesi içerisinde şehir ortamlarında ölçülen NOx (NO+NO2) konsantrasyonlarının trafiğin en yoğun olduğu sabah saatlerde en yüksek değerlere ulaştığı görülmüştür. Örneğin bu zaman dilimlerinde kırsal bölgelerde görülen maksimum NOx konsantrasyonları 35-50 µg/m3 iken kentsel bölgelerde 75-85 µg/m3 değerlere ulaşmıştır. NOx konsantrasyonlarına ait sabah ve akşam öncesi meydana gelen iki pik bölgenin şehir karakterini yansıtmaktadır. NOx Günlük çalışmaların yanı sıra özellikle kırsal alanda ozon üretiminde lokal ve bölgesel katkılar araştrılmak üzere OX konsantrasyonlarına karşı NOx konsantrasyonları gece (19:00-09:00) ve gündüz (10:00-18:00LST) saatlerinde ayrı ayrı ele alınıp kırsal bölgelere ait bölgesel katkılar istatatistiksel olarak da analiz edilmiştir. İlkbahar ve yaz aylarında yüzey ozon konsantrasyonu, sonbahar ve kış aylarındaki konsantrasyondan daha fazla değişkenlik göstermektedir. Ozonun ortalama en yüksek konsantrasyonu Yalova Armutlu'da (91.3 μg / m3) meydana gelirken, en düşük konsantrasyon İstanbul Kağıthane'dedir (49.8 μg / m3). 3 yıllık veriler kullanılarak ozon mevsimi olarak adlandırılan Nisan-Eylül ayları için ek çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Ozon konsantrasyonlarının hafta sonu etkisi, kırsal alanlarda açıkça görülmüştür. Bu çalışmada hafta sonu kavramı olarak Cumartesi gününün de kısmen çalışma günü olabilmesi nedeniyle Pazar günü seçilmiştir. Hafta sonu O3 konsantrasyonlarının en yüksek ortalaması Yalova Armutlu'da 92.34 μg/m3 ile, en düşük ortalama ise Sultangazi'de 55.3 μg/m3 şeklindedir. Ozon kirletcisinin kırsal bölgelerde lokal kirletcilere katkısının olmadığını anlamak için regresyon analizleri yapılmış ve HYSPLIT yörünge modellerinden oluşan bir modelleme sistemi kullanılmıştır. Kırsal bölgelerde taşınımla ulaşan hava parsellerinin yörüngelerini ve dolayısıyla taşınan Ozon öncül kaynaklarını belirlemek için Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi (NOAA)'nın Hava Kaynakları Laboratuvarı tarafından geliştirilmiş Hibrid Tek Parçacık Lagrange Entegre Yörünge Modeli (HYSPLIT - Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model) tez çalışmasında kullanılmıştır. Hybrid Tek Parçacıklı Lagrangian Entegre Yörünge Modeli kullanılarak hesaplanan 500 m yüksekliğinde 48 saat geri dönüş yörüngelerini değerlendirmek için Mart 2013 ile Mart 2016 tarihleri arasında yer alan ozon mevsimleri (Nisan - Eylül) için Marmara bölgesinde 00.00 UTC'den başlayan ozon seviyelerinin yüksek olduğu iki alıcı ölçüm bölgesi olan Şile ve Yalova Armutlu kırsal alanlarında üç boyutlu geri-yörüngeler hesaplanmıştır. Şile alıcı bölgesi için hesaplanan geri yörünge sayısı 435 iken Yalova Armutlu alıcı bölgesi için geri yörünge sayısı 151 şeklinde hesaplanmıştır. k–ortalama yörünge kümelemesi istatistik tekniğiyle hava kütlelerinin kaynağı belirlenmiştir. HYSPLIT modeliyle en yüksek episodik değerlerin görüldüğü kırsalda hava parsellerinin %90'ına yakını kuzeyli rüzgarlarla taşındığı görülmüştür. Hava parselleri kümeleme yöntemiyle 5 yörüngeye ayrılmış ve yaklaşık 100µg/m3 konsantrasyonlu ozone kirleticilerinin bölgeye taşındığı belirlenmiştir. Hava parselleri %27, %27, %17, ve %18'lik yüzdelere ait hava parsel kümelerinin ozon mevsimi boyunca kuzeyden alıcı bölge olan Şile'ye geldiği görülmüş ve sadece %11'lik hava parselinin güneybatıdan bölgeye ulaştığı saptanmıştır. Ozonun günlük konsantrasyon değerleri hesaplanırken lokal saat ile 10:00-18:00 saatleri göz önüne alınmıştır. Günlük maksimum ozon konsantrasyonunun artırılması, Marmara Bölgesi'nin birçok bölgesinde, özellikle Yalova, Şile ve Erdek'te insan sağlığı üzerinde olumsuz etkiler yaratabilir. Marmara Bölgesi'ndeki kırsal alanlar için orman ve bitki örtüsüne verilen ozon hasarını değerlendirmek için 40 ppb (AOT40) eşik değerinde biriken ozon maruziyeti gerçekleştirilmiştir. Avrupa Birliği Direktifi ile bitki örtüsü için belirlenen AOT40 sınır değeri 3000ppb*sa (6000µg/m3*sa) iken orman alanları için 10000 ppb*sa (20000µg/m3*sa)'dir. AOT40 indeksi hesaplanmasında 40 ppb değerinin üzerini aşan günlük değerlerin 08:00-20:00LST saatleri arasında Nisan-Eylül aylarındaki değerleri göz önüne alınmıştır. Bitki örtüsü ve ormanların korunması için AOT40 sınırlarının aşılmaları, bölgede AOT40 değerlerinin aşırı yüksek olduğunu göstermektedir. Türkiye'nin tarım alanlarının yaklaşık %12'sini bulunduran Marmara Bölgesi'nde tarımsal üretim alanlarının çoğunlukla kırsal alanlarda Avrupa Birliği direktifi ile belirlenen kritik seviyenin 6.1 kat aşılması pek çok tarım ürünleri için bölgede hasat kayıplarına yol açacağını göstermektedir. Benzer tehdit bölgede yer alan orman alanları için de geçerlidir. AOT40 indeks değerleri, karar vericiler için son derece önemli göstergelerdir. Yapılan bu tez çalışmasının sonuçları Marmara Bölgesi'ne ait hava kalitesini değerlendirmek üzere önemli bir kaynak ve temel oluşturabilecektir.
Özet (Çeviri)
The first continuous hourly surface ozone, NO and NO2 data used in this study, were collected from Marmara Clean Air Center (under the supervision of the Republic of Turkey Ministry of Environment and Urbanization). Both meteorological conditions and its surface topography make the Marmara region ideal for assessing the surface ozone and its spatial and temporal characteristics. To increase the knowledge of surface ozone behavior in Marmara Region, seasonal, monthly and daily variations of surface ozone and its precursors NO and NO2 measured at rural and urban sites were assessed from March 2013 to April 2016. Surface ozone concentration during spring and summer showed a much greater variability from day to day than was displayed during the fall and winter months in Marmara Region. Surface ozone concentration during spring and summer showed a much greater variability from day to day than was displayed during the fall and winter months. The average highest concentrations of ozone occurred in Yalova Armutlu (91.3 μg/m3) while the lowest concentrations occurred in the Istanbul Kagıthane (49.8 μg/m3) during the study period for ozone season. The weekend effect on surface ozone was clearly observed at rural sites. The highest average of weekend (Sunday) O3 concentrations occurred in Yalova Armutlu with 92.34 μg/m3 while the lowest was occurred in Sultangazi with 55.3 μg/m3. The average highest concentrations of ozone occurred in Yalova Armutlu while the lowest concentrations occurred in the Istanbul Kagıthane during the study period during ozone season. In order to determine the transport processes in this region, a study was carried out to assess the type of air masses which reach the area, 48-hr back trajectories at an altitude of 500m agl computed using Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model (HYSPLIT) model were performed. Three dimensional back- trajectories were computed for two measuring sites (Şile and Yalova rural sites) where the ozone levels were higher in Marmara region, starting at 00.00 UTC, for the ozone seasons (April – September) between March 2013 and March 2016. k-means trajectory clustering was used to determine typical pathways of air masses determining the source and the origin of the air masses in the atmosphere. Increasing daily maximum ozone concentration may apply negative impacts on human health in many areas of Marmara Region, particularly in Yalova, Şile and Erdek. To evaluate the ozone damage to forest and vegetation for rural sites accumulated ozone exposure over a threshold of 40 ppb (AOT40) was performed in order the region. The exceedances of the AOT40 limits to protect vegetation and forests showed an excessively high AOT40 values seriously threaten forest and vegetation cover and agricultural production in the region in Marmara Region which has 12% of the agricultural areas of Turkey in particular for the agricultural production areas. The findings indicate that the AOT40 index values in the Marmara region are extremely important indicators for decision makers.
Benzer Tezler
- Investigation of the change of NO2 pollution during the pandemic period using satellite retrievals in Marmara region
Marmara bölgesinde uydu verileri kullanılarak NO2 kirliliğinin pandemi döneminde değişiminin incelenmesi
ALİ OSMAN ÇEKER
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURÇAK KAYNAK TEZEL
- Atmosferik partikül (PM2.5) ve gaz fazlı (O3 ve NOx) kirleticilerin seviyelerinin, kaynaklarının, mekânsal ve zamansal değişimlerinin incelenmesi: Dilovası örneği
Investigation of levels, sources, spatial and temporal variations of atmospheric particulate (PM2.5) and gaseous phase (O3 ve NOx) pollutants: Dilovasi case
MELEK KELEŞ ÖZGÜL
Doktora
Türkçe
2022
Çevre MühendisliğiBolu Abant İzzet Baysal ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA ÖZTÜRK
- Marmara Bölgesi'nin kırsal ve kentsel alanlarında PM10, PM2.5 konsantrasyonlarının yersel ve zamansal değişimi
Spatial and temporal variation of PM10 and PM2.5 concentrations at urban and rural sites of Marmara Region
ECE ÖZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Meteorolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMeteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SALAHATTİN İNCECİK
- Spatial and temporal distribution of inorganic and organic pollutant concentrations at Northwestern Anatolia
Organik ve inorganik kirletici konsantrasyonlarının Kuzeybatı Anadolu'da mekansal ve zamansal dağılımı
UFUK SARISALTIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN GÜRDAL TUNCEL
PROF. DR. COŞKUN YURTERİ
- Konya ili hava kalitesinin zamansal, mekânsal değişimi ve sağlık risk değerlendirmesi
Temporal and spatial change of air quality in Konya province and health risk assessment
HALİL AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Çevre MühendisliğiAksaray ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EBRU KOÇAK