Geri Dön

Estimation emission from crop residue burning based on crop type using remote sensing data: A case study from GAP region

GAP Bölgesi'nde uzaktan algılama verileri ile anız yakımından kaynaklanan emisyonunun ürün bazlı tespiti

PDF İndir

  1. Tez No: 637632
  2. Yazar: KÜBRA BAHŞİ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ELİF SERTEL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 82

Özet

Tarımsal üretim, dünya ülkelerinin ekonomisine önemli kaynak sağlamaktadır. Ülkeler etkin ve sürdürülebilir tarım politikaları oluşturmak amacı ile tarım uygulamalarını detaylıca incelemekte ve yıllık değerlendirme raporları oluşturmaktadır. Her yıl çeşitli komünitelerce yanlış yapılan tarımsal aktivitelere değinilmekte ve bunları düzeltecek hedefler belirlenmektedir. Türkiyede raporlanan başlıca tarımsal problemlerden bir tanesi de anız yakımıdır. Anız yakımı, tarımsal atıkların hasat mevsiminden sonra tarım arazisinde yakılması olarak tanımlanmaktadır. Ekonomik ve zamansal olarak daha avantajlı olduğu ve topraktaki verim miktarını arttırdığı düşünüldüğünden çiftçiler tarafından sıklıkla tercih edililir. İnanılanın aksine anız yakımı uygulamasının doğa, toprak, insan sağlığı ve özellikle hava kalitesi üzerinde zararlı etkileri bulunmaktadır. İlk olarak çevre üzerindeki etkisi incelenecek olursa; yangın, uygulama esnasında komsu bitki örtülerine sıçrayarak sağlıklı bitki alanlarına zarar verebilmektedir. Ayrıca yanmadan kaynaklı meydana gelen dumandan dolayı trafik kazları gerçekleşmektedir. Toprak üzerinde ise toprağın organik madde bakımından en zengin olan üst katmanı yangından zarar görmektedir. Bu durum, toprağın ömürlük veriminin azalmasına neden olup sürdürülebilirliğini düşürmektedir. İnsan sağlığı üzerinde ise astım, solunum yetmezliği gibi akciğer hastalıklarına neden olabilmektedir. Son olarak bu çalışmanın konusu olan hava kalitesi üzerindeki etkisi incelenecek olursa, anız yakımı uygulaması küresel ısınmaya ve hava kirliliğine neden olacak sera gazlarının ve partiküler maddelerin atmosfere salınımını arttırmaktadır. Bu yüzden, günüzümde yürütülen çevresel politikaların büyük bir kısmı, tarımsal kaynaklardan gelen emisyonu azaltmayı amaçlamaktadır. Politikaların etkin ve sürdürülebilir olması için anız yakımı gibi uygulamaların hava kalitesi üzerindeki etkilerinin ve seviyelerinin doğru tespit edilmesi önemlidir. Bu anlamda uzaktan algılama gibi güncel teknolojiler, araştırmacılara, projelere girdi sağlayacak yüksek zamansal ve mekansal çözünürlüklü açık kaynaklı veri sağlarken aynı zamanda arazi çalışmasına ihtiyaç duymadan gelişmiş yöntemler sunmaktadır. Türkiye'nin aksine dünyada uzaktan algılama veri ve yöntemleri ile anız yakımının insan sağlığı ve hava kalitesi üzerindeki etkilerine yoğunlaşmış bir çok çalışma mevcuttur. Türkiye'de ise geçmiş açık kaynak kodlu uydu verilerinin mekansal çözünürlük açısından ülkenin parçalı tarımsal arazilerinde yapılacak çalışmalarda zorluklara neden olmaktaydı. Aynı zamanda, tarımsal analizler için gerekli olan veri sürekliliğinin zamansal çöznürlüğü az olan uydu verileri ile sağlanamaması da anız yakımın etkileri üzerinde yoğunlaşmış çalışmaların yeterince ele alınmamasında etkili omuştur. Bu yüzden bu çalışma güncel uzaktan algılama veri ve yöntemlerini (yüksek mekansal ve zamansal çöznürlüklü açık kaynak kodlu veriler ve platformlar) kullanarak ürün tipi bazlı anız yakımından kaynaklanan emisyon tahmini ile ülkenin anız yakımına ilişkin akademik yayın açığını doldurmayı hedeflemiştir. Ayrıca çalışma uzaktan algılama veri ve yöntemlerinin yanmış alan tespitinde, ürün tipi tespitinde ve emisyon hesabı tespitindeki etkinliğini incelemeyi amaçlamışıtır. Son olarak güncel meteorolojik uydu verilerinin anız yakımı tespiti ve takibindeki avantaj ve dezavantajları incelenmiş ve değerlendirilmiştir. Bu bağlamda, çalışma alanı Türkiye'nin güney doğusunda bulunan ve 9 ilden (Adıyaman, Gaiantep, Kilis, Şanlıurfa, Mardin, Diyarbakır, Batman, Siirt, ve Şırnak) oluşan GAP bölgesi olarak seçilmiştir. Bölge Fırat ve Dicle havzalarının yer aldığı yukarı Mezopotamyada bulunmaktadır. Bölgenin genel arazi örtüsü; dağlık alnalardan, küçük yerleşim alanlarından, sulak alanlardan ve çoğunlulukla tarımsal alanlardan oluşmaktadır. Bölgenin toplam nüfus ve yüz ölçümü Türkiye'nin \%11' ini kapsamaktadır. Bölgenin çalışma lanı olarak seçilmesi iki temel sebebe dayanmakatdır. İlki 1989 yılında çalışma alnına uygulanan GAP Projesi ile tarımsal aktivitelerin artması ve bölgenin tahıl üretiminde ülkede birinci sıralara yerleşmesidir. Tahıl üretiminin yaygın olduğu alanlarda kalıntı miktarı fazla olduğundan anız yakımı daha sık uygulanmaktadır. Bir diğer sebep ise bölge tarımsal çeşitlilik açısından oldukça zengindir. Bu durumun çalışmanın ürün tipi bazlı emisyon hesabına yararlı olacağı ön görülmüştür. Çalışma ön işleme, sınıflandırma, hesaplama, haritalama ve değerlendirme olmak üzere beş ana başlık altında yürütülmüştür. İlk olarak ön işleme bölümünde, Sentinel-2A uydu görüntüleri ile GEE platformunda Ağustos 2019 uydu görüntüleri ile 31 çerçeveli GAP mozaiği oluşturulmuştur. Ardından çalışma alanındaki su alnları ve tarım olmayan alanlar çeşitli uzaktan algılama indeksleri kullanılarak masklenmiştir. Maskeleme işleminden sonra sınıflandırma bölümünde ilk olarak Destek Vektör Makinaları (SVM) yöntemi ile fenoloji bazlı ürün tipi haritası oluşturulmuştur. Ardından literatürde kabul görmüş yanmış alan indeksleri ile yanmış alan haritası üretilmiştir. Daha sonra iki haritanın doğruluğu test edilmiştir. Ardından hesaplama bölümünde iki harita örtüştürülerek IPCC standartlarına uygun olacak şekilde emisyon hesabı ürün tipi ve il bazlı olarak yapılmıştır. Emisyon hesabına girdi olacak değerlerin çoğu ulusal veri olmadığından yabancı kaynaklardan alınmıştır. Son olarak ürün tipi bazlı emisyon hesabı sonuçları haritalama bölümünde hazırlanan Sentinel-5P meteorolojik uydu verisi ile desteklenmiştir. Yanmış alan haritası doğrultusunda çalışma alanında 2019 yılı için 506352.21 ha alanın orta-yüksek seviyede, 8053.15 ha alanın ise yüksek seviyede yakıldığı belirlenmiştir. Yürütülen ürün tipi bazlı emisyon hesabı sonucunda 2019 yılında GAP bölgesinde Nisan -Kasım peryodunda toplam 14444,307 Gg kadar gazın ve 117,809 Gg partiküler maddenin atmosfere salındığı tespit edilmiştir. Meteorolojik uydu verileri ve yanmış alan haritası karşılaştırıldığında sonuçların parallelik gösterdiği ve Sentinel 5P uydu görüntülerinin anız yakımı tespitinde ve takibinde çeşitli veriler (yersel çalışma, hesaplama, modelleme vb.) ile desteklenerek kullanılabilceği anlaşılmıştır. Son olarak tüm sonuçlar adım adım il ve ürün tipi bazlı analiz edilmiş ve çeşitli balıklar altında (uzaktan algılama, ulusal kaynaklar, GEE platformu gibi.) değerlendirilmiştir. \newpage Güncel arazi çalışmasına ihtiyaç duymayan, ve açık kaynak kodlu veriler sağlayan uzaktan algılama veri ve yöntemleri bu çalışmada avantaj sağlamıştır. Sentinel-2A uydusu anız yakılan tarlanın veri kaybını minimuma indirerek tespit edebilmesine ve ürünlerin fenolojik evresini daha sık gözlemleyebilmesine olanak sağlamıştır. Aynı zamanda uydu görüntülerinin farklı dalga boylarında yer alan bantları ile farklı uzaktan algılama indekslerinin uygulama bölümünde çalışmaya entegre edilebilmiştir. Son olarak görüntülerin 10 m mekansal çözünürlüğü ile veri kaybı önlenerek Türkiyedeki bölünmüş tarım arazilerinde yangın tespit edilebilmiştir. Büyük veri setleri ile güçlü donanımlara ihtiyaç duymadan analiz ve işlemlerin gerçekleştirilebildiği, verilen bulut sisteminde depolandığı GEE platformu 9 il içieren çalışma alnındaki yürütülen uygulamalrın çoğunda kullanılmış ve çalışmaya hız ve depolama açısından avantaj sağlamıştır. Sentinel-5P uydusunun diğer meteorolojik uydulara kıyasla daha yüksek mekansal çöznürlüğe sahip olması ve günlük veriler vermesi haritaların hazırlanmasında yararlı olmuştur. Ancak, uydunun sağladığı çoğu veride eksiklik olması anız yakımının meteorolojik uydu verilerinden yanlızca NO2 yoğunluğu açısından değerlendirebilmeye imkan vermiştir. Test veri setinin yer gerçek verilerinden sağlanamadığı çalışmalarda sıklıkla kullanılan SVM ve K-fold cross validation yöntemleri çalışmanın ürün tipi haritasının soğruluğunu test etme imkanı sağlamıştır. Yıllık verim bilgisinin ulusal raporlarda sunulması çalışmayı desteklerken, ürünlere ilişkin ulusal emisyon parametrelerinin belirlenmemiş olması ve fenolojik bilginin güncel olmaması çalışmayı ulusal ölçekte değerlendirmeyi zorlaştırmıştır. Bu bağlamda, yukarıda değerlendirilmiş konular doğrultusunda anız yakımının hava kalitesi üzerindeki etki ve seviyelerinin uzaktan algılama veri ve yöntemleri ile incelenip denetlenebileceği ve ileride bu konuya yoğunlaşmış bir çok çalışmanın yürütülebileceği anlaşılmaktadır.

Özet (Çeviri)

Agricultural production has been providing an essential resource for the economies of many countries. Countries examine agricultural practices in detail and provide annual evaluation reports to create sustainable agricultural policies Each year, harmful agricultural activities are handled by various committees, and targets are set to correct them. One of the main problems reported in Turkey is the crop residue burning (CRB). It can be defined as the incineration of agricultural wastes in the land after the harvest season. It is preferred by the farmers because it is considered to be more advantageous economically, more time efficient, and it increases the yield in the soil. Contrary to popular belief, CRB application has harmful effects on nature, land, human health, and especially air quality. It increases the release of greenhouse gases and particulate matter into the atmosphere that will cause global warming and air pollution. Consequently, many clean air policies are directed towards reducing emissions from agricultural sources. For strategies to be adequate and sustainable, reliable information about the effects and levels of applications such as CRB on air quality should be obtained. In this sense, remote sensing provides researchers with high spatial and temporal resolution open source data that will provide input to such projects, while also offering practical methods. Unlike other countries, in Turkey, the number of studies examining the effects of CRB on human health and air quality with remote sensing data and methods are not enough. Therefore, in this study, crop type based emission estimation was made with remote sensing data and methods. The study area is chosen as the Southeastern Anatolia Region (GAP region), which consists of 9 provinces, located in the south-east of Turkey. Firstly, a burned area and phenology based product type maps were created on the Google Earth Engine (GEE) platform with Sentinel-2A satellite images. Then both were overlapped, and emission calculations by IPCC standards were made. Finally, product type-based emission estimation results were supported by Sentinel-5P meteorological satellite data. As a result of the applications, 506352.21 ha medium-high level and 8053.15 ha high-level burned area were determined. Also, it was identified that 14444,307 Gg greenhouse gas and 117,809 Gg Pm were released due to CRB in 2019. All results were analyzed based on province and crop type, and evaluations regarding methods and data were presented.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    518088

    National inventory of N2O emissions from agriculture and waste sectors: Emission estimation and uncertainty analysis

    Tarım ve atik sektörleri için ulusal N2O emisyon envanteri: Emisyon hesaplamasi ve belirsizlik analizi

    MELTEM TAŞKIN ÇETİNKAYA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BURÇAK KAYNAK TEZEL

  2. Tez No

    768940

    Bitki yüzeylerinde Eddy kovaryans yöntemiyle ölçülen ve modellenen karbon değişiminin analizi

    Analysis of modeled and measured carbon exchange measured by the Eddy covariance method on plant surface

    NİLCAN ALTINBAŞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Meteorolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LEVENT ŞAYLAN

  3. Tez No

    800223

    Agrivoltaik sistemler ile elektrikli traktörleri şarj etmek için doğru arazilerin saptanması

    Determining the right lands to charge electric tractors with agrivoltaics

    SAMED PEKDEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İLHAN KOCAARSLAN

  4. Tez No

    381832

    Uydu görüntüleri, meteorolojik veriler ve kamera fotoğrafları ile pamuk ve mısır bitkileri için rekolte tahmin modeli tasarımı: Şanlıurfa örneği

    Crop yield estimation model design for cotton and maize crops using satellite imagery, meteorological data and camera photographs: Şanlıurfa case study

    UĞUR ALGANCI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CANKUT ÖRMECİ

  5. Tez No

    783931

    Türkiye'de iklim değişikliğinin tarımsal ürün verimliliğine etkilerinin bölgesel olarak değerlendirilmesi

    Regional assessment of climate change effects on agricultural crop productivity in Turkey

    FATMA SELÇUK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Şehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİYE AHU AKGÜN

Geri Dön