Short-term ozone forecasts and modeling of long-term climate change impacts on ozone pollution in the Marmara region
Marmara bölgesinde kısa dönemli ozon tahmini ve uzun dönemli iklim değişikliğine bağlı ozon oluşumunun modellenmesi
- Tez No: 840151
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜLEN GÜLLÜ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 152
Özet
Hava kirliliği izleme ve veri analizi, hava kalitesi yönetim sisteminin ana bileşenleri olmuştur. Son yıllarda atmosfer ve bilgisayar bilimlerindeki gelişmeler sayesinde, hava kalitesi simülasyon modelleri, hava kalitesi yönetimi için güçlü araçlar olarak ortaya çıkmıştır. Bu modellerin sofistike yapısı, yalnızca atmosferin karmaşık doğasına ilişkin anlayışımızı geliştirmekle kalmaz, aynı zamanda yakın ve uzak gelecek için hava kalitesi tahminleri yapmamızı sağlar. Bu özellikler, hava kalitesi yönetimindeki büyük bir boşluğu kapatıyor ve modelleri planlama sürecinin önemli bir parçası haline getiriyor. Bu çalışmada, sırasıyla 21. yüzyılın ortaları ve yakın gelecek için Marmara bölgesinin hava kalitesini simüle etmek için deterministik atmosferik modeller ve derin öğrenme algoritmaları kullanılmıştır. Çalışma üç bölümden oluşmaktadır: (1) iklim değişikliğinin Türkiye'nin Marmara bölgesindeki yaz mevsimi ozon konsantrasyonu üzerindeki etkisinin araştırılması; (2) iklim değişikliğinin biyojenik emisyon konsantrasyonu üzerindeki etkisinin simülasyonu; ve (3) günlük ozon döngüsünün zamansal özelliklerini derin öğrenme modellerine empoze ederek modellerin performansını iyileştirmek. Bu çalışmada geçmiş (2012) ve gelecek (2053) dönemlerin ozon konsantrasyonları arasındaki fark, iklim değişikliğinin ozon konsantrasyonunu nasıl etkilediğini göstermek için kullanıldı. Geçmiş ve gelecek (SSP2-4.5 ve SSP5-8.5 iklim senaryoları altında) dönemlerinin ozon tahminleri WRF-CMAQ modelleme sistemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Meteorolojik modellemesi için başlangıç ve sınır koşulları küresel CMIP6 verileri ile sağlandı ve antropojenik ve biyojenik emisyonlar sırasıyla EMEP envanteri ve MEGAN modeli tarafından sağlandı. Avrupa, Türkiye ve Marmara domainlerinin meteorologik verilerini elde etmek için CMIP6 verileri sırasıyla 36 km, 12 km ve 4 km uzamsal çözünürlüğe ölçeklendirildi. İklim ve hava kalitesi simülasyonlarının sonuçları, gelecekteki iklim senaryoları altında günlük ortalama sıcaklık ve günlük ortalama ozon konsantrasyonunda iststistiksel olarak anlamlı artış olduğunu göstermektedir (P
Özet (Çeviri)
Air pollution monitoring and data analysis have been the main components of an air quality management system. Thanks to advances in atmospheric and computer sciences over recent decades, air quality simulation models have emerged as powerful new tools for air quality management. The sophisticated structure of these models not only improves our understanding of the complex nature of the atmosphere but also enables us to make air quality forecasts for the near and far future. These capabilities cover a major gap in air quality management and turn the models into an essential part of the policy-making process. In this study, the deterministic atmospheric models and deep learning algorithms were employed to simulate the air quality of the Marmara region for the mid-21st century and near-future, respectively. The study consists of three parts: (1) investigating the effect of climate change on the summertime ozone concentration in the Marmara region of Turkey; (2) simulating the effect of climate change on the concentration of biogenic emissions; and (3) improving the performance of deep learning models by imposing the temporal characteristics of the daily ozone cycle on the model. The difference between past (2012) and future (2053) ozone concentrations was used to show how climate change impacts ozone concentration. The past and future (under the SSP2-4.5 and SSP5-8.5 scenarios) ozone forecasting were conducted using the WRF-CMAQ modeling system. The global bias-corrected CMIP6 data were used to give the meteorological initial and boundary conditions, and the anthropogenic and biogenic emissions were provided by the EMEP inventory and the MEGAN model, respectively. The CMIP6 data were downscaled using three nested domains with a spatial resolution of 36 km, 12 km, and 4km. Climate and air quality simulations' results show a significant (P< 0.05) increase in daily mean temperature and daily mean ozone concentration under future climate scenarios. The average rates of increase in ozone concentration in the Marmara domain were 13.6% and 16.02%, under the SSP2-4.5 and SSP5-8.5 scenarios, respectively. To answer the second question, i.e. how climate change impacts the biogenic emissions concentration, the biogenic emission simulations were performed by the MEGAN model using climate inputs from the past period and future scenarios. The results show that future climate scenarios cause a significant increase in biogenic emission concentration. This increase is about 28.2% and 38.46% for the average isoprene according to the SSP2-4.5 and SSP5-8.5 scenarios, respectively. Moreover, the rate of increase in the average terpenes concentration is 15.38% and 21.79% under the SSP2-4.5 and SSP5-8.5 scenarios, respectively. The final section of the thesis is dedicated to the improvement of deep learning models' performance in the prediction of hourly ozone concentration by imposing temporal characteristics of the diurnal ozone cycle on models. The results show that the proposed method significantly increased the performance of deep models. According to the best of our knowledge, the proposed approach has not been addressed in the literature. This is also the first study of the impact of climate change on tropospheric ozone and biogenic emission concentrations in the Marmara region. The results provide valuable details on how the meteorological parameters and emissions interact to form tropospheric ozone, depending on regional characteristics.
Benzer Tezler
- Farklı karbon vergisi uygulamalarının piyasa takas fiyatı ve fosil kaynaklı üretim üzerine etkisi
Potential impacts of a carbon tax on the day-ahead market prices and the electricity generation mix
ELİFNUR TOMA
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK
- Gelişmekte olan ülkelerde teknoloji politikalarının belirlenmesi ve Türkiye'deki durum
Technology policies in developing countries and the situatiın in Turkey
MEHPARE BARIŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMühendislik Yönetimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUFAN V. KOÇ
- Ankara üzerindeki stratosferik ozon ve değişimi
Stratospheric ozone over Ankara
DENİZ DEMİRHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Meteorolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMeteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEMA TOPÇU
- Temporomandibular eklem osteoartritli hastaların tedavisinde eklem içi uygulanan medikal ozon ile medikal ozon sonrası uygulanan çeşitli eklem içi ajanların kısa dönem klinik etkinliklerinin değerlendirilmesi
Short-term evaluation of the clinical efficacy of intra-articular medical ozone and various intra-articular agents following medical ozone in the treatment of temporomandibular joint osteoarthritis patients
UMID BABAYEV
Diş Hekimliği Uzmanlık
Türkçe
2024
Diş HekimliğiAtatürk ÜniversitesiAğız Diş ve Çene Cerrahisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SONGÜL CÖMERT KILIÇ
- Subjektif tinnitus tedavisinin etkinliğinin değerlendirilmesi
Evaluation of the effectiveness of ozone therapy in the treatment of subjective tinnitus
AZRA MEHRNOOSH
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2024
Kulak Burun ve BoğazAtatürk ÜniversitesiKulak Burun Boğaz Hastalıkları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BÜLENT AKTAN
DOÇ. DR. ZÜLKÜF KAYA