Marmara Bölgesi ve Istanbul özelinde kentsel doku - hava kirliliği ve yerel iklim ilişkilerinin incelenmesi
Investigating the urban fabric - air pollution and local climate relationships in the Marmara Region and Istanbul
- Tez No: 924206
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÇAĞDAŞ KUŞÇU ŞİMŞEK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Akdeniz Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 160
Özet
Hızla artan dünya nüfusunun yarısından fazlasının şehirlerde yaşaması, kentsel alanların hızla genişlemesine yol açmaktadır. Kentsel genişleme, yalnızca çevresel baskıları artırmakla kalmamakta, aynı zamanda iklim değişikliğinin etkilerinin yoğunlaştığı alanları oluşturmaktadır. Bu durum, aşırı hava olaylarının etkilerini daha belirgin hale getirmektedir. Şiddetli yağışlar, sıcak hava dalgaları ve fırtınalar, özellikle büyük şehirlerde önemli riskler oluşturmakta ve kentlerin artan nüfus ile çevresel tehditlere uyum sağlayacak şekilde planlanmasını zorunlu kılmaktadır. Kentsel alanların tasarımında insan termal konforunun gözetilmesi, hava kalitesinin artırılması ve ani sıcaklık değişimlerine karşı dirençli kentler oluşturulması önem taşımaktadır. Özellikle yoğun nüfus, ulaşım ağları ve sanayi faaliyetleri gibi faktörler, kentsel iklim dinamiklerini doğrudan etkileyerek ısı adası etkisi ve hava kirliliği gibi sorunlara yol açmaktadır. Bu sorunlar, sürdürülebilir ve adil bir şehir planlamasını zorlaştırırken, düşük hava kalitesi ve termal stres gibi etkiler kent sakinlerinin yaşamını olumsuz etkilemektedir. Bu bağlamda, hava kirliliği ve kentsel iklim değişikliklerine yönelik planlama çalışmaları, daha yaşanabilir şehirler için öneme sahiptir. Bu tez çalışması, arazi kullanımı ve hava kirliliği arasındaki ilişkinin mevsimsel etkiler dahil üst ölçekte araştırılmasıyla başlayarak, daha alt ölçekte yerel iklim, kent dokusu ve hava kirleticiler arasındaki ilişkilerin incelenmesine yönelik sistematik bir analiz sunmaktadır. İlk aşamada, Marmara Bölgesi'ndeki İstanbul-Gebze, Kocaeli-Yalova, Bursa ve Çanakkale illerinde arazi kullanım türlerinin hava kirleticiler üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. CORINE arazi kullanımı verilerinden yapay yüzeyler, tarım alanları ve orman alanlarının; Sentinel 5P/TROPOMI uydu verileriyle ilişkilendirilmesi sonucunda aerosol indeks, NO2 ve SO2 üzerindeki etkiler post-hoc ANOVA testleriyle değerlendirilmiştir. Analizler 5 km ve 1 km çözünürlükte ayrı ayrı gerçekleştirilmiş ve çözünürlük karşılaştırmaları sonucunda, analizler için 1 km ölçeği uygun bulunmuştur. İkinci aşamada, İstanbul-Gebze bölgesinde daha detaylı bir inceleme yapılmış, yapay yüzeylerin alt sınıfları (sürekli şehir, kesikli şehir ve endüstriyel/ticari alanlar) ile hava kirleticiler arasındaki ilişkiler araştırılmıştır. Bulgular, yerel iklim, kentsel yapı ve hava kirleticiler arasındaki dinamiklerin daha kapsamlı bir şekilde ele alınmasını sağlamıştır. Çalışmanın üçüncü aşamasında, İstanbul'un kentsel alanlarında, yüzey sıcaklığı ile kentsel doku, hava kirliliği, NDVI, NDBI, yükseklik, kıyıya uzaklık ve ormana uzaklık gibi faktörler arasındaki ilişkiler analiz edilmiştir. Bu analizlerde, korelasyon testleri, karar ağaçları, çoklu doğrusal regresyon analizi ve XGBoost regresyon modeli kullanılarak ilişkiler detaylı bir şekilde değerlendirilmiştir. Tez çalışmasının sonuçlarına göre, ilk aşamada İstanbul-Gebze, Kocaeli-Yalova, Bursa ve Çanakkale bölgelerinde yapay yüzeyler, tarım alanları ve orman alanları gibi farklı arazi kullanım türlerinin hava kirleticiler üzerindeki etkilerinin farklılık gösterdiği tespit edilmiştir. Bu etkilerin dönemsel ve mevsimsel olarak değişkenlik gösterdiği ortaya konmuştur. İstanbul-Gebze Bölgesi'ndeki kentsel alanlarda yapılan incelemede, aerosol indeks ve NO2 verilerinin, sürekli şehir yapısına sahip alanlar ile kesikli şehir yapısına sahip alanlar arasında, sonbahar 2021 dönemi hariç her iki yılın tüm mevsimlerinde anlamlı farklılıklar gösterdiği tespit edilmiştir. İkinci aşamada, hava kirleticiler ile kentsel doku ilişkisi, yol verisi de dahil edilerek korelasyon testleriyle araştırılmıştır. Sonuçlar, aerosol indeks ve NO2 hava kirleticilerinin, ağırlıklandırılmış kentsel doku-yol sınıfıyla en yüksek korelasyona sahip olduğunu göstermiştir. Bu sınıfı sırasıyla kentsel doku ve yol verisi izlemiştir. Hava kirleticiler ile kentsel doku sınıfları (ayrık düşük katlı, ayrık orta katlı, kompakt düşük/orta katlı) arasındaki ilişki, yol yoğunluğu da dikkate alınarak incelenmiştir. Post-hoc test sonuçları, aerosol indeks ile NO2 hava kirliliği verilerinin, kompakt düşük/orta katlı ve yol yoğunluğu yüksek doku sınıflarında, ayrık düşük katlı ve ayrık orta katlı doku sınıflarına göre istatistiksel olarak anlamlı farklılık gösterdiğini ortaya koymuştur. Üçüncü aşamada, yüzey sıcaklığı üzerindeki bağımsız değişkenlerin etkisi (mevsim, NDVI, NDBI, kentsel doku, aerosol indeks, NO2, SO2, kıyıya uzaklık, ormana uzaklık, yükseklik), herhangi bir dönem ayrımı gözetilmeksizin XGBoost makine öğrenimi tekniği kullanılarak modellenmiş; SHAP analizi yardımıyla da bu değişkenlerin etki derecesi ve yönü değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular, yüzey sıcaklığı üzerinde en büyük etkiye mevsimin sahip olduğunu (önem sıralaması değeri, 0.6) göstermiştir. Mevsimi sırasıyla 0.35'lik değerle NDBI, 0.23'lük değerle NDVI ve kent dokusu takip etmektedir. Yerel iklimin modellenmesinde kullanılan çoklu doğrusal regresyon ve XGBoost regresyon modellerinin doğrulukları karşılaştırıldığında, çoklu doğrusal regresyon modelinin doğruluk değeri (R2) 0.701 olarak hesaplanırken, XGBoost regresyon modelinde bu değer 0.804 olarak bulunmuştur. Bu sonuçlar, XGBoost'un karmaşık veri ilişkilerini modellemede daha başarılı olduğunu ortaya koymuştur. Son olarak, yerel iklim, kentsel doku ve hava kirleticiler arasındaki karşılıklı ilişkilerin incelenmesi sonucunda, kent dokusundaki yoğunlaşmanın yüzey sıcaklığını artırdığı, aynı zamanda NO2 ve aerosol indeks değerlerinde de artışa neden olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, aerosol indeks ve NO2 artışının da yüzey sıcaklığını yükselttiği ortaya konulmuştur. Sonuç olarak, bu çalışmada kullanılan TROPOMI, diğer hava kalitesi gözlem uydularına kıyasla daha yüksek mekânsal çözünürlüğe sahip olması nedeniyle, kentsel iklim ve hava kirliliği araştırmalarında kullanılabilmesine imkân tanımakta ve bu çalışmalara önemli katkılar sunmaktadır. Bu tez çalışmasında, üzerine henüz çok fazla araştırma yapılmamış olan kentsel iklim, kentsel doku ve hava kirleticiler arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Elde edilen bulgular, sürdürülebilir ve iklim değişikliğine dirençli kentlerin planlanmasında, hava kirleticiler ile kentsel dokunun birleşik etkisinin dikkate alınması gerektiğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
More than half of the world's rapidly growing population lives in cities, leading to the rapid expansion of urban areas. Urban expansion not only increases environmental pressures, but also creates areas where the effects of climate change are concentrated. This situation makes the effects of extreme weather events more pronounced. Heavy rainfall, heat waves and storms pose significant risks, especially in large cities, and require the reorganisation of cities to adapt to growing populations and environmental threats. It is important to consider human thermal comfort when designing urban areas, to improve air quality and to create cities that are resilient to sudden temperature changes. Factors such as population density, transport networks and industrial activities have a direct impact on urban climate dynamics, leading to problems such as the heat island effect and air pollution. While these problems make sustainable and equitable urban planning difficult, the impacts of poor air quality and thermal stress negatively affect the lives of city dwellers. In this context, planning studies on air pollution and urban climate change are crucial for more liveable cities. This thesis presents a systematic analysis of the relationship between land use and air pollution, starting from an upper scale investigation of the relationship between land use and air pollution, including seasonal effects, to a lower scale investigation of the relationship between local climate, urban texture and air pollutants In the first stage, within the scope of Istanbul-Gebze, Kocaeli-Yalova, Bursa and Çanakkale provinces in the Marmara Region, the differentiation of the effects of CORINE land use level-1 classes of artificial surfaces, agricultural areas and forest areas on aerosol index, NO2 and SO2 air pollutants obtained from Sentinel 5P/TROPOMI satellite data were examined by post-hoc ANOVA tests. The analyses were carried out separately at 5 km and 1 km resolution and as a result of the resolution comparisons, the 1 km scale was found appropriate for the analyses. In the second stage, a more detailed investigation was carried out in the Istanbul-Gebze region and the relationships between air pollutants and subclasses of artificial surfaces (continuous city, discontinuous city and industrial/commercial areas) were investigated. The results provided a more comprehensive understanding of the dynamics between local climate, urban structure and air pollutants. In the final stage of the study, the relationship between surface temperature and factors such as urban texture, air pollutants, NDVI, NDBI, elevation, distance to coast and distance to forest were analysed within the urban areas of Istanbul. In these analyses, correlation tests, decision trees, linear regression analysis and XGBoost regression model were used to evaluate the relationships in detail. According to the results of the thesis study, in the first stage, it was determined that the effects of different land use types such as artificial surfaces, agricultural areas and forest areas on air pollutants differ in Istanbul-Gebze, Kocaeli-Yalova, Bursa and Çanakkale regions. It was found that this situation may change periodically and seasonally. In urban areas in the Istanbul-Gebze Region, it was found that aerosol index and NO2 data showed significant differences between areas with continuous urban fabric and areas with discontinuous urban fabric for both years in all seasons except autumn 2021. Then, in the second stage, the relationship between air pollutants and urban texture was investigated with correlation tests by including road data. The results showed that aerosol index and NO2 air pollutants had the highest correlation with the weighted urban texture-road class. This class was followed by urban texture and road data respectively. The relationship between air pollutants and urban texture classes (discrete low-rise, discrete mid-rise, compact low/mid-rise) was analysed by taking road density into account. Post-hoc test results revealed that aerosol index and NO2 air pollution data showed statistically significant differences in compact low/mid-rise and high road density texture classes compared to discrete low-rise and discrete mid-rise texture classes. In the third stage, the effect of independent variables (season, NDVI, NDBI, urban texture, aerosol index, NO2, SO2, distance to coast, distance to forest, elevation) on surface temperature was modelled using XGBoost machine learning technique without any period distinction, and the degree and direction of the effect of these variables were evaluated by SHAP analysis. The findings obtained at this stage show that season has the greatest effect on surface temperature (importance ranking value, 0.6). The season is followed by NDBI with a value of 0.35, NDVI with a value of 0.23 and urban texture. When comparing the accuracy of the linear regression and XGBoost regression models used to model the local climate, the accuracy value (R2) of the linear regression model was calculated as 0.701, while this value was found to be 0.804 in the XGBoost regression model. These results show that XGBoost is more successful in modelling complex data relationships. Finally, as a result of analysing the relationships between local climate, urban texture and air pollutants, it was found that densification in the urban texture increases the surface temperature and also causes an increase in NO2 and aerosol index values. In addition, it was revealed that the increase in aerosol index and NO2 also increases the surface temperature. These findings clearly show that the effects of air pollutants and urban fabric should be taken into account in urban planning. The TROPOMI satellite used in this study has a higher spatial resolution than other air quality satellites, allowing it to be used in and contribute to urban climate and air pollution research studies. This thesis analyses the relationships between urban climate, urban texture and air pollutants, which have not been extensively researched. The findings of this study make an important contribution to the literature by revealing that the effects of air pollutants and urban fabric should be taken into account in the planning of sustainable and climate change-resilient cities.
Benzer Tezler
- Çanakkale'nin Biga ve Lapseki bölgesi özelinde kırsal alanlardaki troposferik ozon seviyelerinin değerlendirilmesi ve meteorolojik-fotokimyasal modellerin uygulanmasıyla dağılımının belirlenmesi
Assessment of tropospheric ozone levels in rural sites of the Biga peninsula and determination of the distribution by using with meteorological-photochemical transport models
DENİZ SARI
Doktora
Türkçe
2023
Meteorolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMeteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SALAHATTİN İNCECİK
- İSTANBUL SİLÜETİNİN COĞRAFİ ETİKETLİ GÖRSELLER ARACILIĞI İLE DEĞERLENDİRİLMESİ VE BAKI NOKTALARININ TESPİT EDİLMESİ
RECOGNIZING ISTANBUL'S SKYLINE VIA ANALYSIS OF GEO-TAGGED IMAGES AND DETECTION OF VIEW POINTS
BUŞRA NUR BABAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiKentsel Tasarım Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANDAN TÜRKOĞLU
- Mudanya'nın kıyı kullanımının kentsel gelişimdeki rolü
The role of waterfont use of Mudanya in urban development
DİLARA İNCEOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiKentsel Tasarım Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANDAN TÜRKOĞLU
- Inter-scale disaster resilience index: Examples of Eastern Marmara, Kocaeli, and its districts
Ölçekler arası afet dirençlilik endeksi: Doğu Marmara, Kocaeli ve ilçeleri örneği
YİĞİT EMRE SELEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDA KUNDAK
- Evaluation of ground-level ozone measurements using TROPOMİ HCHO and NO2 retrievals in the Aegean Region of Türkiye
TROPOMI HCHO ve NO2 verileri kullanarak Türkiye'nin Ege Bölgesinde yer seviyesindeki ozon ölçümlerinin değerlendirilmesi
SEDEF BAYRAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURÇAK KAYNAK TEZEL