Kentsel büyümenin ışık kirliliği ve ısı adalarına etkilerinin modellenmesi
Modeling the effects of urban growth on light pollution and heat islands
Yazar: AHMET DOĞUKAN YAZICI
Danışman: PROF. DR. DERYA ÖZTÜRK
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
artmasıyla birlikte doğal çevrenin yapısını değiştirerek çevresel sürdürülebilirliği tehdit eden sorunlara yol açmaktadır. Özellikle kentsel ışık kirliliği ve kentsel ısı adaları, kentleşmenin olumsuz etkilerinden biri olup ekosistemler, enerji kullanımı ve insan sağlığı üzerinde ciddi sonuçlar doğurmaktadır. Mevcut araştırmalar genellikle kentsel büyümenin bu etkilerini yatay büyüme bağlamında ele alırken, bu çalışma düşey büyümenin de kentsel ışık kirliliği ve kentsel ısı adaları üzerindeki etkisini inceleyerek, literatürdeki mevcut yaklaşımlara yeni bir bakış açısı sunmaktadır.
Bu tez çalışmasında, 3 boyutlu (3B) kentsel büyümenin etkisinde kentsel ışık kirliliği ve kentsel ısı adalarının gelecekteki durumu modellenmiş ve sürdürülebilir kentleşme politikalarına katkı sunmak amacıyla özgün bir yaklaşım geliştirmek hedeflenmiştir. Bu kapsamda, İzmir ili Çiğli ilçesi için 2030, 2040 ve 2050 yıllarına yönelik 3B kentsel büyüme simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Çok Katmanlı Algılayıcı (ÇKA), Hücresel Otomat (HO) ve Markov Zinciri (MZ) algoritmaları ile yatay büyüme, Pace Regresyon Modeli ile de bina yükseklikleri modellenmiştir. Simülasyonlar Terrset ve WEKA yazılımları ile gerçekleştirilmiş, modellerin doğruluğu ve anlamlılığı istatistiksel doğrulama ölçütleri ile test edilmiştir. Çalışmada, kentsel ışık kirliliği haritaları, Sky Quality Meter (SQM) cihazı kullanılarak gerçekleştirilen gökyüzü parlaklık değerleri ölçümleri sonucu oluşturulmuştur. Kentsel ısı adaları ise Landsat 8 OLI/TIRS uydu görüntülerinden üretilen yer yüzey sıcaklık haritaları ile tespit edilmiştir.
Simülasyon sonuçları, yerleşim alanlarının 2020'de 27.58 km² iken 2030'da 32.67 km²'ye, 2040'ta 36.08 km²'ye ve 2050'de 41.04 km²'ye ulaşacağını göstermektedir. Banliyö ışık kirliliği sınıfının, gelecekte Şehir ve Banliyö/Şehir Geçişi sınıfına dönüşeceği, Şehir ışık kirliliği sınıfının ise 2030'da 27.36 km², 2040'ta 29.68 km² ve 2050'de 36.15 km²'lik alanı kapsayacağı öngörülmektedir. Kentsel ısı adalarının kapladığı alanın ise 2020'de 56.42 km² iken, 2030'da 76.86 km², 2040'ta 77.85 km² ve 2050'de 79.82 km²'ye ulaşacağı tahmin edilmektedir.
Çalışmada elde edilen bulgular, kentsel büyümenin yalnızca yatay büyüme ile sınırlı kalmadığını, aynı zamanda düşey büyümenin de çevresel sürdürülebilirlik üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Özellikle bina yüksekliklerindeki artışın, kentsel ışık kirliliği ve kentsel ısı adası etkisini doğrudan artırdığı tespit edilmiştir. Bu çalışma, 3B kentsel büyümenin kentsel ışık kirliliği ve ısı adalarıyla ilişkisini analiz eden ve geleceğe yönelik simülasyonlarla öngörüler sunan önemli bir araştırma olarak literatüre katkı sağlamaktadır. Elde edilen sonuçlar, kentleşmenin çevresel etkilerini azaltmak için sürdürülebilir aydınlatma sistemleri ve yeşil alan planlaması gibi stratejilerin gerekliliğini ortaya koymaktadır. Bu kapsamda, 3B kentsel büyümenin kentsel ışık kirliliği ve kentsel ısı adaları üzerindeki gelecekteki etkileri modellenmiş ve modelleme sonuçları, sürdürülebilir kent planlaması süreçlerinde karar vericiler için bilimsel bir rehber niteliğinde sunulmuştur.

Abstract:
Urban growth, with the expansion of settlement areas and increase in population density, changes the structure of the natural environment and causes problems that threaten environmental sustainability. In particular, urban light pollution and urban heat islands are one of the negative impacts of urbanization and have serious consequences on ecosystems, energy use and human health. While existing studies generally examine these effects of urban growth in the context of horizontal growth, this study offers a new perspective to existing approaches in the literature by examining the impact of vertical growth on urban light pollution and urban heat islands.
In this thesis, the future state of urban light pollution and urban heat islands under the effect of 3D urban growth is modeled and it is aimed to develop an original approach to contribute to sustainable urbanization policies. In this context, 3D urban growth simulations for the years 2030, 2040 and 2050 have been carried out for Çiğli district of İzmir province. Horizontal growth was modeled with Multilayer Perceptron (MLP), Cellular Automaton (CA) and Markov Chain (MZ) algorithms and building heights were modeled with Pace Regression Model. Simulations were carried out with Terrset and WEKA software and the accuracy and significance of the models were tested with statistical validation criteria. In the study, urban light pollution maps were created as a result of sky brightness measurements using the Sky Quality Meter (SQM) device. Urban heat islands were identified with land surface temperature maps produced from Landsat 8 OLI/TIRS satellite images.
Simulation results show that the settlement areas will increase from 27.58 km² in 2020 to 32.67 km² in 2030, 36.08 km² in 2040 and 41.04 km² in 2050. Suburban light pollution class is projected to transform into Urban and Suburban/Urban Transition class in the future, while Urban light pollution class is projected to cover an area of 27.36 km² in 2030, 29.68 km² in 2040 and 36.15 km² in 2050. The area covered by urban heat islands is estimated to reach 56.42 km² in 2020, 76.86 km² in 2030, 77.85 km² in 2040 and 79.82 km² in 2050.
The findings of the study reveal that urban growth is not only limited to horizontal growth, but also vertical growth has a significant impact on environmental sustainability. In particular, it has been found that the increase in building heights directly increases urban light pollution and urban heat island effect. This study contributes to the literature as an important research that analyses the relationship between 3D urban growth and urban light pollution and heat islands and provides predictions for the future with simulations. The results obtained reveal the necessity of strategies such as sustainable lighting systems and green space planning to reduce the environmental impacts of urbanization. In this context, the future impacts of 3D urban growth on urban light pollution and urban heat islands are modeled and the modeling results are presented as a scientific guide for decision makers in sustainable urban planning processes.