Erzurum'un hava kalitesi değerlendirilmesi ve modellenmesi
Air quality investigation and modelling of Erzurum
Yazar: PELİN CANSU ÇAVUŞ
Danışman: DOÇ. DR. HÜSEYİN TOROS
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Meteoroloji = Meteorology

Özet:
Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkere etkisi olan alan hava kirliliği problemi birçok çevresel sorunun nedeni olarak gösterilebilmektedir. Olumsuz çevresel etkileri ile birlikte doğrudan ve dolaylı olarak insan sağlığı üzerinde oldukça büyük bir sorun teşkil etmektedir. Hava kirliliği, solunum ve kalp rahatsızlıkları başta olmak üzere çok çeşitli sağlık problemlerine ve ölümlere sebebiyet vermektedir. Hava kirliliğinin insan sağlığı üzerindeki etkisinin ne kadar şiddetli olabileceğine dair olarak Aralık, 1952 tarihinde gerçekleşen ve Londra'yı 4 günde etkisi altına alan hava kirliliği episodu felaketi büyük bir örnek teşkil etmektedir. Kış mevsiminin meteorolojik şartları ve ısınma kaynaklı kömür kullanımı oranındaki artış ile birlikte Londra' da hava kirliliğindeki ciddi artışın görüldüğü dört günlük bu kirlilik episodu yaklaşık olarak 4000 kişinin hayatını kaybetmesi ve kalıcı solunum problemleri ile sonuçlanmıştır.
Tarihten bugüne hızlı bir şekilde artan sanayileşme ve paralelinde artan kentleşme ile birlikte motorlu araç sayısı kullanımı, ısınmada kullanılan yakıt oranındaki artış ve benzeri nedenler ile günümüzde hava kirliliğinde artış devam etmektedir. Gelişmiş ülkeler ve gelişmekte olan ülkelerde meydana gelen büyüme oranları ile hava kirliliğinin artışı sağlık sorunlarındaki artışlar ile kendini göstermektedir. Bu duruma çözüm bulma yoluna giden hükümetler, ulusal ve uluslararası kurumlar hava kirleticilerin kontrol altına alınmasına yönelik yönetmelikler getirmiştir. Bu yönetmelikler ile hava kirleticilerinin emisyonunun kontrol altına alınması, hava kirliliğinin etkilerinden küresel olarak korunmasını amaçlanmaktadır.
Hava kirliliği endüstrileşme ve insan kaynaklı diğer etkenler ile artış göstermekle birlikte meteorolojik ve topoğrafik etmenlere de bağlıdır. Kirleticiler sadece bölgesel kaynaklı görülmemektedirler. Kirleticilerin bir bölgeden diğer bir bölgeye taşınımı da mevcuttur. Bu durumda kirleticilerin tam kaynaklarını saptamak ve bölge için önlem almak için gerekli olan bilgilerin tümüne ulaşmak için topoğrafya bilgilerine ve meteorolojik paremetrelere ihtiyaç duyulmaktadır.
Bu şekilde bölge topoğrafyası nedeni ile tehlikeli konumda bulunan araziler belirlenebilir ve ayrıca hava kalitesinde düşüşe sebebiyet verebilecek meteorolojik koşulların tahmini ile bölgesel kontol ve önlem mekanizmaları geliştirilebilir.
Artan endüstrileşme ve kentleşmenin oldukça yoğun görüldüğü gelişmekte olan ülkelerden biri olan Türkiye için de hava kirliliği problemi olumsuz etkileri sebebi ile mücadele edilen çevresel bir konu olarak gündemdedir. Türkiye' nin konumu ve topoğrafik özellikleri ile mevsimlerin tümünün yaşandığı bir bölgedir. Bu sebep ile özellikle kış aylarında şiddetli soğumaların görülmesi ile birlikte ısınma kaynaklı hava kirliliğinde artışlar gözlenmektedir.
Türkiye'nin Doğu Anadolu bölgesinde görülen karasal iklimin hâkim olduğu şehirlerden biri olan Erzurum Merkez nüfusu 395.472, toplam alan büyüklüğü 25.066 km2 olan Erzurum'da şehir merkezi 1800-2000m yükseltide kurulmuş olup çevresi 3200m yüksekliğinde dağlarla çevrilmiştir. Şehrin coğrafik ve topoğrafik yapısı sert karasal iklim oluşmasına neden olmuştur. Erzurum kenti mevsimlik sıcaklık ortalamaları ise -8,3 ˚C kış mevsimi sıcaklık ortlaması, 4, 6 ˚C ilkbahar ortalaması, 18 ˚C yaz ortalaması ve 7, 5˚C sonbahar mevsimi sıcaklık ortalaması şeklindedir (1970-2011). Ayrıca yaz aylarında ortalama rüzgâr hızı 3 m/sn iken, ısınmaya ihtiyaç duyulan kış aylarında bu değer 2 m/sn ye kadar düşmektedir. Tüm bu olumsuzluklar, Erzurum'da kış aylarında hava kirliliğinin artmasına neden olmakta ve hava kirliliği bakımından risk altında olan kentlerden biri olarak görülmesine sebep olmaktadır.
Bu çalışmada, Erzurum kirlilik kaynaklarıın ve kirlilik episodlarının detaylı bir şekilde araştırabilmesi için öncelikli olarak kirletici veri analizleri yapılmıştır. Bu şekilde Erzurum kentinin mevcut hava kirliliği durumu belirlenmiştir. Çalışmanın bir diğer adımında mevcut kirlilik durumu belirlenen kent için kirliliğin en yoğun olduğu dönem belirlenmiştir. Bu dönem için meteorolojik paremetrelerin detaylı incelenmesi yapılmıştır. Meteorolojik paremetlerin etkisinin araştırılmasının yanı sıra bu yoğun kirlilik episodu için yörünge analizleri yapılmıştır. Bu şekilde taşınım kaynaklı kirletici değişimleri ortaya koyulmuştur. Çalışmanın son adımında ise episod dönemi için CHIMERE modeli koşturulmuştur. Epsiod dönemindeki kirlilik durumu CHIMERE modeli ile simüle edilerek modelin kirliliği yansıtma performansı araştırılmıştır. Hava kirliliği verileri Çevre ve Şehircilik Bakanlığının kurmuş olduğu Erzurum Hava Kalitesi Gözlem İstasyonlarından elde edilmiştir. Saatlik ve günlük olarak elde edilen veriler, kirletici olarak PM10 ve SO2 verilerini ölçümlerini içermektedirler. Sıcaklık, rüzgâr hızı ve rüzgâr yönü gibi meteorolojik parametreler ise Erzurum Havalimanı meteorolojik gözlem istasyonundan alınmıştır. Çalışma ayrıca Erzurum kenti için CHIMERE hava kirliliği modeli çalıştırılarak yapılan ilk çalışma olmasından dolayı önem arz etmektedir.

Abstract:
In developed and developing countries, air pollution problem can be seen as a cause of many environmental problems. Air pollution and its negative environmental impacts poses quite a big problem on human health directly and indirectly. Air pollution gives rise to a variety of health problems and death, especially respiratory and heart diseases. The best example of the worst effects of air pollution on human Health that is in December 1952, held in London 4-day air pollution episode. Winter meteorological conditions and warming-induced use of coal in London with an increase in the proportion of 'four-day pollution is a significant increase in interest in air pollution episodes to lose approximately 4,000 people's lives and resulted in permanent breathing problems.
Past and now the rapidly increasing industrialization and urbanization in parallel with the increase in the number of motor vehicle use, the rate of increase of fuel used for heating and other causes increased air pollution continues today. In developed and developing countries, the increase of air pollution resulting from the growth rate is manifested by an increase in health problems. Governments, national and international institutions which are trying to find a solution to increasing air pollution problem, brought regulations for air pollutants to be under control. Purposes of these regulations are controlling emissions of air pollutants and protecting from the effects of air pollution worldwide.
Air pollution is increasing due to industrialization and human-induced factors. The regional increase of air pollution depends on meteorological and topographical factors. As well as the pollutants are seen not only local origin. Transport of pollutants from other regions are also available. In this case, to determine the exact source of the contamination and to take measures for the region meteorological parameters and region topography information are required. In this way, the region's topography cause can be determined with the land in a dangerous position and also regional control with meteorological conditions that can cause low air quality prediction and prevention mechanisms can be improved.
The increasing industrialization and urbanization in developing countries is seen as one of the very intense air pollution problem for Turkey is on the agenda as an issue that is struggling with the negative effects of environmental reasons. Turkey's position and there is an area where all of the seasons with topographical features. For this reason, especially with the increase in the occurrence of severe cooling by warming air pollution in winter it is observed.
Erzurum is one of the cities where the dominant terrestrial climate seen in Turkey's Eastern Anatolia Central population of 395 472, the total size of the area established in Erzurum, which is 25 066 km2 at an altitude of 1800-2000 the city center is surrounded by mountains on the environment 3200 high. Geographic and topographic structure of the city has been the cause harsh climate. The city of Erzurum seasonal average temperature of -8.3° C winter average temperatures, 4, 6° C average in spring, summer average of 18 ° C and 7, as the autumn temperature is 5 °C average (1970-2011). Also in the summer average wind speed of 3 m / sec, while during the winter months needed to warm up the value of 2 m/sec until the fall. All
this negativity, Erzurum, led to the increase of air pollution in the winter and is caused to be seen as one of the city's most at risk in terms of air pollution.
In this study, Erzurum pollution data analysis to investigate in detail the pollution from sources and the episode was performed. In this way the city of Erzurum was determined current air pollution situation. Current pollution situation in another step of the study was the most intense period of pollution set out for the city. This detailed examination of the meteorological parameters for the period was done. As well as to investigate the impact of meteorological parameter this trajectory analyzes were performed for heavy pollution episodes. This form of transport changes are outlined pollutants. In the final step of the study period CHIMERE model for episode run it. Episode period dirtiness with CHIMERE model by simulating the contamination to reflect the performance of the model was investigated. Air pollution data from Erzurum which was established by the Ministry of Environment and Urban Planning has been obtained from the Air Quality Monitoring Station. Hourly and daily data obtained, contain measurement data of PM10 and SO2 pollutants. Temperature, and meteorological parameters such as wind speed and wind direction are taken from Erzurum Airport meteorological station. The study also is important because of the city of Erzurum is the first study of air pollution model for running CHIMERE.
The study consists of two sections; the first part includes 2010-2015 analysis made for air quality data. Erzurum just between the years 2010-2015 Central station measurement data can be found. Therefore, between the years 2010-2015 pollutants PM10 and SO2 values were examined in detail in temporal terms.
The first step in the years 2010- 2015 review of national air quality index based on the value of the measured concentration of pollutants has been revealed. For PM10 pollutants SO2 data when working with 24-hour average hourly average data were analyzed on the basis of usage.
In the second step-year trend analysis for both pollutants it was prepared. Then, time of day, day and temporal analysis on a monthly basis has gerçkleştiril for both pollutants.
In the third step, Erzurum before the relationship between air pollution and meteorological data from the port temporally later data were analyzed with the principal component analysis method. The resulting analysis including my erzurumda has been revealed by the current air pollution situation.
In the second part of the study was conducted statistical analysis of 5 stations for the measurement of air quality station by the year 2016. January, February, March and temporal analysis of the detailed results of the April 5 stations a signal tone sounds during this period including pollution episodes dates are determined. To date specified pollution has made detailed meteorological model WRF with the first results of the analysis. Then examined detailed meteorological analysis with stability index values. WRF output were visualized in two different ways. First, a three-day period for Erzurum, Turkey overall temperature, wind speed, wind direction and pressure maps were assessed. Meteorological parameters in pollution days were examined. As another WRF model output are disclosed as SKEW-T. These outcomes are set forth in the vertical motion of the atmosphere with pollution daysand close to the ground level the wind speed and the inversion state of were analyzed for contamination.
xxiii
Finally, to determine CHIMERE model performance has been requested to Erzurum. Pollution day output of the model are demonstrated by the performance. Model results in pollution of days turned out to take part in the model output. These results revealed that there is insufficient EMEP database for Erzurum.