Marmara bölgesi için taşınım etkisiyle oluşan kirleticideğişimlerinin incelenmesi
Research of pollutant changes caused by the transportation effect for the Marmara region
Yazar: SEDANUR SÜER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ CEYHAN KAHYA
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Meteoroloji = Meteorology
Dizin: Hava kirliliği = Air pollution ; Kirleticiler = Pollutants ; Taşınım = Convection

Özet:
Canlıların sağlıklı bir yaşam sürdürebilmeleri için sağlıklı bir ortamda yaşamaları gerekmektedir. Bu durum hava kirliliğinin önemini daha da artırmaktadır. Hava kirliliği, atmosferde bulunan kirletici maddelerin, canlı yaşamını ve çevreyi olumsuz yönde etkileyecek miktara ulaşması olarak tanımlanabilir. Fosil yakıtların kullanılması ile hava kirliliği de oluşmaya başlamış, son yıllarda ise geldiği seviyelerle canlı hayatı üzerinde olumsuz etkileri görülmeye başlamıştır. Hatta bazı zamanlar kirletici seviyeleri sınır değerlerini aşarak insan sağlığı ve çevre için tehlikeli sayılabilecek değerlerde ölçüldüğü görülmektedir. Günlük hava kalitesi değerlerinin takibi ve toplumu bilgilendirebilmek için Hava Kalitesi İndeksi (HKİ) adı verilen bir indeks geliştirilmiştir. Bu indeks kirleticilerin zararlı olma derecelerini ve bu derecelere denk gelen emisyon değerlerini içeren bir tablo şeklindedir. Yapılan hava kalitesi ölçümlerinin amacı toplumu kirletici emisyonları ve bu doğrultuda oluşabilecek sağlık riskleri konusunda bilgilendirmek ve yaşanabilecek sağlık ve çevresel problemlerin önüne geçebilmektir. 
Günümüzde endüstriyel faaliyetlerin yanında, şehirleşmenin giderek artması atmosfere salınan kirletici miktarının artmasına sebep olmaktadır. Bu kirliliğin ısınma ihtiyacı nedeniyle artan fosil yakıt kullanımı, nüfusla birlikte artan taşıt kullanımının yaygınlaşması, endüstriyel proseslerde artış gibi antropojenik kaynakları olmakla beraber, aynı zamanda volkanik patlamalar, orman yangınları, çöl tozları ve deniz spreyi gibi doğal kaynaklardan da ortaya çıkmaktadır. Doğal ve antropojenik kaynaklardan atmosfere salınan salınımlar, kimyasal reaksiyonlarla ikincil kirleticiler oluşturarak çevreyi ve insan sağlığını olumsuz etkilemektedir.
Marmara Bölgesi, Türkiye'nin nüfus açısından en kalabalık bölgesi olmasının yanı sıra, sanayi faaliyetleri olarak da en yoğun bölgesidir. Bununla birlikte birçok kentsel kirlilik kaynakları olmasının yanında, çöl toz taşınımı gibi kaynaklardan da etkilenmektedir. Taşınım hatlarına bakıldığında, Türkiye tam olarak bir kaynak bölge işlevi görmese de, güney ve güney batılı yönlerden gelen toz taşınımlarından özellikle İç Anadolu ve Doğu Anadolu Bölgesi'nin etkilendiği görülmekte ve bu konuda birçok istatistiksel analiz çalışmaları yürütülmektedir. 
Toz taşınması, güneş radyasyonunda fiziksel değişikliklere neden olarak yağışları etkileyebilen, ancak aynı zamanda insanlar için ciddi sağlık tehlikelerine neden olabilen ve kara, hava ve deniz hareketlerini geciktirebilecek bir olaydır. Çöl bölgelerinde oluşan partiküller, uygun meteorolojik koşullar altında atmosfere karışarak kilometrelerce yol kat edebilir ve ulaştıkları bölgelerdeki çevresel koşulları olumsuz yönde etkileyebilir. 
Türkiye için toz taşınım konusu daha çok Doğu Anadolu ve İç Anadolu Bölgesi'ni etkileyen çöl tozları üzerine yapılmaktadır. Bu çalışmada toz taşınım konusu Marmara Bölgesi için araştırılmaya çalışılmış olup, taşınım ile kirlilik artışları yaşanan bölgelerde bu artışların ne kadar olduğu ve etkileyebildiği istasyonlar belirlenmeye çalışılmıştır. Marmara Bölgesi'ndeki taşınım durumları, Edirne ve İstanbul'a ait kirlilik ve meteorolojik veriler incelenerek araştırılmıştır. Ocak 2017 – Aralık 2021 tarihleri arasındaki kirlilik verileri öncelikle Excel ile düzenlenerek R Studio programı aracılığıyla mevsimlik zaman serileri çıktıları elde edilmiştir. Sonrasında bu zaman serilerinin genel değişimleri analiz edilerek, artışları göz önüne çarpan istasyonlar seçilmiş, ve bu istasyonlara en yakın meteorolojik istasyonların rüzgar hızı ve rüzgar yönü verileri elde edilmiştir. Seçilen örnek tarihler ile kirlilik ve meteorolojik istasyonlarının hem rüzgar değişimleri, hem de kirleticiler ile rüzgar değişimleri grafikleri ayrı ayrı elde edilerek rüzgar hızı ve yönüne bağlı değişiklikler olup olmadığı irdelenmiştir. Rüzgar yönünün belirgin değişim gösterdiği günlerde, bu değişimin beraberinde rüzgar hızında değişimler ve kirletici konsantrasyonunda artış yaşandığı günler toz taşınımı gerçekleşme ihtimali olan günler olarak belirlenmiştir. 
Yapılan analizler sonucunda, Mecidiyeköy – Aksaray hattında, her iki istasyonda da rüzgar profillerinin kısa ve uzun dönemde benzerlik gösterdiği, benzer rüzgar değişimlerinin olduğu periyotlarda kirleticilerde de paralel artışlar olduğu tespit edilmiştir. Mecidiyeköy ve Aksaray bölgeleri arasında bulunan Haliç, bu iki istasyona göre topografik olarak daha aşağıda kaldığı için, Mecidiyeköy üzerinden Aksaray'a doğru olan taşınımları engelleme veya azaltma yönünde etkisi olduğu görülmüştür. Buna rağmen ortak rüzgar akımlarının olduğu ve rüzgar yönünün iki bölgede de kuzey – kuzeydoğulu yönlere değiştiği günlerde, kirletici değerlerinde de artışlar gözlemlenmiştir. 
Üsküdar – Kadıköy hattında ise, bir önceki karşılaştırmalara ek olarak, bu iki istasyonda güneybatılı Lodos rüzgarının olduğu günlerde de rüzgar hızına bağlı olarak kirlilik istasyonlarında benzer artışlar yaşandığı görülmüştür.  Tespit edilen bu dönemler için HYSPLIT çalıştırılarak yörünge analizi yapılmıştır. Yörünge analizlerinde, bu istasyonların rüzgar yönünün kuzeydoğulu ya da güneybatılı olduğu bazı dönemler deniz aşırı bölgelerden taşınım ile kirletici aldığı, bazı dönemlerde yerel kaynaklardan oluşan kirlilik artışlarında taşınım ile komşu bölgelerin etkilendiği görülmüştür. Dışardan taşınım ile desteklenen kirletici artışlarında, ortak yörüngelerden gelen tozların yakın günlerde çökme yaparak, bu bölgelerde zaman zaman 1-2 günlük periyotlarda, bazı zamanlar ise daha uzun periyotlarda taşındıkları bölgelerde kalarak kirliliği artırmaktadır. 
Marmara Bölgesi, nüfus açısından Türkiye'nin en yoğun bölgesi olmasının yanı sıra, endüstriyel faaliyetler konusunda da en önde gelen bölgesidir. Bu nedenle bölgenin kendi içinde birçok çevresel, kentsel kirlilik kaynağı bulundurmasıyla beraber başka bölgelerden taşınarak gelen kirlilik parametrelerinden de olumsuz yönde etkilenmektedir.
Sonuç olarak incelenen tarihler ve bu tarihler için alınan çıktılarda görüldüğü üzere, Marmara Bölgesi'nde kentsel ya da sanayi faaliyetleri açısında yoğun olan semtlerde, bu yoğunlukla beraber gelen nüfus artışı ya da araç kullanımının artışı sebebiyle ortaya çıkan çok sayıda kirlilik kaynağı bulunmaktadır. Meteorolojik koşulların da desteklediği zamanlarda kaynak bölgelerden komşu bölgelere ya da deniz aşırı bölgelerden taşınarak taşınım olan bölgelerde kirlilik seviyelerinin arttığı gözlemlenmiştir. Rüzgar hızının azaldığı periyotlarda kirleticilerin bulunduğu bölgelerde çökerek, günlük periyotlarda ya da uzun vadede kirliliği artırmaktadır.

Abstract:
Living things need to live in a healthy environment in order to lead a healthy life. This situation increases the importance of air pollution even more. Air pollution can be defined as the amount of pollutants in the atmosphere that will adversely affect life and the environment. Air pollution has emerged with the use of fossil fuels, and it has begun to be seen that it affects human health negatively from time to time. In fact, it is seen that pollutant levels exceed the limit values at times and are measured at values that can be considered dangerous for human health and the environment. An index called Air Quality Index (AQI) has been developed in order to monitor daily air quality values and inform the society. This index is in the form of a table containing the degree of harmfulness of pollutants and the emission values corresponding to these degrees. The purpose of air quality measurements is to inform the public about pollutant emissions and health risks that may arise in this direction, and to prevent possible health and environmental problems.
Today, besides industrial activities, the gradual increase in urbanization causes an increase in the amount of pollutants released into the atmosphere. While this pollution has anthropogenic sources such as the increased use of fossil fuels due to the need for heating, the widespread use of vehicles that increase with the population, and the increase in industrial processes, it also arises from natural sources such as volcanic eruptions, forest fires, desert dust and sea spray. Emissions released to the atmosphere from natural and anthropogenic sources negatively affect the environment and human health by forming secondary pollutants through chemical reactions.
In addition to being the most populated region of Turkey in terms of population, the Marmara Region is also the most intense region in terms of industrial activities. However, in addition to being many urban pollution sources, it is also affected by sources such as desert dust transport. When we look at the transport lines, although Turkey does not fully function as a source region, it is seen that especially the Central Anatolia and Eastern Anatolia Regions are affected by the dust transports from the south and south-west directions, and many statistical analysis studies are carried out in this regard.
Dust transport is an event that can affect precipitation by causing physical changes in solar radiation, but can also cause serious health hazards to humans and delay land, air and sea movements. Particles formed in desert regions can travel many kilometers by mixing with the atmosphere under suitable meteorological conditions and adversely affect the environmental conditions in the regions they reach.
Dust transport for Turkey is mostly focused on desert dusts that affect the Eastern Anatolia and Central Anatolia Regions. In this study, the subject of dust transport has been tried to be investigated for the Marmara Region, and the stations in the regions where transport and pollution increases have been tried to be determined. The transport conditions in the Marmara Region were investigated by examining the pollution and meteorological data of Edirne and Istanbul. Pollution data between January 2017 and December 2021 were first arranged with Excel, and seasonal time series outputs were obtained through the R Studio program. Afterwards, the general changes of these time series were analyzed, the stations with remarkable increases were selected, and the wind speed and wind direction data of the meteorological stations closest to these stations were obtained. Both the wind changes of the selected sample dates and the pollution and meteorological stations, and the graphs of the pollutants and the wind changes were obtained separately, and it was examined whether there were changes depending on the wind speed and direction. The days when the wind direction shows a significant change, the changes in the wind speed and the increase in the pollutant concentration are determined as the days with the possibility of dust transport.
As a result of the analysis, it has been determined that the wind profiles in both stations on the Mecidiyeköy - Aksaray line are similar in the short and long term, and there are parallel increases in pollutants in periods with similar wind changes. Since the Golden Horn, located between Mecidiyeköy and Aksaray regions, is topographically lower than these two stations, it has been observed that it has an effect on preventing or reducing the transports towards Aksaray via Mecidiyeköy. However, on days when there are common wind currents and the wind direction changes to north-northeast directions in both regions, increases in pollutant values are also observed.
On the Üsküdar - Kadıköy line, in addition to the previous comparisons, it has been observed that there are similar increases in pollution stations depending on the wind speed on the days when the southwest Lodos wind is present at these two stations. Trajectory analysis was performed by running HYSPLIT for these determined periods. In the trajectory analyzes, it has been observed that these stations receive pollutants by transport from overseas regions in some periods when the wind direction is northeast or southwest, and neighboring regions are affected by the increase in pollution from local sources in some periods. In pollutant increases supported by external convection, the dust from the common orbits settles in the near days and stays in the regions where they are transported for 1-2 day periods from time to time and sometimes for longer periods, increasing the pollution.
The Marmara Region, in addition to being the most densely populated region of Turkey, is also the leading region in terms of industrial activities. For this reason, the region has many environmental and urban pollution sources within itself, and it is adversely affected by the pollution parameters that come from other regions.
As a result, as can be seen in the analyzed dates and the outputs taken for these dates, there are many sources of pollution in the Marmara Region, which are dense in terms of urban or industrial activities, due to the increase in population or the increase in vehicle use that comes with this density. It has been observed that the pollution levels increase in the regions where the transport is carried from the source regions to the neighboring regions or from overseas regions when the meteorological conditions also support it. In the periods when the wind speed decreases, it collapses in the areas where the pollutants are present, increasing the pollution in daily periods or in the long term.