Analysis of SO2 pollution in Turkey using ground observations and satellite retrievals

Bu çalışmanın amacı Türkiye üzerindeki kükürt dioksit kirliliğinin yer ölçüm istasyonlarından ve bir uzaktan algılama cihazından elde edilen sonuçlarının birbirleriyle olan ilişkilerini araştırmaktır. Bir diğer amaç ise, evsel ısınmanın kükürt dioksit kirliliğine katkısı belirlemektir. Çevre Koruma Ajansı tarafından belirlenen altı kriter kirleticinin içinde yer alan kükürt dioksiti ölçmek ve yönetmek oldukça önemlidir. Kirletici, konsantrasyon olarak ortamın hava kalitesini direkt ölçen yer gözlem istasyonları ve kolon ölçümü yapan uzaktan algılama cihazları ile gözlemlenebilir. Hava kirliliğine olan duyarlılığın artmasının ardından, hava kalitesi gözlemleri önem kazanmıştır. İlk kirlilik gözlemi, 1961 yılında kükürt dioksit ve partikül madde için yapılmıştır. 1984 yılında ise yarı otomatik ölçüm cihazları yerini tam otomatik ölçüm cihazlarına bırakmıştır. Buna ek olarak, kükürt dioksitin ilk uzaktan algılanması 1979 yılında gerçekleşmiştir. Gün geçtikçe, uzaktan algılama cihazları gelişmiş ve sayısı artmıştır. Günümüzde kükürt dioksit ölçümü yapabilen ve güncel olarak kullanılan yedi cihaz bulunmaktadır. Uzaktan algılama geçmişşten günümüze birçok çalışmada kullanılmıştır. Endüstriyel aktiviteler, enerji üretimi ve volkanik patlamalar kükürt dioksit gözleminin yapıldığı başlıca alanlar olarak verilebilir. Bu çalışmada Ulusal Hava Kalitesi İzleme Ağı tarafından 2005 ve 2016 yılları arasında 174 gözlem istasyon için veri elde edilmiştir. Veriyi işlemeden önce, kaliteyi güçlendirmek adına veri bir filtreleme sürecine tabi tutulmuştur. Bu filtrelemede günlük veri sayısının %75'inden az veri bulunan günler, saatlik ardışık iki veri arasındaki farkın 104. 8 g/m3'ten büyük olduğu veriler veri setinden çıkarılmıştır. Ayrıca daha doğru sonuçlar elde etmek için konsantrasyon değerlerinde alt ve üst limitler belirlenmiştir. Üst limitin belirlenmesinde literatür araştırmalarında yer alan, SO2'nin maksimum ölçülebildiği yerlerdeki ölçümler göz önünde bulundurulmuştur. 2001 yılında Santiago kraterinde 3.1 ppm yani 7950 g/m3'lük bir SO2 konsantrasyonu kaydedilmiştir. Bu veriden daha büyük veriler ile karşılaşılmayacağı düşünülerek, veri setindeki üst limit 3 ppm yani 7860 g/m 3 olarak kabuş edilmiş ve alt limit ise ortalamalarda yanlış SO2 konsantrasyon verilerinin elde edilmesini engellemek için -5 g/m 3 olarak belirlenmiş ve bunların dışındaki veriler, veri setinden çıkarılmıştır. Yer ölçümlerine yıllık, aylık ve mevsimsel ortalamalar alınırken, yer ve uydu ölçümlerinin karşılaştırılmasında daha temsili sonuçlar elde edebilmek için, Ozone Gözlem Cihazı'nın yerel geçiş saati olan 13:45 ile uyumlu olacak şekilde, saat 13:00 ve 14 :00'ın ortalamaları kullanılmıştır. Bunların haricinde, evsel ısınmanın SO2 kirliliği üzerindeki etkisini araştırmak için Isıtma Gün Dereceleri denilen, bir günün ne kadarının soğuk geçtiğini ölçmeye yarayan bir parametre kullanılmıştır. Bu bölümde günlük sıcaklıklar ve ısıtma gün dereceleri, SO2 konsantrasyonları ile karşılaştırılmıştır. Fakat bu karşılaştırma kaynak belirlemede yeterli olmayacağından, meteorolojik kaynakların kirlilik seviyesinde etkisi olup olmadığını araştırmak için SO2 konsantrasyonları NO2 ve PM10 gibi diğer kirleticilerle karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma süresinde sıcaklık verileri Meteoroloji Genel Müdürlüğü, kirlilik konsantrasyon verileri ise Ulusal Hava Kalitesi İzleme Ağı'ndan alınmıştır. Bu karşılaştırılmalar mevsimsel değişimin en yüksek olduğu istasyonlar arasından seçilmiş dört istasyon arasında yapılmıştır. Buna göre Edirne Keşan ve Tekirdağ istasyonlarında evsel ısınmanın SO2 kirliliği üzerinde büyük etkisi olduğu görülmektedir. Ordu Fatsa'da ise tüm kirleticiler arasındaki aynı orandaki mevsimsel değişimler, yüksek SO2 kirliliğinin enversiyon gibi meteorolojik kaynaklı olabileceğini ortaya çıkarmıştır. Diğer türdeki veri setleriyle karşılaştırma yapmak için görünür ve morötesi dalga boyunda ve geri saçılmış elektron ölçümü yapan OMI'den sağlanan veriler kullanılmıştır. Yer ölçümleriyle daha verimli bir karşılaştırma yapılması için zemin yüzeyine yakın sınır tabakasındaki kolon miktarları kullanılmıştır. Uydu ölçümleri alındıktan sonra OMI'nin standart kılavuzuna bağlı kalınarak, veri kalitesini yükseltmek amacıyla veri filtrelemesi yapılmıştır. Bu süreçte SO2 PBL kolon miktarı -1.27E+ 30 değerine eşit olan, Ozon Kolon Miktarı 1500 Dobson biriminden büyük olan, Zenit Açısı 70 dereceden büyük olan ve Işınımsal Bulut Fraksiyonu 0 .3'ten büyük olan veriler veri setinden çıkarılmıştır. Yer ölçümleri ile uydu ölçümleri arasındaki korelasyonun zayıf olduğu gözlemlenmiştir. Öte yandan, OMI'nin kömür yakan termik santraller ve SO2 emisyonu salan endüstriler gibi büyük noktasal kaynaklarda, SO2 kirliliğini yakalayabildiği görülmüştür. Ayrıca, mevsimsel SO2 kolon değişimlerinin en fazla gözlendiği ilk on istasyonu içeren listede, henüz doğal gaz kullanımına geçmemiş iki istasyon görülmektedir. Dahası, 2012 yılının Ocak ve Temmuz ayları için, SO2 yer ölçümü konsantrasyonları OMI PBL kolon sonuçlarından türetilmiş konsantrasyonlar ve CMAQ model simülasyonundan elde edilmiş konstantrasyonlar ile karşılaştırılmıştır. OMI konsantrasyonlarında diğer veri setlerine göre daha düşük tahminler gözlemlenmiştir. Yer istasyonları ile CMAQ model simülasyonu arasında, Güneydoğu Anadolu ve Ege Bölgesinin bazı bölgelerinde düşük de olsa korelasyon görülmektedir. Bunların dışında, Musul'daki kükürt tesisinde çıkan yangının Türkiye üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu çalışmada hem ölçüm istasyonu verileri hem de uydu verileri kullanılmıştır. Etkiler 2016 yılı için oluşturulmuş, hem OMI verilerinin hem de etki alanında kalan yer istasyonların yer ölçüm verilerinin yer aldığı haritada gözlemlenmektedir. Kirlilik taşınımından etkilenen kısım Türkiye'nin Güneydoğu Anadolu Bölgesi'ni kapsamaktadır. En çok etkilenen istasyonların Şanlıurfa, Mardin, Siirt, Hakkari, Diyarbakır, Bitlis ve Batman olduğu görülmüştür. Kirlilik bulutunun yaklaşık geçiş süresi beş gün olarak tespit edilmiştir. Bunlara ek olarak, yer ve uydu ölçümleri arasında daha güvenilir karşılaştırma yapılması için Corine Arazi Örtüsü envanteri kullanılmıştır. İl bazındaki hesaplamalarda Corine Arazi Örtüsü envanterinde yer alan kentsel ve endustriyel alanlar kullanılmıştır. Envanter kullanılarak elde edilmiş kolon verileri ile yer konsantrasyonları arasında genel bir uyum gözlemlenmemiştir. Yer konsantrasyonlarının çok yüksek, uydu ölçümlerinin ise çok düşük gözlemlendiği yerler belirlenmiştir. Bu yerlerde kirliliğin lokal veya meteorolojik kaynaklı olabileceği düşünülmüştür. İstasyonun kurulacak yerlerin iyi belirlenmesi ve istasyon sayılarının arttırılması daha verimli bilgilerin elde edilmesini sağlayabilir. Uydu ölçümlerinin yer ölçümlerinden çok yüksek olduğu yerlerdeki farkın sebebi ise atmosferin üst kısımlarında görülebilecek kirlilik taşınımı olabileceği düşünülmüştür. Sonuç olarak, yer ve uydu ölçümleri arasındaki korelasyonun düşük olduğu gözlemlenmiştir. Bu düşük korelasyonun üç sebeple ilişkilendirilebileceği düşünülmektedir. İlk olarak, yer ölçüm istasyonları tek bir noktada ölçüm yaparken, OMI alan tarayarak ölçüm yapmaktadır. İkinci olarak, yer ölçüm istasyonları yüzeyde ölçüm sağlarken OMI ölçümlerini kolon üzerinden sağlamaktadır. Sonuncu olarak, OMI'nin yerel geçiş saati 13:30 iken, yer ölçümleri saatlik devamlı ölçüm yapmaktadır. Bu çalışmada, yer ve uydu ölçümleri arasındaki karşılaştırılmalar yapılırken, yerel geçiş saati etkisi en aza indirilmek için yer ölçümlerinin saat 13:00 ile 14:00 arasında verilerinin ortalaması kullanılmıştır fakat yukarıda belirtilen etkilerin haricinde gözden kaçırılmış etkiler de bulunabilir. Yer konsantrasyonlarını kullanarak kolon verileri hakkında ya da kolon verilerini kullanarak yer konsantrasyonları hakkında bir tahminde bulunmak oldukça zordur. Yer ve uydu ölçümelerinin arasındaki uyumluluğun artması için gözlem istasyonlarının yeri ve sayısı çok iyi belirlenmelidir. Ayrıca, ölçüm istasyonları verileri için kalite değerlendirmesi yapılmasının daha temsili veri setlerinin elde edilmesine yardımcı olacağı düşünülmektedir. Hava kirliliği kalitesi gözleminde sadece yer ölçümlerinin ya da sadece uydu ölçümlerinin kullanılmasının yeterli olduğunu söylemek zordur. Bu nedenle iki farklı veri seti de birlikte kullanılmalıdır. Son olarak, OMI ile evsel ısınmanın SO2 kirliliğine etkisini araştırmanın zor olduğu gözlemlenmiştir. Buna rağmen, Musul'daki yangının Türkiye üzerindeki etkilerinin araştırıldığı çalışma, kirlilik taşınımının OMI tarafından verimli bir şekilde gözlemlenebileceğini kanıtlamaktadır.