Akademi

Uzaktan Algılama Veri ve Yöntemleri ile NO₂ Kirletici Kaynakları Analizi

Giriş

Günümüzde büyük şehirler, artan nüfus, yoğun trafik ve sanayileşmenin bir sonucu olarak ciddi çevresel sorunlarla karşı karşıyadır. Bu sorunların başında ise, hem insan sağlığını hem de ekosistemleri doğrudan etkileyen hava kirliliği gelmektedir. Karbon monoksit (CO), kükürt dioksit (SO₂) ve partikül maddeler (PM10, PM2.5) gibi birçok zararlı gaz, şehir yaşamında ciddi sağlık riskleri oluşturmaktadır [1] . Bu kirleticiler arasında, özellikle Azot Dioksit (NO₂), motorlu taşıtlardan ve sanayi tesislerinden kaynaklanan önemli bir bileşen olup, solunum yolu hastalıkları başta olmak üzere birçok sağlık problemine neden olmaktadır [1]. Bu çalışma, 2020-2023 yılları arasında İstanbul'daki NO₂ yoğunluğu değişimlerini incelemekte ve bu değişimlerin trafik yoğunluğu, sıcaklık ve buhar basıncı gibi faktörlerle olan ilişkisini analiz etmektedir. Elde edilen bulgular, hava kalitesini iyileştirmeye yönelik sürdürülebilir politikalar geliştirilmesi için içgörüler sunmaktadır.

Veri Kaynakları ve Yöntem

Bu çalışmada, NO₂ seviyelerinin hem mekansal hem de zamansal dağılımını analiz edebilmek amacıyla çeşitli açık veri kaynaklarından faydanılmıştır. Avrupa Uzay Ajansı tarafından geliştirilen Sentinel-5P uydusu, TROPOMI sensörü aracılığıyla günlük bazda NO₂ kolonu yoğunluk verileri sağlamaktadır[2]. Bu veriler, Google Earth Engine platformu üzerinden işlenmiş, İstanbul ili sınırlarıyla kesilmiş ve aylık ortalamalar şeklinde görselleştirilmiştir.

Sentinel-5P Uydusunun TROPOMI Sensörü Tarafından Oluşturulan Küresel NO₂ Yoğunluk Haritası ve İstanbul için Oluşturulan NO₂ Yoğunluk Haritası

Meteorolojik etkenleri değerlendirebilmek için Unıversity of Idaho tarafından geliştirilen TerraClimate veri kümesi kullanılmıştır. Bu veri seti, 4 km çözünürlükte sıcaklık ve buhar basıncı gibi iklim değişkenlerini aylık olarak sunmakta olup[3], çalışma alanına uygun olacak şekilde hazırlanıp analizlere entegre edilmiştir.

Küresel Ölçekte Terraclimate Aylık Ortalama Sıcaklık Verisi

Trafik kaynaklı emisyonların etkisini incelemek üzere, İstanbul Büyükşehir Belediyesi Açık Veri Portalı üzerinden elde edilen trafik yoğunluğu verileri kullanılmıştır[4]. Bu veriler, ilçelere göre zaman serisi halinde düzenlenmiş; NO₂ değerleriyle eş zamanlı olacak şekilde işlenmiş ve korelasyon analizlerinde kullanılmıştır.

İstanbul Büyükşehir Belediyesi Trafik Yoğunluk Haritası

Tüm veri setleri raster formatına uygun şekilde işlenmiş, mekânsal analizler öncesinde aynı koordinat referans sistemi  ve çözünürlükte olacak biçimde yeniden örneklenmiştir. Bu standartlaştırma sürecinin ardından, veriler Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ortamına aktarılmış ve piksel bazında karşılaştırma yapılabilecek hale getirilmiştir. Ardından, NO₂ yoğunluğu ile sıcaklık, buhar basıncı ve trafik yoğunluğu gibi değişkenler arasında mekânsal korelasyon analizleri gerçekleştirilmiş; böylece NO₂ değişimini etkileyen başlıca faktörler istatistiksel olarak karşılaştırmalı şekilde değerlendirilmiştir.

Sonuçlar

NO₂ Yoğunluğundaki Yıllık ve Mevsimsel Değişim

Çalışma sonuçlarına göre, 2020 yılında pandemi nedeniyle trafik hacminin azalması, NO₂ seviyelerinde belirgin bir düşüşe neden olmuştur. 2021 yılında normalleşme süreci ile birlikte trafik yoğunluğu artmış ve NO₂ seviyelerinde gözle görülür bir yükseliş yaşanmıştır. 2022 ve 2023 yıllarında trafik yoğunluğu ve meteorolojik koşullara bağlı olarak dalgalanmalar gözlemlenmiştir. Bu gözlemler ile birlikte, sıcaklık artışının NO₂ seviyelerini azalttığı, ancak buhar basıncının belirgin bir etkisinin olmadığı belirlenmiştir. Trafik yoğunluğu ile NO₂ seviyeleri arasındaki korelasyon, bu kirleticinin başlıca kaynağının ulaşım olduğunu açıkça göstermektedir.

2020-2023 NO₂ Yoğunluğu Değişim Haritaları

Nisan Ayı NO₂ Yoğunluğu ve Diğer Faktörlerin Değişimini Gösteren Zaman Serisi Grafiği

Ayrıca, çalışmada farklı mevsimsel dinamiklerin NO₂ yoğunluğu üzerindeki etkilerini incelemek amacıyla Nisan ve Temmuz aylarına ait veriler ile karşılaştırmalı korelasyon analizi yapılmıştır. Bu analizler sonucunda,  Nisan aylarında Temmuz ayına kıyasla NO₂ seviyelerinin genellikle daha yüksek olmasının, kış aylarında düşük sıcaklıklarla birlikte kirleticilerin atmosferde kalma süresinin uzamasından kaynaklandığı tespit edilmiştir. Bu durum, ısınmadan kaynaklanan emisyonların ve trafik yoğunluğunun etkisiyle birleşerek NO₂ seviyelerinin artmasına neden olmaktadır. Yaz aylarına doğru artan sıcaklık ve güneş ışığı, fotokimyasal reaksiyonları hızlandırarak NO₂ seviyelerinin azalmasına yol açmaktadır [5]. Bu süreç Temmuz aylarında belirgin hale gelmekte ve atmosferdeki NO₂ konsantrasyonunda düşüş gözlemlenir. Güneş ışığına maruz kalan NO₂ molekülleri fotoliz süreciyle parçalanarak azot monoksit (NO) ve oksijen radikalleri oluşturur. Oksijen radikalleri atmosferdeki diğer bileşenlerle reaksiyona girerek ozon (O₃) üretimini tetiklerken, NO₂ seviyelerinde düşüşe yol açmaktadır. Bu durum, özellikle yaz aylarında daha belirgin hale gelmekte ve NO₂'nin atmosferdeki konsantrasyonunu düşürerek hava kalitesini olumlu yönde etkilemektedir. Bu süreç, trafik kaynaklı emisyonların yanı sıra atmosferde gerçekleşen kimyasal süreçlerin de hava kalitesi üzerinde önemli bir rol oynadığını göstermektedir.

Mekansal Bulgular

İstanbul’da NO₂ yoğunluğunun en fazla olduğu bölgeler, ana trafik arterleri ve yoğun nüfus alanlarıdır. D-100 Karayolu, TEM Otoyolu ve E-5 çevresindeki bölgelerde ölçülen yüksek değerler, ulaşım kaynaklı emisyonların etkisini açıkça ortaya koymaktadır.

Kadıköy, Beşiktaş ve Mecidiyeköy gibi alanlar da yüksek yaya ve araç trafiği nedeniyle NO₂ açısından öne çıkan bölgeler arasında yer almaktadır.

İBB Anaarter Yol Verisi ile Çakıştırılmış 2022 Nisan ayı NO₂ Yoğunluk Haritası

2022 Nisan ayı NO₂ Yoğunluğu ile Trafik Yoğunluğu Arasındaki Korelasyon Grafiği

Değerlendirme

Elde edilen veriler, İstanbul'da hava kalitesini etkileyen temel faktörlerin büyük ölçüde trafik kaynaklı olduğunu göstermektedir.  Bu bulgular ışığında, hava kalitesini iyileştirmek için ulaşım politikalarının kritik önem taşıdığı anlaşılmaktadır. İstanbul’un belirli bölgelerinde düşük emisyon bölgelerinin oluşturulması[6], toplu taşıma teşviklerinin artırılması ve yeşil ulaşım çözümlerinin desteklenmesiyle, hava kirliliğinin azaltılması için önemli adımlar atılmaktadır.

Gelişen teknoloji, çevresel verilerin toplanması ve yorumlanmasında yeni fırsatlar yaratmaktadır. Bu bağlamda, uzaktan algılama teknolojileri ve CBS, hava kirliliğinin izlenmesi ve yönetilmesinde kritik bir rol oynamaktadır. Sensör ve uydu verilerinin birlikte kullanılması, daha doğru ve kapsamlı analizlerin yapılmasına olanak tanımaktadır [7]. Ayrıca, açık veri kaynaklarının kullanımı, hava kalitesi analizlerinin erişilebilirliğini artırarak çevre politikalarına katkı sağlayacaktır.

İstanbul Büyükşehir Belediyesi’nin çevre ve ulaşım politikaları kapsamında değerlendirilebilecek bu bulgular, sürdürülebilir şehir planlamasına yönelik önemli bir temel oluşturmaktadır. Coğrafi Bilgi Sistemleri Şube Müdürlüğü güncel teknolojileri kullanarak İstanbul Sürdürülebilir Enerji ve İklim Eylem Planında [8] belirlenen hedeflere ulaşmak için yenilikçi çalışmalar gerçekleştirmekte ve sürdürülebilir bir İstanbul için katkı sağlamaktadır.

Kaynaklar

1.     World Health Organization (WHO). Air Quality Guidelines – Global Update 2021. Link

2.     European Space Agency (ESA). Sentinel-5P TROPOMI NO₂ Product. Link

3.     University of Idaho. TerraClimate: Monthly Climate and Water Balance for Global Land Areas. Link

4.     İstanbul Büyükşehir Belediyesi Açık Veri Portalı. Trafik Yoğunluğu Verileri. https://data.ibb.gov.tr/

5.     Vasile, M., Cucu, D.-E., Dobre, C. M. D., Cucu, S., & Radu, A. (2020). Role of Meteorological Parameters in the Diurnal and Seasonal Variation of NO₂ Concentration in an Urban Environment. Atmosphere, 11(9), 973.

6.     WRI Türkiye Sürdürülebilir Şehirler. (2019). İstanbul Tarihi Yarımada Yayalaştırma Projesi’nin Hava Kalitesine Etkilerinin Değerlendirilmesi. WRI Türkiye Yayını. Link

7.     Aksoy, E. (2023). Uzaktan Algılama ve Yersel Veriler Kullanılarak NO₂ Özelinde Hava Kalitesine Yönelik Meteorolojik Mekânsal Bilgi Üretimi: Ankara Örneği (Doktora Tezi, Akdeniz Üniversitesi, Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Anabilim Dalı).

8.     İstanbul Büyükşehir Belediyesi. (2024). İstanbul Sürdürülebilir Enerji ve İklim Eylem Planı (SECAP). Link