Marmara Bölgesi ve Istanbul özelinde kentsel doku - hava kirliliği ve yerel iklim ilişkilerinin incelenmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Akdeniz Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Uzaktan Algılama Ve Coğrafi Bilgi Sistemleri, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: DERYA ARABACI
Danışman: Çağdaş Kuşçu Şimşek
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Hızla artan dünya nüfusunun yarısından fazlasının şehirlerde yaşaması, kentsel alanların hızla genişlemesine yol açmaktadır. Kentsel genişleme, yalnızca çevresel baskıları artırmakla kalmamakta, aynı zamanda iklim değişikliğinin etkilerinin yoğunlaştığı alanları oluşturmaktadır. Bu durum, aşırı hava olaylarının etkilerini daha belirgin hale getirmektedir. Şiddetli yağışlar, sıcak hava dalgaları ve fırtınalar, özellikle büyük şehirlerde önemli riskler oluşturmakta ve kentlerin artan nüfus ile çevresel tehditlere uyum sağlayacak şekilde planlanmasını zorunlu kılmaktadır. Kentsel alanların tasarımında insan termal konforunun gözetilmesi, hava kalitesinin artırılması ve ani sıcaklık değişimlerine karşı dirençli kentler oluşturulması önem taşımaktadır. Özellikle yoğun nüfus, ulaşım ağları ve sanayi faaliyetleri gibi faktörler, kentsel iklim dinamiklerini doğrudan etkileyerek ısı adası etkisi ve hava kirliliği gibi sorunlara yol açmaktadır. Bu sorunlar, sürdürülebilir ve adil bir şehir planlamasını zorlaştırırken, düşük hava kalitesi ve termal stres gibi etkiler kent sakinlerinin yaşamını olumsuz etkilemektedir. Bu bağlamda, hava kirliliği ve kentsel iklim değişikliklerine yönelik planlama çalışmaları, daha yaşanabilir şehirler için öneme sahiptir. Bu tez çalışması, arazi kullanımı ve hava kirliliği arasındaki ilişkinin mevsimsel etkiler dahil üst ölçekte araştırılmasıyla başlayarak, daha alt ölçekte yerel iklim, kent dokusu ve hava kirleticiler arasındaki ilişkilerin incelenmesine yönelik sistematik bir analiz sunmaktadır. İlk aşamada, Marmara Bölgesi'ndeki İstanbul-Gebze, Kocaeli-Yalova, Bursa ve Çanakkale illerinde arazi kullanım türlerinin hava kirleticiler üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. CORINE arazi kullanımı verilerinden yapay yüzeyler, tarım alanları ve orman alanlarının; Sentinel 5P/TROPOMI uydu verileriyle ilişkilendirilmesi sonucunda aerosol indeks, NO2 ve SO2 üzerindeki etkiler post-hoc ANOVA testleriyle değerlendirilmiştir. Analizler 5 km ve 1 km çözünürlükte ayrı ayrı gerçekleştirilmiş ve çözünürlük karşılaştırmaları sonucunda, analizler için 1 km ölçeği uygun bulunmuştur. İkinci aşamada, İstanbul-Gebze bölgesinde daha detaylı bir inceleme yapılmış, yapay yüzeylerin alt sınıfları (sürekli şehir, kesikli şehir ve endüstriyel/ticari alanlar) ile hava kirleticiler arasındaki ilişkiler araştırılmıştır. Bulgular, yerel iklim, kentsel yapı ve hava kirleticiler arasındaki dinamiklerin daha kapsamlı bir şekilde ele alınmasını sağlamıştır. Çalışmanın üçüncü aşamasında, İstanbul'un kentsel alanlarında, yüzey sıcaklığı ile kentsel doku, hava kirliliği, NDVI, NDBI, yükseklik, kıyıya uzaklık ve ormana uzaklık gibi faktörler arasındaki ilişkiler analiz edilmiştir. Bu analizlerde, korelasyon testleri, karar ağaçları, çoklu doğrusal regresyon analizi ve XGBoost regresyon modeli kullanılarak ilişkiler detaylı bir şekilde değerlendirilmiştir. Tez çalışmasının sonuçlarına göre, ilk aşamada İstanbul-Gebze, Kocaeli-Yalova, Bursa ve Çanakkale bölgelerinde yapay yüzeyler, tarım alanları ve orman alanları gibi farklı arazi kullanım türlerinin hava kirleticiler üzerindeki etkilerinin farklılık gösterdiği tespit edilmiştir. Bu etkilerin dönemsel ve mevsimsel olarak değişkenlik gösterdiği ortaya konmuştur. İstanbul-Gebze Bölgesi'ndeki kentsel alanlarda yapılan incelemede, aerosol indeks ve NO2 verilerinin, sürekli şehir yapısına sahip alanlar ile kesikli şehir yapısına sahip alanlar arasında, sonbahar 2021 dönemi hariç her iki yılın tüm mevsimlerinde anlamlı farklılıklar gösterdiği tespit edilmiştir. İkinci aşamada, hava kirleticiler ile kentsel doku ilişkisi, yol verisi de dahil edilerek korelasyon testleriyle araştırılmıştır. Sonuçlar, aerosol indeks ve NO2 hava kirleticilerinin, ağırlıklandırılmış kentsel doku-yol sınıfıyla en yüksek korelasyona sahip olduğunu göstermiştir. Bu sınıfı sırasıyla kentsel doku ve yol verisi izlemiştir. Hava kirleticiler ile kentsel doku sınıfları (ayrık düşük katlı, ayrık orta katlı, kompakt düşük/orta katlı) arasındaki ilişki, yol yoğunluğu da dikkate alınarak incelenmiştir. Post-hoc test sonuçları, aerosol indeks ile NO2 hava kirliliği verilerinin, kompakt düşük/orta katlı ve yol yoğunluğu yüksek doku sınıflarında, ayrık düşük katlı ve ayrık orta katlı doku sınıflarına göre istatistiksel olarak anlamlı farklılık gösterdiğini ortaya koymuştur. Üçüncü aşamada, yüzey sıcaklığı üzerindeki bağımsız değişkenlerin etkisi (mevsim, NDVI, NDBI, kentsel doku, aerosol indeks, NO2, SO2, kıyıya uzaklık, ormana uzaklık, yükseklik), herhangi bir dönem ayrımı gözetilmeksizin XGBoost makine öğrenimi tekniği kullanılarak modellenmiş; SHAP analizi yardımıyla da bu değişkenlerin etki derecesi ve yönü değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular, yüzey sıcaklığı üzerinde en büyük etkiye mevsimin sahip olduğunu (önem sıralaması değeri, 0.6) göstermiştir. Mevsimi sırasıyla 0.35'lik değerle NDBI, 0.23'lük değerle NDVI ve kent dokusu takip etmektedir. Yerel iklimin modellenmesinde kullanılan çoklu doğrusal regresyon ve XGBoost regresyon modellerinin doğrulukları karşılaştırıldığında, çoklu doğrusal regresyon modelinin doğruluk değeri (R2) 0.701 olarak hesaplanırken, XGBoost regresyon modelinde bu değer 0.804 olarak bulunmuştur. Bu sonuçlar, XGBoost'un karmaşık veri ilişkilerini modellemede daha başarılı olduğunu ortaya koymuştur. Son olarak, yerel iklim, kentsel doku ve hava kirleticiler arasındaki karşılıklı ilişkilerin incelenmesi sonucunda, kent dokusundaki yoğunlaşmanın yüzey sıcaklığını artırdığı, aynı zamanda NO2 ve aerosol indeks değerlerinde de artışa neden olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, aerosol indeks ve NO2 artışının da yüzey sıcaklığını yükselttiği ortaya konulmuştur. Sonuç olarak, bu çalışmada kullanılan TROPOMI, diğer hava kalitesi gözlem uydularına kıyasla daha yüksek mekânsal çözünürlüğe sahip olması nedeniyle, kentsel iklim ve hava kirliliği araştırmalarında kullanılabilmesine imkân tanımakta ve bu çalışmalara önemli katkılar sunmaktadır. Bu tez çalışmasında, üzerine henüz çok fazla araştırma yapılmamış olan kentsel iklim, kentsel doku ve hava kirleticiler arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Elde edilen bulgular, sürdürülebilir ve iklim değişikliğine dirençli kentlerin planlanmasında, hava kirleticiler ile kentsel dokunun birleşik etkisinin dikkate alınması gerektiğini ortaya koymaktadır.