Marmara bölgesinde kısa dönemli ozon tahmini ve uzun dönemli iklim değişikliğine bağlı ozon oluşumunun modellenmesi

Hava kirliliği izleme ve veri analizi, hava kalitesi yönetim sisteminin ana bileşenleri olmuştur. Son yıllarda atmosfer ve bilgisayar bilimlerindeki gelişmeler sayesinde, hava kalitesi simülasyon modelleri, hava kalitesi yönetimi için güçlü araçlar olarak ortaya çıkmıştır. Bu modellerin sofistike yapısı, yalnızca atmosferin karmaşık doğasına ilişkin anlayışımızı geliştirmekle kalmaz, aynı zamanda yakın ve uzak gelecek için hava kalitesi tahminleri yapmamızı sağlar. Bu özellikler, hava kalitesi yönetimindeki büyük bir boşluğu kapatıyor ve modelleri planlama sürecinin önemli bir parçası haline getiriyor. Bu çalışmada, sırasıyla 21. yüzyılın ortaları ve yakın gelecek için Marmara bölgesinin hava kalitesini simüle etmek için deterministik atmosferik modeller ve derin öğrenme algoritmaları kullanılmıştır. Çalışma üç bölümden oluşmaktadır: (1) iklim değişikliğinin Türkiye'nin Marmara bölgesindeki yaz mevsimi ozon konsantrasyonu üzerindeki etkisinin araştırılması; (2) iklim değişikliğinin biyojenik emisyon konsantrasyonu üzerindeki etkisinin simülasyonu; ve (3) günlük ozon döngüsünün zamansal özelliklerini derin öğrenme modellerine empoze ederek modellerin performansını iyileştirmek. Bu çalışmada geçmiş (2012) ve gelecek (2053) dönemlerin ozon konsantrasyonları arasındaki fark, iklim değişikliğinin ozon konsantrasyonunu nasıl etkilediğini göstermek için kullanıldı. Geçmiş ve gelecek (SSP2-4.5 ve SSP5-8.5 iklim senaryoları altında) dönemlerinin ozon tahminleri WRF-CMAQ modelleme sistemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Meteorolojik modellemesi için başlangıç ve sınır koşulları küresel CMIP6 verileri ile sağlandı ve antropojenik ve biyojenik emisyonlar sırasıyla EMEP envanteri ve MEGAN modeli tarafından sağlandı. Avrupa, Türkiye ve Marmara domainlerinin meteorologik verilerini elde etmek için CMIP6 verileri sırasıyla 36 km, 12 km ve 4 km uzamsal çözünürlüğe ölçeklendirildi. İklim ve hava kalitesi simülasyonlarının sonuçları, gelecekteki iklim senaryoları altında günlük ortalama sıcaklık ve günlük ortalama ozon konsantrasyonunda iststistiksel olarak anlamlı artış olduğunu göstermektedir (P<0.05). Marmara bölgesindeki ozon konsantrasyonundaki ortalama artış oranları SSP2-4.5 ve SSP5-8.5 senaryoları altında sırasıyla %13,6 ve %16,02 olmuştur. İklim değişikliğinin biyojenik emisyon konsantrasyonunu nasıl etkilediğini araştırmak için geçmiş döneme ait iklim verileri ve gelecek iklim senaryoları kullanılarak MEGAN modeli tarafından biyojenik emisyon simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, kullanılan gelecek dönemine ait iklim senaryolarının biyojenik emisyon konsantrasyonunda istatistiksel olarak anlamlı bir artışa neden olduğunu göstermektedir. Bu artış SSP2-4.5 ve SSP5-8.5 senaryolarına göre ortalama izopren için sırasıyla yaklaşık %28.2 ve %38.46'dır. Ayrıca ortalama terpen konsantrasyonundaki artış oranı sırasıyla SSP2-4.5 ve SSP5-8.5 senaryolarında %15.38 ve %21.79'dur. Tezin son bölümü, günlük ozon döngüsünün zamansal özelliklerini modellere empoze ederek, derin öğrenme modellerinin saatlik ozon konsantrasyonu tahminindeki performansının iyileştirilmesine ayrılmıştır. Sonuçlar, önerilen yöntemin derin modellerin performansını istatistiksel olarak anlamlı ölçüde artırdığını göstermektedir. Bildiğimiz kadarıyla, önerilen yaklaşım literatürde ele alınmamıştır. Bu çalışma, aynı zamanda Marmara bölgesindeki iklim değişikliğinin troposferik ozon ve biyojenik emisyon konsantrasyonları üzerindeki etkisini inceleyen ilk çalışmadır. Sonuçlar, bölgesel özelliklere bağlı olarak meteorolojik parametrelerin ve emisyonların troposferik ozon oluşturmak için nasıl etkileşime girdiğine dair değerli ayrıntılar sağlamaktadır.