METEOROLOJİK KOŞULLARIN HAVA KİRLİLİĞİ ÜZERİNE ETKİLERİNİN İNCELENMESİ: KEÇİÖREN İLÇESİ ÖRNEĞİ Kahraman OĞUZ, Muhammet Ali PEKİN Meteoroloji Genel Müdürlüğü, Araştırma Dairesi Başkanlığı, Ankara koguz@mgm.gov.tr, mapekin@mgm.gov.tr ÖZET Atmosferde toz, duman, gaz ve saf olmayan su buharı şeklinde bulunabilecek kirleticilerin, insanlar ve canlıların sağlığını olumsuz yönde etkileyecek ve/veya maddi zararlar meydana getirecek miktarlara yükselmesi, Hava Kirliliği olarak nitelenmektedir. Sıcaklık, nem, yağış miktarı, dikey ve yatay hava akımları gibi meteorolojik koşulların hava kirliliği üzerinde etkili olduğu bilinmektedir. Bu çalışmada, Ankara (Keçiören) ilinde görülen hava kirliliği üzerine meteorolojik koşulların etkileri incelenmiştir. Çalışma periyodu olarak 13 ve 14 yılları seçilmiştir. Hava kirliliği parametreleri (PM10 ve SO 2) ve meteorolojik parametreler (Sıcaklık, Rüzgar hızı, Bağıl nem ve Basınç) Çevre ve Şehircilik Bakanlığı tarafından işletilen hava kalitesi izleme istasyonlarından elde edilmiştir. Elde edilen veriler, tablo ve grafiksel olarak analiz edilmiş ve aralarındaki bağıntıyı gösteren korelasyon katsayıları hesaplanmıştır. Sonuçlar detaylı olarak bir arada yorumlanmış ve değerlendirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Hava kirliliği, Meteoroloji, PM10 ve SO 2 INVESTIGATION OF EFFECT OF METEOROLOGICAL CONDITIONS ON AIR POLLUTION: ANKARA CITY EXAMPLE ABSTRACT Air pollution is the introduction of dust, smoke, gas, impure water vapor or other harmful materials into the Earth's atmosphere, possibly causing disease, death to humans, damage to other living organisms. It is known that meteorological conditions such as temperature, humidity, precipitation and vertical and horizontal air flow are effective on air pollution. In this study, effect of meteorological conditions on air pollution in Ankara (Kecioren) city has been investigated. The study period was selected as 13 and 14 years. Air pollutant parameters (PM10 ve SO 2) and meteorological parameters (Temperature, Wind speed, Relative humidity and Pressure) were obtained from air quality stations controlled by Ministry of Environment and Urbanization. Obtained data analysed as table and graphically. Correlation coefficients showing relations were calculated. Finally, results were interpreted and evaluated in detail. Keywords: Air pollution, Meteorology, PM10 and SO 2
1. GİRİŞ Hava kirlenmesi, Çeşitli doğal veya yapay nedenler ile doğal olarak havanın bileşiminde bulunmayan bazı maddelerin havanın bileşimine katılması veya normalde havanın bileşiminde bulunan bazı maddelerin yine çeşitli doğal ve yapay nedenler ile yüksek miktarlara erişmesi sonucunda, kişilerin sağlıklarını ve bitki ile hayvanların yaşam ve gelişimlerini olumsuz yönde etkileyen hava durumu olarak tanımlanmaktadır. Tanımda verildiği gibi çeşitli nedenler ile kirlenen hava otopürasyon dediğimiz çeşitli kimyasal reaksiyonlarla ayrışarak, rüzgarlarla dağılarak toprak, deniz ve göller üzerine çökerek kendi kendini temizleme yeteneğine sahip bulunmaktadır. En önemli hava kirleticileri Partikül Madde (PM), Kükürt dioksit (SO2), Karbon monoksit (CO), Karbondioksit (CO2), Ozon (O3), Azotoksitler (NOx) ve Hidrokarbonlar (HC) dır. Kükürt dioksit (SO2), renksiz, boğucu ve asidik bir gazdır. SO2 kömür ve fuel-oil in doğal olarak yapısında bulunan kükürt bileşiklerinin yanması ile açığa çıkmaktadır. Mevcut temel kükürt dioksit üretici faaliyetler, endüstriyel uygulamalar, ısınma amaçlı kullanılan evsel yakıtlar, termik santraller ve belli bir miktar da dizel yakıtlı taşıtların kullanımıdır. SO2 konsantrasyonları genellikle evsel ısıtma amacıyla kömür kullanımının yaygın olduğu şehirlerin merkezi bölgelerinde ve endüstriyel alanların çevrelerinde yüksek değerlerdedir (Akyürek, 12). Partikül Madde (PM), atmosferdeki ağırlıkları nedeniyle hızla çökebilen büyük partiküllerin dışında, atmosferde yayılan çok küçük tanecikli katı veya sıvı partiküllerdir. Kütle ve bileşimi yönünden; aerodinamik çapı 2.5 μm den büyük kaba partiküller, aerodinamik çapı 2.5 μm den küçük ince partiküller olarak iki gruba ayrılır. İnce partiküller; ikincil olarak oluşan aerosolleri (gaz-partikül dönüşümü), yanma sonucunda oluşan partikülleri, yoğunlaşan organik ve metal buharlarını içerir. Büyük partiküller; genelde yer kabuğu materyalleri yol ve endüstrilerden atmosfere verilen tozları içerir. Partiküler madde, yakıtların yanması, dizel motorlar, inşaat ve endüstriyel faaliyetler, ikincil aerosoller (amonyak, sülfür ve azot oksitlerinin havada reaksiyonu) bitki polenleri ve yerden kalkan tozlar gibi birçok doğal kaynaktan oluşabilir. Partiküler madde, nitelik ve niceliği bakımından; tanecik boyutları, yoğunluğu, kimyasal bileşimi ve sağlık etkileri potansiyeline bağlı olarak geniş çapta değişim gösterir (Özdemir, 08). Hava kirliliği, çeşitli kaynaklardan atmosfere salınan hava kirleticilerinin, atmosferik sınır tabakada meteorolojik faktörlerin ve yüzey topoğrafya özelliklerinin etkileriyle birlikte oluşmaktadır. Rüzgar hızı, yönü, sıcaklık, basınç, nem gibi meteorolojik faktörlerle birlikte, yüzey pürüzlülük özellikleri de hava kirleticilerin dağılımı için önemlidir. Atmosferik hava kirliliğinde meteorolojinin en önemli rolü; dağılım, taşınım ve atmosferden ayrılma aşamalarında etkili olmasıdır. Hava kirliliğinin incelenmesi ve çeşitli yöntemlerle analizinin yapıldığı yurtiçinde ve yurt dışında birçok çalışma yapılmıştır. Eğri, yaptığı çalışmada 1996 yılının kış dönemi SO2 ve PM nin meteorolojik koşullarla etkisini incelemiştir. Sonuçta, rüzgar hızı dışındaki tüm değişkenlerin SO2 ile anlamlı olarak ilişkili olduğu; hava basıncı, bağıl nem ve sıcaklık ile PM nin anlamlı ölçüde ilişkili olduğu saptanmıştır (Eğri, 1997). Söyleyici ve Dursun tarafından hava kirleticiler ile meteorolojik parametreler arasındaki ilişki incelenmiştir. Özellikle kış mevsimi değerlerinin Konya da daha anlamlı sonuçlar verdiği sonucuna ulaşılmıştır (Söyleyici ve Dursun, 02). Akay,
Kırıkkale ili için 1996-02 yılları SO2 verilerinin meteorolojik parametrelerle ilişkisini incelemiş, sıcaklık ile arasında ters ilişki olduğu, basınç, rüzgar ve nispi nem ile arasında doğru orantı olduğunu tespit etmiştir (Akay, 03). Çiçek ve arkadaşları, SO2, PM10, NO, NO2, CO ile iklim elemanları arasındaki ilişkiyi incelemiştir. Sıhhiyede ölçülen Kasım 01 ve Nisan 02 dönemine ait değerlerin kullanıldığı çalışmada, kirletici parametreler ile iklim elemanları arasında orta düzeyde ilişki olduğu belirlenmiştir (Çiçek, vd., 04). Shang ve arkadaşları Çin de sistematik yapılan incelemelerinde kısa süreli hava kirliliği etkileri ile ölümler arasındaki ilişkilere bakılmıştır (Shang vd., 13). Villeneuve ve arkadaşları hava kirliliği kısa süreli etkisini çalışmışlar. Artan süreyle etkinin arttığı ortaya konulmuştur (Villeneuve vd., 12). Bu çalışmada, 13-14 peryodu arasında Keçiören örnekleme noktasında ölçülen SO 2 ve PM10 kirleticilerinin meteorolojik parametrelerle (Sıcaklık, Rüzgar hızı, Bağıl nem ve Basınç) olan ilişkileri belirlenmeye çalışılmış ve tartışılmıştır. 2. MATERYAL VE METOT Keçiören coğrafi konum olarak; 40.007 enlem ve 32.856 boylam koordinatlarındadır (Şekil 1). Adrese dayalı nüfus kayıt sistemi 14 verilerine göre 872.025 kişi ile Ankara'nın nüfus bakımından en büyük ikinci ilçesi konumundadır. Türkiye'nin de en kalabalık ilçelerinden biridir ve nüfusu pek çok ilden daha fazladır. Keçiören in meteorolojik verileri, tipik Orta Anadolu iklim özellikleri taşımaktadır. Keçiören ilçesi karasal iklim özellikleri taşımasına rağmen güneyinde sert step iklimi gözlenir. (Keçiören Belediyesi, 15-19 Dönemi Stratejik Planı). Şekil 1. Ankara-Keçiören ilçesinin konumu.
Bu çalışmada kullanılan hava kirliliği ve meteoroloji verileri, Çevre ve Şehircilik Bakanlığının Resmi Web sitesinden alınmıştır. Verileri kullanılan Keçiören istasyonu 39.96 enlem ve 32.86 boylamlarında yer almaktadır. Çalışma dönemine ait peryodun verileri 1 er saat aralıklı olmakla birlikte, %99 luk kısmı eksiksizdir. İstasyon, Meteoroloji Genel Müdürlüğü nün bahçesinde, şehrin en yoğun yerleşim yerlerinden birinde bulunmaktadır. Ancak istasyon, ilçenin yüksek bir konumda bulunması ile özellikle yakınında ki yoğun trafikli caddelerden fazla etkilenmemektedir. Keçiören istasyonunda ölçümü yapılan parametrelerden; PM10 parametresinde kış dönemi ortalamalarında limit aşımı görülmemekte olup, yıllık ortalamalarda 13 yılı itibariyle limit aşımı başlamaktadır. Yılda en fazla 35 kez aşılabilen günlük ortalama değerler, yine 13 yılında (86 aşım ile) aşılmıştır. Ayrıca 11 yılında 1. Uyarı seviyesi 1 kez, 12 yılında 1. Uyarı seviyesi 6, ikinci uyarı seviyesi ise 3 ve 3. Uyarı seviyesi 2 kez aşılmıştır (Ankara Hava Kalitesi Değerlendirme Raporu, 13). Uyarı eşikleri Tablo 1 de gösterilmiştir. Tablo 1. SO2 ve PM10 için Uzun Vadeli ve Kısa Vadeli Sınır Değerlerinde Uyarı Eşikleri (Kaynak: Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi (HKDY)Yönetmeliği EK-I A). Ortalama süre Uyarı Eşiği Kükürtdioksit SO2 Partikül Madde (PM10) Saatlik İlk seviye: 500 KVS µg/m 3 Kış sezonu ortalaması (1 Ekim-31 Mart) Hedef Sınır Değer (Yıllık Aritmetik Ortalama) Hedef Sınır Değer (Kış Sezonu Ort.) İkinci seviye: 850 µg/m 3 Üçüncü seviye: 1.100 µg/m 3 Dördüncü seviye: 1.500 µg/m 3 (Verilen değerler 24 saatlik ortalamalardır.) KVS İlk seviye: 260 - kış sezonu ortalaması µg/m 3 (1 Ekim-31 Mart) İkinci seviye: 400 µg/m 3 Üçüncü seviye: 5 µg/m 3 Dördüncü seviye: 650 µg/m 3 (Verilen değerler 24 saatlik ortalamalardır.) -PM 10: 10 µm aerodinamik çaplı geçirgen bir girişten %50 verimle geçen partiküler madde. -KVS: Kısa vadeli sınır değer, maksimum günlük ortalama değerler veya istatistik olarak bütün ölçüm sonuçları sayısal değerlerinin büyüklüğüne göre dizildiğinde, ölçüm sonuçlarının yüzde doksan beşini aşmaması gereken değer.
-: Uzun Vadeli Sınır Değer, aşılmaması gereken ve tüm ölçüm sonuçlarının aritmetik ortalaması olan değer. Bu çalışmada, Keçiören ilçesinde ölçülen kirletici konsantrasyonlarının (PM10 ve SO2) ve meteorolojik parametrelerin 13 ve 14 yılları için değişimleri aylık olarak incelenmiş ve değişim grafiği yorumlanmıştır. Yapılan analizler sonucunda kirletici konsantrasyonunun bazı aralıklarda sınır değerlerin üzerine çıktığı belirlenmiştir. Bunun yanında, PM10-SO2 arasında ve aynı zamanda bu kirletici parametrelerle meteorolojik parametreler arasında bir ilişki olup olmadığı araştırılmıştır. 3. SONUÇLAR Keçiören ilçesinde ölçülen kirletici konsantrasyonlarının ve meteorolojik parametrelerin 13 ve 14 yılları aylık ortalama değerleri Tablo 2 de gösterilmiştir. Aynı zamanda PM10 ve SO2 değerlerinin aylık değişimleri Şekil 2 de gösterilmiştir. Verilen değerler incelendiğinde PM10 ve SO2 değerlerinin sonbahar mevsimiyle birlikte artışa geçtiği ve kış mevsiminde maksimum değerini aldığı görülmektedir. Sonbahar mevsiminde başlayan ısınma amaçlı yakıtların kirletici gazlarının atmosfere salımı bunda etken olmuş olabilir. Değerlerin 14 yılı ilkbahar mevsimiyle birlikte düşüşe geçtiği görülmektedir (Şekil 2). Ayrıca meteorolojik özellikler kirletici parametrelerin seyrelmesinde yada enverziyonla birlikte yoğunlaşmasında etkilidir. Bölgedeki trafik durumu da konsantrasyonlar üzerinde önemlidir. Tablo 2. Keçiören de Ölçülen Kirletici Konsantrasyonlarının ve Meteorolojik Parametrelerin Aylık Ortalamaları 13 14 Aylık PM10 (µg/m³) SO2 (µg/m³) Sıcaklık ( C) Rüzgar Hızı (m/s) Bağıl Nem (%) Ocak 69,66 11,59 3,99 2,25 66,85 Şubat 78,07 9,76 7,97 2,30 60,46 Mart 69,17 8,29 10,62 2,65 49,87 Nisan 73,79 12,54 16,28 2,45 50,29 Mayıs 66,60 8,35 24,35 2,51 38,93 Haziran 49,71 5,93 27,01 2,69 38,25 Temmuz 41,27 7,86 29,00 2,89 36,59 Ağustos 47,89 7,47 29,89 2,61 34,12 Eylül 59,13 10,91 22,96 2,17 37,17 Ekim 86,30 16, 15,31 2,13 42,36 Kasım 107,71 21,24 12,35 2,18 50,37 Aralık 145,98,48-0, 2,17 57,81 Bası nç (mb ar) 4,90 5,01 1,69 4,82 3,34 2,19 3,01 4,57 6,04 103 3,72 103 0,53 103 8,46 Ocak 154,01 13,91 4,25 1,87 71,92 103 3,49
Şubat 136,78 18,35 9,17 1,98 51, Mart 81,14 10,78 11,12 2,58 45,32 Nisan 60,35 11,51 17,14 2,64 44,28 Mayıs 41,48 7,91 21,71 2,45 54,96 Haziran 63,41 8,91 24,62 2,40 50,02 Temmuz 34,22 7,48 26,42 2,42 41, Ağustos 59,92 8,81 8,34 2,01 71,71 Eylül 41,33 7,30 17,08 2,10 57,87 Ekim 54,96 7,27 10,44 1,90 71,11 Kasım 73,82 10,99 3,36 1,79 71,92 Aralık 71,05 9,73 1,88 2,21 85,55 103 0,66 5,03 2,95 2,94 3,96 0,93 3,57 100 8,31 4,88 6,40 5,17 Şekil 2. PM10 ve SO2 Konsantrasyonlarının 13-14 Yılı Değişim Grafiği 13 ve 14 yılları için PM10 ve SO2 verileri arasındaki korelasyon mevsimsel olarak dikkate alınarak ilişkilendirilmiş ve korelasyon katsayıları Tablo 3 de verilmiştir. Elde edilen veriler, 13-14 yılı sonbahar mevsimleri hariç, PM10 konsantrasyonunun SO2 konsantrasyonundan bağımsız olarak geliştiğini göstermektedir. Sonbahar mevsiminde ise ilişki pozitif yönde ve orta seviyededir. Bu sonuç, sonbahar mevsiminde yakıt emisyonlarıyla beraber PM10 ve SO2 parametrelerinin artışa geçtiğini ve ilişkinin az olduğu yada olmadığı dönemlerde ise uzak kaynaklardan bölgeye taşınımın olabileceğini işaret etmektedir. Tablo 3. PM10 ile SO2 Arasındaki Korelasyonlar Mevsimler PM10-SO2
13 14 Kış 0,13 İlkbahar 0,15 Yaz 0,11 Sonbahar 0,56 Kış 0,38 İlkbahar 0,38 Yaz 0,09 Sonbahar 0,41 Bunun yanında, PM10 ile her bir meteorolojik parametre arasındaki ilişki Tablo 4 de gösterilmiştir. 13-14 peryodu boyunca Keçiören de ölçülen PM10 değişimine en çok rüzgar hızı ve basıncının kış mevsiminde etkilediği, ancak bu ilişkinin zayıf olduğu (r= -0,29 ve 0,29) görülmektedir. Rüzgar hızının arttığı durumlarda konsantrasyonun azalması beklenen bir durumdur, çünkü artan rüzgar hızı ile kirleticilerin taşınımı ve seyrelmesi daha çok olmaktadır. Kış mevsimi haricindeki diğer mevsimlerde PM10 ile rüzgar hızı arasındaki ilişkinin çok zayıf olduğu görülmektedir. Tüm mevsimlerde, nem ve sıcaklığın PM10 konsantrasyonu değişimine etkisi ise çok azdır. Tablo 4. PM10 ile Meteorolojik Parametreler Arasındaki Mevsimsel Korelasyonlar (R) Mevsimler PM10-Sıcaklık PM10-Rüzgar Hızı PM10-Bağıl Nem PM10-Basınç 13 14 Kış 0,08-0,26 0,00 0,29 İlkbahar 0,10-0,10-0,13 0,00 Yaz 0,05 0,12-0,03-0,22 Sonbahar -0,13-0,21-0,11 0,19 Kış -0,07-0,29 0,08 0,29 İlkbahar -0,23-0,14 0,04-0,03 Yaz 0,02-0,04-0,07 0,14 Sonbahar -0,22-0,28 0, 0,25 Beyazıt ve Bali (1996) tarafından yapılan çalışmada SO2 kirleticisinin sıcaklık ve nisbi neme bağlı değişiminin kuvvetli ilişkisi bulunmuştur. 14 döneminde SO2 ile sıcaklık arasındaki ilişki Keçiören de kış mevsiminde orta seviyede (r=-0,51) ve negatif yönde bulunmuştur. Diğer meteorolojik parametrelerle SO2 arasında mevsimsel bazda önemli bir ilişki bulunamamıştır (Tablo 5). Tablo 5. SO2 ile Meteorolojik Parametreler Arasındaki Mevsimsel Korelasyonlar (R) Mevsimler SO2-Sıcaklık SO2-Rüzgar Hızı SO2-Bağıl Nem SO2-Basınç 13 Kış -0,33-0,07-0,02 0,19 İlkbahar 0,02 0,03-0,09 0,30 Yaz -0, -0,02 0,23 0,11 Sonbahar -0,25-0,11-0,05 0,17
14 Kış 0,36-0,02-0,51-0,10 İlkbahar 0,00-0,13-0,23 0,19 Yaz -0,05-0,08-0,06-0,02 Sonbahar -0,22-0,11 0,03 0,29 Sonuç olarak, bu çalışma kapsamında, SO2 ve PM10 değerlerinin değişimleri incelenmiştir. Atmosferdeki kimyasal reaksiyonlar radyasyon, sıcaklık ve nem gibi meteorolojik şartlardan etkilenmektedir. Kentsel hava kirleticilerinin kentlerin coğrafi, jeolojik ve meterolojik şartları ile ilişkisi olduğu bilinmektedir. Bu çalışmada kriter hava kirleticilerinin meterolojik parametrelerle ilişkisi araştırılmıştır. Çalışma sonucunda hava kirliliğinin özellikle ısınma kaynaklı yakıtların kullanıldığı sonbahar ve kış mevsiminde diğer yerlerde olduğu gibi Keçiören de de arttığı tespit edilmiştir. PM10 için en çok ilişkinin kış mevsiminde rüzgar hızı ve basınç ile çok az oranda olduğu, SO2 için ise yine kış mevsiminde bağıl nem ile orta seviyede olduğu tespit edilmiştir. 4. KAYNAKLAR Akay, M.E., 03. Kırıkkale de Hava Kirliliğinin Meteorolojik Parametrelerle İlişkisinin Araştırılması, Yanma ve Hava Kirliliği Kontrolü VI. Ulusal Sempozyumu, 17-18 Ekim, Kırıkkale Üniversitesi, İzmir, 13-19. Akyürek, Ö., 12. Trabzon Kent Merkezi İçin Hava Kirliliği İle Meteorolojik Koşullar Arasındaki İlişkinin 06-11 Arası Verilerine Dayalı Olarak İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, KTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon. Ankara Hava Kalitesi Değerlendirme Raporu, 13. Beyazıt, N. ve Bali, U., 1996. Sivas ta hava kirliliği ve meteorolojik parametrelerle ilişkisinin araştırılması. Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü, I. Uludağ Çevre Mühendisliği Sempozyumu, Bursa, 551-559. Çiçek, İ., Türkoğlu, N., Gürgen G., 04. Ankara da Hava Kirliliğinin İstatistiksel Analizi, Fırat Üniversitesi, Sosyal Bilimler Dergisi Cilt 14 Sayı 2, 1-18 Eğri, M., 1997. Turgut Özal Tıp Merkezi Dergisi, 4(3): 265-269. Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi (HKDY) Yönetmeliği EK-I A Keçiören Belediyesi, 15-19 Dönemi Stratejik Planı. Özdemir, F., 08. Türkiye Genelinde Kükürt Dioksit Ve Partiküler Madde Kirlilik Dağılımlarının Analizi, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. Shang Y, Sun Z., Cao J., Wang X., Zhong L., Bi X., Li H., Liu W., Zhu T., Huang W., 13, Systematic review of Chinese studies of short-term exposure to air pollution and daily mortality, Environ.., 54, 100-111. Söyleyici, F.D., Dursun, Ş., 02 Konya ili bölgesindeki meteorolojik özelliklerin hava kirliliğine etkisi. 16-18 Ekim 02 I. Ulusal Çevre Sorunları Sempozyumu, Atatürk Ün. s:296-303, Erzurum. Villeneuve, P. J., Johnson, Y.M., Pasichnyk D., Lowes J., Kirkland S., Rowe B. H., 12, Shortterm effects of ambient air pollution on stroke: Who is most vulnerable?, Science of The Total Environment, Volume 430, Pages 193-1.