Surface ozone analysis in Istanbul by using cluster analysis and HYSPLIT model

Abstract

İstanbul, Türkiye'nin en büyük ve kalabalık şehri olmakla beraber dünyadaki en büyük mega kentlerden biridir. 105Y005-TUBITAK COST ve TUJJB-TUMEHAP 03-06 projeleri çerçevesinde, şehir (Göztepe-yogun trafik etkisi altında), yarı-kırsal (Kandilli) ve kırsal alanda (Büyükada) ozon profilini izlemek amacıyla hava kirliliği ölçüm istasyonları kurulmuştur.Bu çalışmanın amacı yüzey ozon değişimlerinin haftaiçi-haftasonu, mevsimsel olarak farklılıklarını kavramak ve ozon seviyelerindeki değişikliğin meteorolojik şartlar ile ilişkisini anlamak , HYSPLIT model ve kümeleme analizi kullanarak ozon taşınım mekanizmasının 2008 ve 2009 yıllarında incelenmesidir. Ozon seviyelerinin en yüksek olduğu ve ?ozon mevsimi? olarak anılan 1 Nisan ? 1 Ekim arası dönem öncelikli olmak üzere ozon profili incelenmiştir. Günlük bazda yüzey ozon davranışlarına göre, yüzey ozon trendleri öğleden sonra en yüksek seviyeye ulaştığı, en düşük değerler ise trafik emisyonlarının NOx titrasyonları ile maksimum seviyeye ulaştığı saatlerde gözlemlendi. Haftaiçi- haftasonu yüzey ozon trendleri incelendiğinde, özellikle Göztepe'de haftasonu-haftaiçi ozon seviyeleri farklılıklarının özellikle sabahın erken saatlerde belirgin olduğu gözlemlenmiştir. Mevsimsel olarak ozon değişimleri inceleğinde, en yüksek konsantrasyonlar beklendiği gibi yaz mevsiminde, en düşük konsantrasyonlar ise kış mevsiminde gözlemlenmiştir. Bu çalışmada, yüzey ozon seviyeleri sıcaklık ve rüzgar hızı ile pozitif ilişki göstermektedir. Yüzey ozonun taşınım mekanizmasını anlamak amacıyla uygulanan HYSPLIT model ve kümeleme analizi sonuçlarına göre, taşınımda kuzey batı yönünün hakimdir ve Avrupa ve Balkanlar'dan gelmektedir.

Istanbul is the largest and most populated city of Turkey and one of the biggest megacities in the world. In the framework of the TUBITAK-COST project 105Y005 and TUJJB-TUMEHAP project number 03-06, one urban (Göztepe which is nearby to major traffic), one sub-urban (Kandilli) an one rural (at the crest of Büyükada) stations have been established to investigate surface ozone concentration in Istanbul.The objectives of this study is to examine the temporal variations, the weekday-weekend and seasonal variations of surface ozone concentrations and their relation with the meteorological parameters as well as to investigation the transport mechanism of surface ozone by using the HYSPLIT model and cluster analysis between 2008 and 2009. Surface ozone profiles were monitored particulary in the ozone season from April 1 to October 1 that is characterized by high ozone levels According to the behaviour of ozone concentration on a diurnal basis, surface ozone trends generally showed maximum concentrations in afternoon hours and minimum concentrations at rush hours due to NOx titration by traffic emissions. Investigation of O3 trends during weekdays and weekends demonstrates that weekend ozone concentrations were confirmed to be greater than those of weekdays during early mornings hours especially in Göztepe. Analysis of seasonal variations of surface ozone shows that the maximum surface ozone concentration were observed during summer and while minimum concentrations occured during the colder months. Surface ozone levels had positive correlations with wind speed and temperature. Based on the results of the HYSPLIT model and cluster analysis that were used to understand the transport mechanism of surface ozone, the dominant wind direction was from northwest. Transport to Istanbul was mainly from the Balkans, Europe and Black Sea.