Investigation of Changes in PM2.5 Measurements Obtained From Air Quality Monitoring Stations in Ankara Province Using EWMA Charts

Year 2025, Volume: 8 Issue: 4, 1204 - 1211, 15.07.2025

Esra Polat , Burak Ciba , Rahime Polat

https://doi.org/10.34248/bsengineering.1703020

Abstract

Acceleration of industrialization, population growth, widespread urbanization and increased use of fossil fuels cause pollution in the atmosphere, creating air pollution that threatens human health. Recent scientific studies have clearly shown that cardiovascular diseases are directly related to fine particulate matter pollution, especially known as PM2.5. The aim of our study is to investigate the recent nature and changes of PM2.5 concentrations in six stations of Ankara Province in Türkiye (Çankaya, Etimesgut, Keçiören Sanatoryum, Ostim, Törekent, Yaşamkent) to investigate if there are uncontrollable changes and differences between stations. For this purpose, firstly, the change in PM2.5 concentrations for the period between 01.01.2024 and 31.03.2025 was examined with descriptive statistics and graphs, and then the process mean was monitored with EWMA control charts for 5 months between November 2024 and March 2025. The results obtained reveal that EWMA control charts have the potential to rapidly detect changes in daily PM2.5 concentration levels taken from 6 air quality monitoring stations in Ankara province. The EWMA chart clearly shows a sharp increase signal in PM2.5 concentrations, in the winter months of 2025, for each monitoring station.

Keywords

Air pollution, PM2.5, Process mean, EWMA charts, Ankara

Ankara İli Hava Kalitesi İzleme İstasyonlarından Elde Edilen Pm2.5 Ölçümlerindeki Değişimin EWMA Kartları Kullanılarak İncelenmesi

Abstract

Sanayileşmenin hız kazanması, nüfusun çoğalması, kentleşmenin yaygınlaşması ve fosil yakıt kullanımının artması, atmosferde kirlenmeye neden olarak insan sağlığını tehdit eden hava kirliliğini ortaya çıkarmaktadır. Son dönemde yapılan bilimsel araştırmalar, kalp ve damar hastalıklarının özellikle PM2.5 olarak bilinen ince partikül madde kirliliğiyle doğrudan ilişkili olduğunu açıkça ortaya koymuştur. Bu çalışmanın amacı, Türkiye’nin Ankara ili sınırları içerisinde yer alan altı istasyonda (Çankaya, Etimesgut, Keçiören Sanatoryum, Ostim, Törekent, Yaşamkent) PM2.5 konsantrasyonlarının son dönemlerdeki durumunu ve değişimini inceleyerek, kontrol edilemeyen değişikliklerin ve istasyonlar arası farklılıkların olup olmadığını araştırmaktır. Bu amaçla, öncelikle 01.01.2024 ve 31.03.2025 tarihleri arasındaki dönem için PM2.5 konsantrasyonlarının değişimi, betimleyici istatistikler ve grafikler ile incelenmiş ve ardından Kasım 2024 ve Mart 2025 arası 5 ay için süreç ortalaması EWMA kontrol kartları ile izlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, Ankara ilindeki 6 hava kalitesi izleme istasyonundan alınan günlük PM2.5 konsantrasyon düzeylerindeki değişiklikleri EWMA kontrol kartlarının hızlı bir şekilde tespit etme potansiyeline sahip olduğunu ortaya koymaktadır. EWMA kartı, her bir izleme istasyonu için 2025 yılı kış aylarında PM2.5 konsantrasyonlarında keskin bir artış sinyalini açık biçimde göstermektedir.

Keywords

Hava kirliliği, PM2.5, Süreç ortalaması, EWMA kartları, Ankara

References

• Aydın H, İlkılıç C. 2017. Air pollution, pollutant emissions and harmfull effects. J Eng Technol, 1(1): 8-15.
• Aydın ZB. 2024. Cusum, Ewma kontrol grafiklerinin karşılaştırılması: aydınlatma sektöründe bir uygulama. İstatistik Araş Derg, 14(1): 36-45.
• Dundar E, Dursun Ş, Toros H. 2020. Air pollution in Ankara during COVID-19. J Res Atmos Sci, 2(1): 24-30.
• Ege Ö. 2000. EWMA kontrol kartının Shewhart ve Cusum kontrol kartları ile karşılaştırılması- simulasyon denemesi. DEÜ İİBF Derg, 15(1): 125-132.
• Gerçekoğlu H. 2018. PM2.5 nedir? Neden tehlikelidir? URL: https://drhakangercekoglu.com/genel/pm2-5-nedir-neden-tehlikelidir.html (accessed date: April 25, 2025).
• Grantz DA, Garner JHB, Johnson DW. 2003. Ecological effects of particulate matter. Environ Int, 29: 213–239.
• Kontos C, Karlis D. 2023. Football analytics based on player tracking data using interpolation techniques for the prediction of missing coordinates. Ital J Appl Stat, 35(2): 1-19.
• Krittanawong C, Qadeer YK, Hayes RB, Wang Z, Thurston GD, Virani S, Lavie CJ. 2023. PM2.5 and cardiovascular diseases: state-of-the-art review. Int J Cardiol Cardiovasc Risk Prev, 19: 200217.
• Lu H, Zhen J. 2015. EWMA control chart of NOx atmospheric environmental monitoring system. In: Qi E, Shen J, Dou R (eds), Proc 21st Int Conf Ind Eng Eng Manag 2014. Atlantis Press, Paris, France, pp: 403–406.
• Mahmood Y, Ishtiaq S, Khoo MBC, Teh SY, Khan H. 2021. Monitoring of three-phase variations in the mortality of COVID-19 pandemic using control charts: where does Pakistan stand? Int J Qual Health Care, 33(2): 1–8.
• Manisalidis I, Stavropoulou E, Stavropoulos A, Bezirtzoglou E. 2020. Environmental and health impacts of air pollution: a review. Front Public Health, 8(14): 1-13.
• Moritz S. 2022. Package imputeTS. URL: http://cran.r-project.org/web/packages/imputeTS/imputeTS.pdf (accessed date: April 25, 2025).
• Nan N, Yan Z, Zhang Y, Chen R, Qin G, Sang N. 2023. Overview of PM2.5 and health outcomes: focusing on components, sources, and pollutant mixture co-exposure. Chemosphere, 323: 138181.
• Polat E. 2024. Using quality control charts for monitoring COVID-19 daily cases and deaths in Türkiye. Bitlis Eren Univ J Sci, 13(1): 134-152.
• Roberts SW. 1959. Control chart tests based on geometric moving averages. Technometrics, 1(3): 239–250.
• Saithanu K, Mekparyup J. 2022. Investigation of recent PM2.5 changes in Chonburi province using Ewma charts. Poll Res, 41(3): 884-888.
• Saithanu K. 2023. Determining current situation of fine particulate matter in Chachoengsao province. Int J Innov Sci Res Rev, 5(6): 4698-4701.
• Stineman RW. 1980. A consistently well behaved method of interpolation. Creative Comput, 6(7): 54-57.
• Utku A, Can Ü. 2024. An effective hybrid model for predicting air quality of Ankara. Malatya Turgut Ozal Univ J Eng Nat Sci, 5(1): 1–8.
• Ünal C, Özel G. 2023. Ankara ili meteoroloji parametrelerinin hava kirliliği üzerindeki etkilerinin regresyon analizi ile incelenmesi. Nicel Bilim Derg, 5(2): 135-150.
• Wan Mahiyuddin WR, Ismail R, Mohammad Sham N, Ahmad NI, Nik Hassan NMN. 2023. Cardiovascular and respiratory health effects of fine particulate matters (PM2.5): a review on time series studies. Atmosphere, 14(5): 856.
• Waqas M, Xu SH, Anwar SM, Rasheed Z, Shabbir J. 2023. The optimal control chart selection for monitoring COVID-19 phases: a case study of daily deaths in the USA. Int J Qual Health Care, 35(3): 1-9.
• World Health Organization. 2021. WHO global air quality guidelines: particulate matter (PM₂.₅ and PM₁₀), ozone, nitrogen dioxide, sulfur dioxide and carbon monoxide. URL: https://iris.who.int/bitstream/handle/10665/345329/9789240034228-eng.pdf (accessed date: April 25, 2025).
• Zuhara S, Isaifan R. 2018. The impact of criteria air pollutants on soil and water: a review. J Environ Sci Pollut Res, 4(2): 278–284.