Evaluation of the Possible Impacts of New Residential Areas on Air Pollution in the Development Plan

Abstract

In this study, the aim was to pre-determine the impact of urban planning decisions in emerging areas on air pollution. To achieve this, after conducting an air pollution analysis for the existing urban area of Erzurum (2021), a new air pollution analysis was produced for the target year 2027 in accordance with the proposed urban planning decisions within the study area. The goal was to determine how the changes in the urban fabric resulting from urban planning decisions would affect air quality. Weighted overlay analysis was used as the methodology in the study. The analysis was conducted based on four fundamental data groups: topographic data, which included elevation analysis: meteorological data, which included temperature analysis: air pollution data including PM10-SO2 analyses: and planning decision data, which included green areas, building height, population density, industrial areas and artificial surface analyses. Sub-criteria were established for each criterion, and an impact degree and weight score were determined for each sub-criterion. The analyses were conducted using the NetCAD and ArcGIS software. The study findings indicated that air pollution was more concentrated in areas with high building heights, population density, and a high percentage of artificial surfaces. Conversely, it was found that air pollution was less intense in areas with a greater amount of green space and a lower percentage of artificial surfaces. The analysis also indicated that the city’s temperature conditions and topographical structure had a negative impact on air pollution.

Keywords

• Urbanization
• Air Pollution
• Weighted Overlay
• Erzurum

Planlı Gelişme Alanlarının Hava Kirliliğine Olası Etkilerinin Değerlendirilmesi

Abstract

Bu çalışmada yeni gelişme alanlarındaki imar planı kararlarının hava kirliliği üzerindeki etkisini önceden tespit etmek amaçlanmıştır. Bu amaçla Erzurum kentinin yerleşik alanı için mevcut (2021) hava kirliliği analizi üretildikten sonra, çalışma alanı içerisinde önerilen uygulama imar plan kararları doğrultusunda 2027 hedef yılı için yeni bir hava kirliliği analizi üretilmiştir. Burada imar plan kararlarıyla değişecek olan kentsel dokunun nasıl bir etki yaratacağının belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada yöntem olarak ağırlıklı çakıştırma analizi kullanılmıştır. Analiz dört temel veri grubu üzerinden yürütülmüştür. Topografik veri grubu içerisinde yükselti analizi, meteoroloji veri grubu içerisinde sıcaklık analizi, hava kirliliği verileri içerisinde PM10-SO2 analizleri ve plan kararları veri grubu içerisinde yeşil alanlar, kat yüksekliği, nüfus yoğunluğu, sanayi alanları ve yapay yüzey analizleri kullanılmıştır. Belirlenen her kriter için alt kriterler oluşturulmuş ve kriter için bir etki derecesi ile her alt kriter için bir ağırlık puanı belirlenmiştir. Analizler NetCAD ve ArcGIS programları kullanılarak elde edilmiştir. Yürütülen çalışma sonucunda elde edilen bulgular, kat yüksekliğinin, nüfus yoğunluğunun, yapay yüzey oranının fazla olduğu alanlarda hava kirliliğinin yoğunlaştığını göstermiştir. Bununla birlikte yeşil alan miktarının fazla, yapay yüzey oranının az olduğu alanlarda hava kirliliği yoğunluğunun daha az olduğu tespit edilmiştir. Analizlerde kentin sıcaklık durumu ve topografik yapısının da hava kirliliği üzerinde olumsuz etkiler yarattığı sonucuna ulaşılmıştır.

Keywords

• Kentleşme
• Hava Kirliliği
• Ağırlıklı Çakıştırma
• Erzurum

References

1. Akarsu, T. (2021). Erzurum'da doğalgaz kullanımının hava kalitesine etkisinin incelenmesi [Yüksek lisans tezi, Atatürk Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
2. Ali, R., Bakhsh, K., & Yasin, M. A. (2019). Impact of urbanization on CO2 emissions in emerging economy: Evidence from Pakistan. Sustainable Cities and Society, 48, Article 101553. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101553
3. Alparslan, H. M. (2017). Erzurum ili hava kalitesinin değerlendirilmesi [Yüksek lisans tezi, Atatürk Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
4. Arslan, M. (2023). Planlı gelişme alanlarının hava kirliliğine olası etkilerinin değerlendirilmesi: Erzurum örneği [Yüksek Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
5. Baş, B. (2019). Giresun ili hava kalitesinin meteorolojik parametrelerle zamansal değerlendirilmesi [Yüksek lisans tezi, Atatürk Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
6. Bayraktar, H., & Turalıoğlu, S. (2005). A kriging-based approach for locating a sampling site - In the assessment of air quality. Stochastic Environmental Research and Risk, 19(4), 301–305.
7. Bekhet, H. A., & Othman, N. (2017). Impact of urbanization growth on Malaysia CO2 emissions: Evidence from the dynamic relationship. Journal of Cleaner Production, 154, 374–388. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.03.174
8. Cai, M., Shi, Y., Ren, C., Yoshida, T., Yamagata, Y., Ding, C., & Zhou, N. (2021). The need for urban form data in spatial modeling of urban carbon emissions in China: Critical review. Journal of Cleaner Production, 319, Article 128792. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128792

9. Cheng, L., Zhang, T., Chen, L., Li, L., Wang, S., Hu, S., Yuan, L., Wang, J., & Wen, M. (2020). Investigating the impacts of urbanization on PM2.5 pollution in the Yangtze River Delta of China: A spital panel data approach. Atmosphere, 11(10), Article 1058. https://doi.org/10.3390/atmos11101058
10. Cherniwchan, J. (2012). Economic growth, industrialization, and the environment. Resource and Energy Economics, 34(4), 442–467. https://doi.org/10.1016/j.reseneeco.2012.04.004
11. Cho, H. S., & Choi, M. (2014). Effects of compact urban development on air pollution: Empirical evidence from Korea. Sustainability, 6(9), 5968–5982. https://doi.org/10.3390/su6095968
12. Clark, L. P., Millet, D. B., & Marshall J. (2011). Air quality and urban form in U.S. urban areas: Evidence from regulatory monitors. Environmental Science & Technology, 45(16), 7028–7035.
13. Du, Y., Wan, Q., Liu, H., Liu, H., Kapsar, K., & Peng, J. (2019). How does urbanization influence PM2.5 concentrations? Perspective of spillover effect of multi-dimensional urbanization impact. Journal of Cleaner Production, 220, 974–983. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.02.222
14. Dursun, D., Yılmaz, S., Yılmaz, H., Irmak, M. A., Demir, M., & Yavaş, M. (2015). Hava kirliliğinde ekolojik koridor senaryoları: Erzurum kenti. Atatürk Üniversitesi Yayınları.
15. Erol, O. (2011). Genel Klimatoloji. Çantay Kitapevi.
16. Fan, J., Wang, J., Qui, J., & Li, N. (2023). Stage effects of energy consumption and carbon emissions in the process of urbanization: Evidence from 30 provinces in China. Energy, 276, Article 127655. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.127655
17. Hankey, S., & Marshall, J. (2010). Impacts of urban form on future US passenger-vehicle greenhouse gas emissions. Energy Policy, 38(9), 4880–4887. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2009.07.005
18. Hixsona, M., Mahmud, A., Hub, J., Bai, S., Niemeiera, D., Handy, S., & Kleeman, M. (2010). Influence of regional development policies and clean technology adoption on future air pollution exposure. Atmospheric Environment, 44(4), 552-562. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2009.10.041
19. Juan, Y. H., Wen, C. Y., Li, Z., & Yang, A. S. (2021). Impacts of urban morphology on improving urban wind energy potential for generic high-rise building arrays. Applied Energy, 299, Article 117304. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.117304
20. Keleş, R. (2002). Kentleşme politikası. İmge Kitabevi.
21. Knudsen, C., Moreno, E., Arimah, B., Otieno, R., & Ogunsanya, O. (2020). World cities report 2020: The value of sustainable urbanization. UN-Habitat. https://unhabitat.org/world-cities-report-2020-the-value-of-sustainable-urbanization
22. Kopar, İ., & Zengin, M. (2009). Coğrafi faktörlere bağlı olarak Erzurum kentinde hava kalitesinin zamansal ve mekânsal değişiminin belirlenmesi. Türk Coğrafya Dergisi, 53, 51–68.
23. Kök, F. (2018). Var olan/yeni planlanacak kentlerde hava kirliliğini önleyecek/azaltacak yöntem için verilerin toplanması/ değerlendirilmesi [Yüksek lisans tezi, Hasan Kalyoncu Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
24. Li, F., & Zhou, T. (2019). Effects of urban form on air quality in China: An analysis based on the spatial autoregressive model. Cities, 89, 130-140. https://doi.org/10.1016/j.cities.2019.01.025
25. Li, H., Zhou, T., & Lan, F. (2021). Relationships between urban form and air quality at different spatial scales: A case study from northern China. Ecological Indicators, 121, Article 107029. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.107029
26. Li, K., & Lin, B. (2015). Impacts of urbanization and industrialization on energy consumption/CO2 emissions: Does the level of development matter. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 52, 1107–1122. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.07.185
27. Lin, Y., Yang, X., Li, Y., & Yao, S. (2020). The effect of forest on PM2.5 concentrations: A spatial panel approach. Forest Policy and Economics, 118, Article 102261. https://doi.org/10.1016/j.forpol.2020.102261
28. Luo, X., Sun, K., Li, L., Wu, S., Yan, D., Fu, X., & Luo, H. (2020). Impacts of urbanization process on PM2.5 pollution in "2+26" cities. Journal of Cleaner Production, 284, Article 124761. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124761
29. McCarty, J., & Kaza, N. (2015). Urban form and air quality in the United States. Landscape and Urban Planning, 139, 168–179. https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2015.03.008
30. Monkkonen, P., Guerra, E., Escamilla, J. M., Cos, C. C., & Mclung, R. T. (2023). A global of land use regulation, urban form and greenhouse gas emissions. SSRN. http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4610743
31. Müezzinoğlu, A. (2000). Hava kirliliği ve kontrolünün esasları. Dokuz Eylül Yayınları.
32. Nowak, D., Hirabayashi, S., Doyle, M., McGovern, M., & Pasher J. (2018). Air pollution removal by urban forests in Canada and its effect on air quality and human health. Urban Forestry & Urban Greening, 29, 40-48. https://doi.org/10.1016/j.ufug.2017.10.019
33. Özbeyaz, A., Tufaner, F., & Demirci, Y. (2016, 26-28 Ekim). Partikül madde ile ilişkili görüntüleri kullanarak hava kirliliği tahminine ait bir model tasarımı [Bildiri sunumu]. International Mediterranean Science and Engineering Congress, Adana, Türkiye.
34. Poumanyvonga, P., Kaneko, S., Dhakal, S. (2012). Impacts of urbanization on national transport and road energy use: Evidence from low, middle and high income countries. Energy Policy, 46, 268–277. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2012.03.059
35. Rodriguez, M. C., Dupont-Courtade, L., & Oueslati, W. (2016). Air pollution and urban structure linkages: Evidence from European cities. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 53, 1–9. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.07.190
36. Sarı, E. N. (2019). Hava kirliliği ve konut dokusu arasındaki ilişkinin analizi: Erzurum örneği [Yüksek lisans tezi, Atatürk Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
37. Sezen, I., & Yılmaz, S. (2006). Erzurum kent merkezinde 1994-2004 yılları arasındaki hava kirliliği durumu. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 37(2), 217–224.
38. She, Q., Cao, S., Zhang, S., Zhang, J., Zhu, H., Bao, J., Meng, X., Liu, M., & Liu, Y. (2021). The impacts of comprehensive urbanization PM2.5 concentrations in the Yangtze River Delta, China. Egological Indicators, 132, Article 108337. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2021.108337
39. Şahin, C. (1989). Hava kirliliği ve hava kirliliğini etkileyen doğal çevre faktörleri. Atatürk Kültür Dil ve Tarih Yüksek Kurumu Coğrafya Araştırmaları Dergisi, 1(1), 25–45.
40. Tang, M., & Hu, F. (2023). Land urbanization and urban CO2 emissions: Empirical evidence from Chinese prefecture-level cities. Heliyon, 9(9), Article e19834. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e19834
41. Toros, H., Bağış, S., & Gemici Z. (2018). Ankara'da hava kirliliği mekansal dağılımının modellenmesi. Ulusal Çevre Bilimleri Araştırma Dergisi, 1(1), 20–53.
42. Travisiab, C., Camagni, R., & Nijkamp, P. (2010). Impacts of urban sprawl and commuting: A modelling study for Italy. Journal of Transport Geography, 18(3), 382–392. https://doi.org/10.1016/j.jtrangeo.2009.08.008
43. Turalıoğlu, S. (2011). Şehirleşme ve doğalgaz kullanımının Erzurum hava kalitesine etkisi. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitsü Dergisi, 1(2), 41–45.
44. Turalıoğlu, S., Nuhoğlu, A., & Bayraktar, H. (2005). Impacts of some meteorological parameters on SO2 and TSP concentrations in Erzurum, Turkey. Chemosphere, 59(11), 1633–1642. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.02.003
45. Turan, T., & Yalçın Çelik, B. (2012). Erzurum ilinde hava kirliliğindeki değişim. Biyoloji Bilimleri Araştırma Dergisi, 5(1), 65–68.
46. Ulutaş, K., Abujayyab, S. K., & Salem, A. U. (2021). Evaluation of the major air pollutants levels and its interactions with meteorological parameters in Ankara. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 9(4), 1284–1295. https://doi.org/ 10.21923/jesd.939724
47. Ulutaş, K., Alkarkhi, A. F., Abujayyab, S. K., & Amr, S. A. (2022). Multivariate analysis for air contamination and meteorological parameters in Zonguldak, Turkey. Jordan Journal of Civil Engineering, 16(4), 661–671.
48. Wang, Q., Wu, S. D., Zeng, Y. E., & Wu, B. W. (2016). Exploring the relationship between urbanization, energy consumption, and CO2 emissions in different provinces of China. Renawable and Sustainable Energy Reviews, 54, 1563–1579. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.090
49. World Health Organization. (2020). Integrating health in urban and territorial planning: A sourcebook. https://www.who.int/publications/i/item/9789240003170
50. Yang, D., Yea, C., Wang, X., Lu, D., Xu, J., & Yang, H. (2018). Global distribution and evolvement of urbanization and PM2.5 (1998–2015). Atmospheric Environment, 182, 171–178. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2018.03.053
51. Yuan, M., Song, Y., Hong, S., & Huang, Y. (2017). Evaluating the effects of compact growth on air quality in already-high-density cities with an integrated land use-transport-emission model: A case study of Xiamen, China. Habitat International, 69, 37–47. https://doi.org/10.1016/j.habitatint.2017.08.007
52. Yuan, M., Huang, Y., Shen, H., & Li, T. (2018). Effects of urban form on haze pollution in China: Spatial regression analysis based on PM2.5 remote sensing data. Applied Geography, 98, 215–223. https://doi.org/10.1016/j.apgeog.2018.07.018
53. Yuan, M., Song, Y., Huang, Y., Shen, H., & Li, T. (2019). Exploring the association between the built environment and remotely sensed PM2.5 concentrations in urban areas. Journal of Cleaner Production, 220, 1014-1023. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.02.236
54. Zhao, X., Zhou, W., Wu, T., & Han, L. (2022). The impacts of urban structure on PM2.5 pollution depend on city size and locatin. Environmental Pollution, 292(A), Article 118302. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.118302