İstatistiksel ve Makine Öğrenmesi Modelleri Kullanılarak Yer Seviyesi Ozon Konsantrasyonunun Tahmin Edilmesi: İzmir, Türkiye
Öz
Ozon (O3), özellikle büyük şehirlerde halk sağlığı açısından önemli risklere ve küresel ısınmaya neden olan sera gazıdır. Bu çalışma, 2024 ile 2025 yılları arasında Türkiye'nin batı kısmında İzmir’de ölçülen günlük konsantrasyon verilerinden ozon eğilimlerini belirlemeyi ve konsantrasyon değerlerini tahmin etmeyi amaçlamaktadır. Analiz, meteorolojik parametrelere (sıcaklık, rüzgar hızı, bağıl nem, yağış, bulut örtüsü, güneşlenme süresi ve güneş radyasyonu) ve azot oksit konsantrasyonlarına dayalı olarak bir gün sonraki ozon konsantrasyonlarını tahmin etmeye dayanmaktadır. Tahmin için; Çoklu Doğrusal Regresyon (MLR), Rastgele Orman (RF), Aşırı Gradyan Artırma (XGBoost) ve Uzun Kısa Süreli Bellek (LSTM) modelleri kullanılmıştır. Tahmin performansını artırmak için, gecikmeli modeller geliştirilmiş ve değerlendirilmiştir. Model performansı, determinasyon katsayısı (R²), kök ortalama kare hatası (RMSE) ve ortalama mutlak hata (MAE) metrikleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Çalışma; sadece meteorolojik parametreler ve NOx konsantrasyonlarının girdi değişkeni olduğu durumlarda modellerin tahmin performanslarının düşük olduğunu ortaya koymuştur. Bu amaçla modellerde 3 ve 7 gün geriye bakış → 1 gün ileriye bakış olmak üzere iki aşamalı tasarım uygulanmıştır. Ozon tahmininde en yüksek doğruluk R2= 0,82, RMSE=6,50 ve MAE=4,73 değerleriyle MLR modeliyle elde edilmiştir. Modellerden elde edilen özellik önem analizi, hem O3_lag3'ü hem de O3_lag7'yi en etkili tahmin edici olarak belirlemiştir. Makine ve derin öğrenme algoritmalarının daha karmaşık ve veri setinin çok olduğu durumlarda kullanması önerilmektedir. Ayrıca O3 tahmin modellerinde trafik yoğunluğu ve uçucu organik bileşik konsantrasyonlarının modellere dahil edilmesinin daha iyi performans metrikleri sunması öngörülmektedir.
Anahtar Kelimeler
Kaynakça
- [1] Ding, J. Ren, C. Wang, J. Feng, Z. and Cao, S.-J. Spatial and temporal urban air pollution patterns based on limited data of monitoring stations, Journal of Cleaner Production, 434, p. 140359, 2024; doi: 10.1016/j.jclepro.2023.140359.
- [2] Zhou, Z. Qiu,C. and Zhang,Y. A comparative analysis of linear regression, neural networks and random forest regression for predicting air ozone employing soft sensor models. Scientific Reports, vol. 13(1), 1–23, 2023; doi: 10.1038/s41598-023-49899-0.
- [3] Latif, S. D., Lai, V., Hahzaman, F. H., Ahmed, A. N., Huang, Y. F., Birima, A. H., & El-Shafie, A. Ozone concentration forecasting utilizing leveraging of regression machine learnings: A case study at Klang Valley, Malaysia. Results in Engineering, vol. 21, p. 101872, 2024; doi: 10.1016/j.rineng.2024.101872.
- [4] Demir S. and Saral,A. Identification and Apportionment of Sources of Ozone-forming Potential for Proper Reduction Strategies CLEAN – Soil, Air, Water. 41(2), 107–112, 2013; doi: 10.1002/clen.201100704.
- [5] Faizan, M. and Çelikten, H. Mitigation of Ozone (O₃) Effects and Enhanced Air-Purifying Capacity of Plants by Carbon-Based Nanomaterials. MAS Journal of Applied Sciences. 11(1), 168–180, 2026; doi: 10.5281/zenodo.19127754.
- [6] He, Z. Wu, Z. Herzog, O. Hei, J. Li, L. and Li, X. Compound health effects and risk assessment of extreme heat and ozone air pollution under climate change: A case study of 731 urban areas in China. Sustainable Cities and Society, vol. 119, p. 106084, 2025; doi: 10.1016/j.scs.2024.106084.
- [7] Tang, H. Bhatti, U. A. Li, J. Marjan, S. Baryalai, M. Assam, M., ... & Mohamed, H. G. A New Hybrid Forecasting Model Based on Dual Series Decomposition with Long-Term Short-Term Memory. International Journal of Intelligent Systems, 2023(1), 9407104, 2023; doi: 10.1155/2023/9407104.
- [8] Karmakar, S. Baul Das, A. Gurung, C. and Ghosh,C. Effects of Ozone on Plant Health and Environment: A Mini Review, Res. Jr. Agril. Sci, 13, 612-619. 2022.
Ayrıntılar
Birincil Dil
Türkçe
Konular
Hava Kirliliği Modellemesi ve Kontrolü
Bölüm
Araştırma Makalesi
Yazarlar
Hakan Çelikten
*
0000-0001-8793-5631
Türkiye
Erken Görünüm Tarihi
29 Haziran 2026
Yayımlanma Tarihi
30 Haziran 2026
Gönderilme Tarihi
15 Mayıs 2026
Kabul Tarihi
8 Haziran 2026
Yayımlandığı Sayı
Yıl 2026 Cilt: 14 Sayı: 2
