DOI: https://doi.org/10.5194/isprs-archives-xlviii-4-w18-2025-397-2026
تاريخ النشر: 2026-01-29
المؤلف: Seda Tokgoz وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات التحكم في الروائح والانبعاثات
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة مستويات الأمونيا (NH3) في باليكسير وبورصة، تركيا، من 2019 إلى 2023، مسلطة الضوء على دورها كملوث للهواء ومساهم في المواد الجسيمية مع آثار صحية كبيرة. باستخدام استرجاعات IASI، ومخزون انبعاثات EMEP، وإحصاءات إنتاج الثروة الحيوانية، والبيانات المناخية، وجدت الأبحاث أن تركيزات NH3 بلغت ذروتها في 2023، مع نمط موسمي مميز يظهر أعلى المستويات في الصيف وأدنى المستويات في الشتاء، على الرغم من أن خريف 2023 شهد ارتفاعًا غير عادي. كانت العلاقة بين تركيزات NH3 ومخزون الانبعاثات أقوى بشكل ملحوظ في باليكسير (r = 0.82) مقارنة ببورصة (r = 0.48).
كشفت التحليلات في مناطق محددة أن المناطق التي تتميز بتربية الثروة الحيوانية المكثفة، مثل ألتوييل، وكاراجاباي، ومصطفى كمال باشا، أظهرت مستويات عالية من NH3. أشارت التقييمات التفصيلية للمزارع المختارة إلى أنه بينما كانت بعض المزارع مصادر كبيرة لـ NH3، لعبت العوامل المناخية المحلية أيضًا دورًا حاسمًا في نقل التلوث. تؤكد الدراسة على أهمية دمج بيانات الأقمار الصناعية، ومخزونات الانبعاثات، وإحصاءات الثروة الحيوانية لتعزيز فهم تلوث NH3 في البيئات الزراعية، مما يبرز الحاجة إلى تقييمات محلية لتقييم تأثير الممارسات الزراعية على جودة الهواء.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الأهمية المتزايدة للأمونيا الجوية (NH3) في الدراسات البيئية، لا سيما بسبب دورها في دورة النيتروجين ومساهمتها في الحموضة وتكوين المواد الجسيمية غير العضوية الثانوية (SIA)، التي تؤثر سلبًا على كل من البيئة وصحة الإنسان. بينما تعتبر NH3 ملوثًا رئيسيًا يتم انبعاثه من مصادر متنوعة، بما في ذلك الزراعة، وحركة المرور، والصناعة، تُعتبر الأنشطة الزراعية، وخاصة إدارة الثروة الحيوانية، من المساهمين الرئيسيين في انبعاثات NH3. أثبتت الأبحاث السابقة أن مزارع الحيوانات هي نقاط انبعاث NH3 كبيرة في مناطق مختلفة، بما في ذلك الولايات المتحدة، والصين، وتركيا.
تركز هذه الدراسة على تأثير مزارع الثروة الحيوانية على مستويات NH3 في باليكسير وبورصة، باستخدام بيانات الاستشعار عن بعد من استرجاعات NH3 من جهاز قياس الصوت الجوي بالأشعة تحت الحمراء (IASI) المستوى 2. تهدف الأبحاث إلى تحليل التغير الزمني لتركيزات NH3 حول مزارع الثروة الحيوانية المكثفة بالتزامن مع إحصاءات إنتاج الحيوانات والمعايير المناخية من 2019 إلى 2023. من خلال القيام بذلك، تسعى الدراسة إلى تعزيز فهم انبعاثات NH3 من مصادر محددة لتربية الحيوانات، مما يساهم في تقديم رؤى قيمة حول تحديد نقاط انبعاث NH3.
طرق
تركز منهجية هذه الدراسة على تقييم مستويات الأمونيا (NH3) في محافظتي باليكسير وبورصة في تركيا، اللتين تتميزان بأنشطة تربية الثروة الحيوانية والدواجن الكبيرة. تم اختيار هذه المناطق بسبب تركيزاتها العالية من NH3، كما تشير التقييمات الأخيرة. استخدمت الدراسة استرجاعات NH3 من جهاز قياس الصوت الجوي بالأشعة تحت الحمراء (IASI) الموجود على أقمار MetOp الصناعية، والتي توفر بيانات مرور صباحية من المستوى 2 بدقة مكانية تبلغ 12 كم. تم تصفية البيانات بناءً على معايير الجودة ورسمها على شبكة 1×1 كم، مما يسمح بتحليل مستويات NH3 حول مزارع الثروة الحيوانية من 2019 إلى 2023.
لتكملة بيانات الأقمار الصناعية، قارنت الدراسة تركيزات NH3 مع التقارير الوطنية عن الانبعاثات التي أعدها البرنامج الأوروبي للمراقبة والتقييم (EMEP) لعام 2019. شمل ذلك علاقات قائمة على المناطق باستخدام قيم شبكية بدقة 0.1°×0.1°. بالإضافة إلى ذلك، تم تحديد مواقع مزارع الثروة الحيوانية والدواجن باستخدام Google Earth، بينما تم الحصول على إحصاءات الإنتاج السنوية من المعهد التركي للإحصاء (TURKSTAT). تم الحصول على البيانات المناخية، بما في ذلك القياسات الساعية لدرجة الحرارة، والرطوبة النسبية، وسرعة الرياح، واتجاه الرياح، من وزارة البيئة، والتحضر، وتغير المناخ لتحليل تأثيرها على مستويات NH3 ونقل التلوث المحتمل.
نتائج
تشير نتائج الدراسة حول تركيزات الأمونيا (NH3) في محافظتي باليكسير وبورصة من 2019 إلى 2023 إلى زيادة كبيرة في مستويات NH3، حيث كانت 2023 هي السنة الأعلى المسجلة، مع زيادة بنسبة 56% مقارنة بـ 2019. كشفت التغيرات الموسمية أن الصيف كان يظهر باستمرار أعلى تركيزات NH3، خاصة في 2023، بينما كانت الشتاء لديها أدنى المستويات. ومن الجدير بالذكر أن منطقة ألتوييل سجلت باستمرار أعلى مستويات NH3 عبر جميع السنوات، بينما أظهرت مناطق أخرى مثل بندرما، وسوسورلوك، وميناس ذروات متفاوتة في سنوات مختلفة. كما أبرز التحليل أن المناطق الزراعية ساهمت بشكل كبير في انبعاثات NH3، حيث كانت أنشطة الثروة الحيوانية مصدرًا رئيسيًا.
فحصت الدراسة أيضًا العلاقة بين تركيزات NH3 وإنتاج الثروة الحيوانية، كاشفة أن 95.2% من إجمالي انبعاثات NH3 في تركيا في 2019 نشأت من القطاع الزراعي، وبشكل رئيسي من الثروة الحيوانية. أشارت تحليلات الارتباط إلى وجود علاقة قوية بين تركيزات NH3 والانبعاثات في باليكسير (r = 0.82)، بينما لوحظ ارتباط أقل في بورصة (r = 0.48). تشير النتائج إلى أن العوامل المناخية قد تؤثر على ذروات NH3 الموسمية، كما يتضح من الخريف الدافئ في 2023، الذي كان ثاني أدفأ خريف خلال 53 عامًا. كما تسلط التغيرات اليومية غير المنتظمة في مستويات NH3 في مزارع الثروة الحيوانية المختارة الضوء على تعقيد انبعاثات NH3، مما يشير إلى أن مصادر تلوث أخرى قد تساهم أيضًا في التركيزات الملحوظة.
مناقشة
تسلط المناقشة الضوء على المستويات الكبيرة من الأمونيا (NH3) في باليكسير وبورصة، الواقعتين في منطقة مرمرة، والتي تتوافق مع ممارسات تربية الثروة الحيوانية الكثيفة في المناطق. تشير تحليل توزيعات NH3 من IASI إلى أن 2019 سجلت أدنى مستويات من NH3، بينما شهدت 2023 أعلى التركيزات. لوحظ نمط موسمي مميز، حيث حدثت ذروة مستويات NH3 في الصيف وأدنى مستوياتها في الشتاء.
كشفت التقييمات المحددة للمناطق أن منطقة ألتوييل في باليكسير سجلت باستمرار أعلى مستويات NH3 عبر سنوات ومواسم مختلفة، بينما أبلغت مناطق أخرى مثل بندرما، وسوسورلوك، وميناس أيضًا عن تركيزات كبيرة. في بورصة، تم تحديد كاراجاباي كأهم منطقة لانبعاثات NH3، تليها مصطفى كمال باشا وييني شهير. تشير النتائج إلى وجود علاقة قوية بين تركيزات NH3 العالية وأعداد الثروة الحيوانية في هذه المناطق. علاوة على ذلك، من بين المناطق ذات مستويات NH3 المرتفعة، تم اختيار ثماني مزارع للثروة الحيوانية للتحليل، مع إجراء فحص مفصل لثلاث منها. أشارت البيانات المناخية إلى أن بعض المزارع قد تساهم في نقل NH3 المحلي إلى المناطق المجاورة.
DOI: https://doi.org/10.5194/isprs-archives-xlviii-4-w18-2025-397-2026
Publication Date: 2026-01-29
Author(s): Seda Tokgoz et al.
Primary Topic: Odor and Emission Control Technologies
Overview
This study investigates ammonia (NH3) levels in Balıkesir and Bursa, Turkey, from 2019 to 2023, highlighting its role as an air pollutant and contributor to particulate matter with significant health implications. Utilizing IASI retrievals, the EMEP emission inventory, livestock production statistics, and meteorological data, the research found that NH3 concentrations peaked in 2023, with a distinct seasonal pattern showing maximum levels in summer and minimum in winter, although autumn 2023 exhibited an unusual spike. The correlation between NH3 concentrations and the emission inventory was notably stronger in Balıkesir (r = 0.82) compared to Bursa (r = 0.48).
The analysis of specific districts revealed that areas with intensive livestock farming, such as Altıeylül, Karacabey, and Mustafakemalpaşa, exhibited high NH3 levels. Detailed assessments of selected farms indicated that while some were significant sources of NH3, local meteorological factors also played a crucial role in pollution transport. The study underscores the importance of integrating satellite data, emission inventories, and livestock statistics to enhance understanding of NH3 pollution in agricultural settings, emphasizing the need for localized evaluations to assess the impact of agricultural practices on air quality.
Introduction
The introduction highlights the growing significance of atmospheric ammonia (NH3) in environmental studies, particularly due to its role in the nitrogen cycle and its contribution to acidification and the formation of secondary inorganic particulate matter (SIA), which adversely affects both the environment and human health. While NH3 is a primary pollutant emitted from various sources, including agriculture, traffic, and industry, agricultural activities, particularly livestock management, are identified as major contributors to NH3 emissions. Previous research has established that animal farms are significant NH3 emission hotspots in various regions, including the United States, China, and Türkiye.
This study focuses on the impact of livestock farms on NH3 levels in Balıkesir and Bursa, utilizing remote sensing data from the Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI) Level 2 NH3 retrievals. The research aims to analyze the temporal variation of NH3 concentrations around intensive livestock farms in conjunction with animal production statistics and meteorological parameters from 2019 to 2023. By doing so, the study seeks to enhance understanding of NH3 emissions from specific sources of animal husbandry, thereby contributing valuable insights into the identification of NH3 hotspots.
Methods
The methodology of this study focuses on assessing ammonia (NH3) levels in the Balıkesir and Bursa provinces of Turkey, which are characterized by significant livestock and poultry farming activities. These regions were selected due to their high NH3 concentrations, as indicated by recent evaluations. The study utilized NH3 retrievals from the Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI) onboard MetOp satellites, which provide Level 2 morning overpass data with a spatial resolution of 12 km. The data were filtered based on quality criteria and mapped to a 1×1 km grid, allowing for an analysis of NH3 levels around livestock farms from 2019 to 2023.
To complement the satellite data, the study compared NH3 concentrations with national emission reports compiled by the European Monitoring and Evaluation Programme (EMEP) for the year 2019. This involved district-based correlations using gridded values at a resolution of 0.1°×0.1°. Additionally, the locations of livestock and poultry farms were identified using Google Earth, while annual production statistics were sourced from the Turkish Statistical Institute (TURKSTAT). Meteorological data, including hourly measurements of temperature, relative humidity, wind speed, and wind direction, were obtained from the Ministry of Environment, Urbanization and Climate Change to analyze their impact on NH3 levels and potential pollution transport.
Results
The results from the study on ammonia (NH3) concentrations in Balıkesir and Bursa provinces from 2019 to 2023 indicate a significant increase in NH3 levels, with 2023 being the highest recorded year, showing a 56% increase compared to 2019. Seasonal variations revealed that summer consistently exhibited the highest NH3 concentrations, particularly in 2023, while winter had the lowest levels. Notably, the Altıeylül district consistently recorded the highest NH3 levels across all years, with other districts such as Bandırma, Susurluk, and Manyas showing varying peaks in different years. The analysis also highlighted that agricultural areas contributed significantly to NH3 emissions, with livestock activities being a primary source.
The study further examined the relationship between NH3 concentrations and livestock production, revealing that 95.2% of total NH3 emissions in Türkiye in 2019 originated from the agricultural sector, predominantly from livestock. Correlation analyses indicated a strong relationship between NH3 concentrations and emissions in Balıkesir (r = 0.82), while a lower correlation was observed in Bursa (r = 0.48). The findings suggest that meteorological factors may influence seasonal NH3 extremes, as evidenced by the warm fall of 2023, which was the second warmest in 53 years. The irregular daily variations in NH3 levels at selected livestock farms further underscore the complexity of NH3 emissions, indicating that other pollution sources may also contribute to the observed concentrations.
Discussion
The discussion highlights the significant levels of ammonia (NH3) in Balıkesir and Bursa, located in the Marmara Region, which correlate with the regions’ dense livestock farming practices. Analysis of IASI NH3 distributions indicates that 2019 recorded the lowest levels of NH3, while 2023 experienced the highest concentrations. A distinct seasonal pattern was observed, with peak NH3 levels occurring in summer and the lowest in winter.
District-specific evaluations revealed that Balıkesir’s Altıeylül consistently exhibited the highest NH3 levels across various years and seasons, while other districts such as Bandırma, Susurluk, and Manyas also reported significant concentrations. In Bursa, Karacabey was identified as the leading district for NH3 emissions, followed by Mustafakemalpaşa and Yenişehir. The findings suggest a strong correlation between high NH3 concentrations and livestock counts in these areas. Furthermore, from the districts with elevated NH3 levels, eight livestock farms were selected for analysis, with three undergoing detailed examination. Meteorological data indicated that certain farms could potentially contribute to local NH3 transport to adjacent regions.