Hesaplamalı araştırma makalesi incelemesi

Kentsel Merkez Veri Tabanı ile Küresel Kentsel Veri Raporlamasında Küresel İnsan Yerleşim Katmanının Belirlediği Yeni Standartlar

Küreselleşen dünyada kentsel alanlar, hem ekonomik büyümenin ve toplumsal gelişimin merkezleri hem de sera gazı emisyonları ile çevresel baskıların birincil kaynaklarıdır. Bu bağlamda, uydu gözlemleri ve büyük coğrafi veri entegrasyonu, veri açısından zengin ve fakir bölgeler arasındaki uçurumu kapatmak için kritik bir araç haline gelmiştir.

Makalenin anahtar kelimeleri

Yazar: Michele Melchiorri
Yayın: Frontiers in Environmental Science
Tarih: 2022-10-13
DOI: 10.3389/fenvs.2022.1003862

Makalenin Kapsamı ve Akademik İçeriği

Küresel nüfusun büyük bir kısmının kentlerde yaşaması ve ekonomik faaliyetlerin buralarda yoğunlaşması, sürdürülebilir kentsel gelişimin izlenmesini zorunlu kılmaktadır. Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları gibi uluslararası gündemlerin başarıya ulaşması, güvenilir, mekansal olarak açık ve karşılaştırılabilir verilere dayanmaktadır. Ancak geleneksel olarak kentsel veriler, ülkelerin değişen istatistiksel kapasitelerine bağlı olarak heterojenlik göstermekte ve küresel karşılaştırmaları zorlaştırmaktadır. Mevcut kentsel veri kaynaklarının çoğu, kentsel alanları sınırları belirsiz nokta koordinatları olarak sunmakta ve çevresel veya sosyo-ekonomik boyutları bütüncül bir şekilde analiz etmeye yetecek tematik derinlikten yoksun kalmaktadır.

Bu sorunu aşmak amacıyla hazırlanan bu çalışmada, Avrupa Komisyonu Ortak Araştırma Merkezi tarafından geliştirilen Küresel İnsan Yerleşim Katmanının kentsel merkez veri tabanının (GHS-UCDB) yapısı ve metodolojisi tanıtılmaktadır. Çalışmanın yöntem kurgusu, Şehirleşme Derecesi (Degree of Urbanisation) kriterlerine dayanarak, 1 km2 boyutundaki grid hücrelerinin nüfus yoğunluğu ve yapılaşma oranları üzerinden kentsel merkezlerin tanımlanmasını içermektedir. Coğrafi Bilgi Sistemleri ortamında gerçekleştirilen mekansal birleştirme ve bölgesel istatistik işlemleri sayesinde, uydu görüntüleri ve sosyo-ekonomik istatistikler gibi farklı kaynaklardan gelen heterojen veriler mekansal olarak uyumlu hale getirilmiştir.

Elde edilen sonuçlar, GHS-UCDB veri tabanının 2015 yılı itibarıyla dünya genelinde 10.000'den fazla kentsel merkezi ve bunlara ait 150'den fazla çevresel, coğrafi ve sosyo-ekonomik niteliği içerdiğini göstermektedir. Veri tabanından elde edilen bulgular, sanayi kaynaklı partikül madde (PM 2.5) emisyonlarının kentsel alanlarda önemli ölçüde arttığını, ancak yüksek gelirli ülkelerin aksine düşük gelirli ülkelerde bu emisyonların kontrol altına alınamadığını ortaya koymaktadır. Ayrıca afet riski azaltma kapsamında yapılan analizler, gelişmekte olan ülkelerdeki büyük kentsel nüfusun deprem, ısı dalgası ve fırtına gibi doğal afetlere maruz kalma oranının hızla yükseldiğine işaret etmektedir.

Veri tabanının sunduğu tematik zenginlik, kentsel yeşil alanların dağılımı ve arazi kullanım etkinliği gibi Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları göstergelerinin küresel düzeyde karşılaştırılmasına imkân tanımaktadır. Önceki kentsel veri tabanlarının sınırlı örneklem ve yüksek veri toplama maliyetleri gibi kısıtlarını ortadan kaldıran bu çalışma, açık veri politikası sayesinde küresel kentsel araştırmalar için yeni bir standart belirlemektedir. GHS-UCDB, araştırmacılara kentsel yayılma, nüfus dinamikleri ve çevre etkileşimlerini dinamik sınırlar üzerinden analiz etme fırsatı sunarak küresel kentsel politika üretim süreçlerine güçlü bir bilimsel zemin kazandırmaktadır.

Araştırmanın amacı

Bu çalışmanın amacı, küresel ölçekte 10.000'den fazla kentsel merkeze ait coğrafi, sosyo-ekonomik ve çevresel özellikleri bir araya getiren GHS-UCDB kentsel veri tabanının metodolojik altyapısını, veri entegrasyon süreçlerini ve sürdürülebilir kalkınma politikalarını desteklemedeki rolünü ortaya koymaktır(Melchiorri, 2022).

İnceleme ve modelleme yöntemi

Çalışma, Dünya genelindeki kentsel merkezleri uzaktan algılama veri kümeleri ve coğrafi bilgi sistemleri (CBS) ortamında geliştirilen mekansal analiz yöntemleri yardımıyla haritalandıran, heterojen kaynakları bir araya getiren hesaplamalı (computational) bir metodoloji benimsemektedir(Melchiorri, 2022).

Kuramsal ve kavramsal çerçeve

Çalışma, yerleşim alanlarını ve nüfus yoğunluğunu 1 km2 grid hücreleri düzeyinde tanımlayan Şehirleşme Derecesi (Degree of Urbanisation) yöntemine ve Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) tabanlı mekansal entegrasyon ile bölgesel istatistik yaklaşımlarına dayanmaktadır.

Makalenin ele aldığı literatür

Çalışma, Birleşmiş Milletler Ekonomik ve Sosyal İşler Dairesi (UNDESA) tarafından yayınlanan ve mekansal sınırlar olmaksızın sadece nokta koordinatları içeren Dünya Şehirleşme Beklentileri (WUP) raporu ile New York Üniversitesi tarafından sınırlı sayıda kent için üretilen kentsel büyüme atlası (Atlas of Urban Expansion) çalışmalarındaki veri boşluklarını adreslemektedir.

Araştırma Tasarımı

Evren veya inceleme alanı: 2015 yılı itibarıyla dünya genelinde nüfusu en az 50.000 olan tüm kentsel merkezlerin (13.136 kentsel merkez) oluşturduğu küresel veri kümesi.
Örneklem veya araştırma materyali: GHSL uydu tabanlı yerleşim verileri (GHS-BUILT, GHS-POP, GHS-SMOD), Copernicus Sentinel-2 optik görüntüleri ve çeşitli uluslararası kuruluşlardan alınan tamamlayıcı çevresel ve sosyo-ekonomik veri tabanları.
Veri toplama süreci: Avrupa Komisyonu Ortak Araştırma Merkezi (JRC) ve iş birliği yapılan kurumların açık erişimli coğrafi veri arşivlerinden, uydu görüntülerinden ve istatistiksel raporlardan CBS ortamında derlenen çok zamanlı ve çok temalı veriler.
Veri analiz yöntemi: Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) yazılımları kullanılarak mekansal birleştirme (spatial join), bölge istatistikleri (zonal statistics) ve Degree of Urbanisation (Kentleşme Derecesi) metodolojisine dayalı 1 km2'lik grid hücrelerinin filtrelenmesi ve doğrulanması.

Kentsel Merkez (Urban Centre)Kentleşme Derecesi (Degree of Urbanisation)Global Human Settlement Layer (GHSL)Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları (SKA)Mekansal Uyumlaştırma (Spatial Harmonisation)Doğal Afet Maruziyeti (Natural Hazard Exposure)

Araştırmanın Bulguları

GHS-UCDB kentsel veri tabanı, dünya genelinde nüfusu en az 50.000 olan 10.000'den fazla kentsel merkezin coğrafi, çevresel ve sosyo-ekonomik niteliklerini 150'den fazla değişkenle sunarak küresel raporlamada yeni bir standart belirlemektedir(Melchiorri, 2022).

Kentleşme Derecesi (Degree of Urbanisation) metodolojisi, Birleşmiş Milletler İstatistik Komisyonu tarafından 2020 yılında uluslararası karşılaştırmalar için standart bir kentsel-kırsal tanımlama yöntemi olarak resmen onaylanmıştır(Melchiorri, 2022).

2015 yılı verilerine göre, şehirlerdeki PM 2.5 partikül madde emisyonlarının yaklaşık yarısı endüstriyel kaynaklardan kaynaklanmakta ve bu emisyonların yıllık miktarı 3 milyon ton eşiğini aşmaktadır(Melchiorri, 2022).

Asya kıtasında kentsel alanlarda yaşayıp fırtına dalgalanmalarına (storm surge) doğrudan maruz kalma riski taşıyan nüfus 250 milyonu aşarak kıyı kentselleşmesinin getirdiği yeni tehlikeleri gözler önüne sermektedir(Melchiorri, 2022).

Bulguların Tartışılması ve Araştırmanın Sonucu

Bulguların Yazarlar Tarafından Yorumlanışı

GHS-UCDB veri tabanının sunduğu çok temalı ve çok zamanlı veri seti, küresel ölçekte kentsel alanların çevresel etkilerini değerlendirmede güçlü bir kanıt sunmaktadır. Özellikle hava kirliliği göstergeleri (PM2.5) üzerinden yapılan analizler, düşük gelirli ülkelerde ulaştırma ve sanayi kaynaklı emisyonların son yıllarda ciddi bir artış gösterdiğini ortaya koyarken, yüksek gelirli ülkelerin çevre politikaları sayesinde emisyonlarını düşürebildiğini kanıtlamaktadır.

Yazar, kentsel alanların gelişim süreçlerini yalnızca demografik veya morfolojik büyümeyle açıklamanın yetersiz olduğunu, bunun yerine kentsel ekosistemlerin yeşillik düzeyi ve açık alan erişilebilirliği gibi yaşam kalitesi göstergeleriyle entegre edilmesi gerektiğini savunmaktadır. Bölgesel iklim koşulları ve şehir planlama politikaları, yeşil alanlara erişimdeki eşitsizliklerin ve kentsel saçılmanın temel belirleyicileri olarak öne çıkmaktadır.

Elde edilen bulgular, kentsel veri üretiminde açık veri politikasının ve topluluk katılımının (crowdsourcing) önemini göstermektedir. GHS-UCDB çerçevesi, bağımsız araştırmacıların ürettiği yerel verilerin küresel bir sistemde birleştirilmesini sağlayarak bilimsel topluluk ile politika yapıcılar arasında sürdürülebilir bir geri besleme döngüsü kurmaktadır.

Sonuç olarak, CBS tabanlı Degree of Urbanisation yaklaşımı, farklı ülkelerin kentsel ve kırsal alan tanımlarındaki heterojenliği ortadan kaldırarak küresel düzeyde karşılaştırılabilir standartlar sunar. Gelecekte Sentinel-2 gibi yüksek çözünürlüklü uydu verilerinin entegrasyonu ve dinamik kentsel sınır yaklaşımlarının benimsenmesi, kentsel izleme araçlarının hassasiyetini daha da artıracaktır.

Bulguların Önceki Araştırmalarla Karşılaştırılması

Yazar, NYU tarafından geliştirilen Global Sample of Cities ve Atlas of Urban Expansion çalışmaları ile GHS-UCDB'yi karşılaştırmaktadır. Önceki çalışmaların 200 şehirle sınırlı kaldığını ve uzmanlar tarafından manuel görüntü yorumlamaya dayanan pahalı bir üretim süreci gerektirdiğini, GHS-UCDB'nin ise 10.000'den fazla kentsel merkezi otomatik ve açık kaynaklı uydu verileriyle düşük maliyetle haritalandırdığını vurgulamaktadır(Melchiorri, 2022).

Yazar, Birleşmiş Milletler UNDESA tarafından yayınlanan World Urbanization Prospects (WUP) veri setiyle karşılaştırma yapmaktadır. WUP'un yalnızca 300.000'den fazla nüfusa sahip yaklaşık 1.800 şehri nokta koordinatları şeklinde sunduğunu ve mekansal sınırlar içermediğini; buna karşın GHS-UCDB'nin 50.000 nüfus eşiğini esas alarak kentsel alanların sınırlarını açık bir şekilde çizip 10.000'den fazla merkezi entegre ettiğini belirtmektedir(Melchiorri, 2022).

Sonuç Bölümünün Sunduğu Çıkarımlar

Küresel İnsan Yerleşim Katmanı (GHSL) girişimi çerçevesinde geliştirilen GHS-UCDB kentsel veri tabanı, uzaktan algılama ve büyük veri entegrasyonu sayesinde küresel politikalara, özellikle Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları ve Sendai Afet Riski Azaltma Çerçevesi hedeflerine yönelik nesnel, eyleme geçirilebilir ve karşılaştırılabilir yeni nesil ölçüm araçları sunmaktadır(Melchiorri, 2022).

Literatür Taraması İçin Sunduğu Çerçeve

Bu çalışma, küresel kentleşme ve sürdürülebilir kalkınma literatüründe veri standartlaşması ve mekânsal uyumlaştırma işlevini üstlenmektedir. Birleşmiş Milletler tarafından yayınlanan geleneksel istatistiksel tabloların sunduğu sınırlı demografik bilgilerin ötesine geçerek, dünya genelindeki 10.000'den fazla kentsel merkeze ait çok boyutlu coğrafi, çevresel ve sosyo-ekonomik verileri tek bir açık erişimli altyapıda bir araya getirmektedir. Yerbilimleri ve uzaktan algılama teknolojileri ile kent bilimi arasındaki köprüyü kuran çalışma, sürdürülebilir kalkınma göstergelerinin hesaplanmasında küresel ölçekte karşılaştırılabilir ve mekânsal olarak tutarlı bir veri zemini sunmaktadır.

Çalışma, kentleşme literatüründeki önceki küresel veri tabanlarıyla doğrudan bir karşılaştırma ve genişletme ilişkisi kurmaktadır. Birleşmiş Milletler DESA tarafından hazırlanan World Urbanization Prospects raporlarının yalnızca 1.800 civarında kentsel kümelenmeyi noktasal koordinatlarla ele almasına ve New York Üniversitesi Atlas of Urban Expansion çalışmasının 200 kentlik sınırlı bir örneklem sunmasına karşılık, bu yayın kapsadığı kent sayısını 10.000'in üzerine çıkararak veri temsil yeteneğini radikal biçimde genişletmektedir. Yazar, önceki veri toplama süreçlerindeki maliyet ve ölçek kısıtlarını aşmak amacıyla uzaktan algılama verileri ile mekânsal istatistikleri bütünleştiren Kentleşme Derecesi yöntemini benimsemekte ve önceki çalışmaların yöntemsel parçalanmışlığını gidermektedir.

Literatür taraması yapacak araştırmacılar için bu çalışma, küresel kentsel veri eksikliklerini ve mekânsal uyumlaştırma sorunlarını inceleyen teorik ve metodolojik bir referans noktası sağlamaktadır. İklim değişikliğine uyum, afet riski yönetimi, yeşil alan erişilebilirliği ve kentsel hava kirliliği gibi farklı tematik disiplinlerde yürütülecek taramalarda, mekânsal verilerin nasıl tek bir standartta birleştirilebileceğini metodolojik olarak göstermektedir. Ayrıca araştırmacılara Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları kapsamında uluslararası karşılaştırılabilir çalışmalar kurgularken kullanabilecekleri geniş bir tematik veri haritası ve kavramsal çerçeve sunarak literatürdeki veri kısıtları tartışmasına metodolojik bir çözüm getirmektedir.

Kaynakça

Angel, S., Blei, A. M., Parent, J., Lamson-Hall, P., Galarza Sanchez, N., Civco, L., et al. (2016). Atlas of urban expansion the 2016 edition. New York, United States: New York University, UN-Habitat, and the Lincoln Institute of Land Policy.
United Nations Department of Economic and Social Affairs (UNDESA). (2018). World Urbanization Prospects: The 2018 Revision.

Tez ve Makale Araştırmalarında Kullanım

Makalenin doğrulanmış yöntemi, bulguları ve kuramsal çerçevesi; tez ve makale çalışmalarında kullanılacağı bölümle birlikte aşağıdaki üç araştırma taslağına dönüştürülmüştür.

Tez veya makalede kullanım · literatüre-review

Geleneksel noktasal kent veri tabanları kentsel sınırları ve çok boyutlu çevresel değişkenleri kapsamakta yetersiz kalmaktadır.

Geleneksel WUP verilerinin yalnızca noktasal koordinatlar ve nüfus tabloları sunduğu, buna karşın GHS-UCDB gibi uydu odaklı altyapıların mekânsal olarak genişletilmiş ve çok temalı veriler sağladığı argümanını desteklemek için kullanılır(Melchiorri, 2022).

Kıyı Kentsel Merkezlerinde Fırtına Dalgalanması Maruziyeti ve Nüfus Yoğunlaşması Analizi

Araştırma sorusu: Asya kıyı kentsel merkezlerinde 1990-2015 yılları arasında yaşanan nüfus artışı ile fırtına dalgalanmasına maruz kalan yapılaşmış alanlar arasında nasıl bir ilişki bulunmaktadır?
Yöntem taslağı: GHS-UCDB veri tabanında yer alan Asya kıyı kentlerine ait multi-temporal nüfus ve yapılaşma katmanları ile küresel fırtına dalgalanması maruziyet katmanları CBS ortamında zonal istatistik yöntemleriyle kesiştirilecektir. Zaman serisi analizi ile nüfus yoğunlaşması ve maruziyet artış hızları hesaplanacaktır.

Makaleyle bağlantısı: Makalenin tartışma bölümünde Asya'da 250 milyondan fazla kentsel nüfusun fırtına dalgalanmalarına maruz kaldığı ve kıyı kentleşmesinin yeni tehditler yarattığı tespiti yapılmıştır(Melchiorri, 2022).

Tez veya makalede kullanım · method

Küresel ölçekte kentsel ve kırsal alanların karşılaştırılabilir biçimde tanımlanmasında Kentleşme Derecesi standart bir yöntemdir.

BM İstatistik Komisyonu tarafından kabul edilen 1 kilometrekarelik ızgara hücrelerinde nüfus ve yapılaşma yoğunluğuna dayalı kentsel merkez belirleme metodolojisinin standartlığını açıklamak için referans verilir(Melchiorri, 2022).

Gelişmekte Olan Kentlerde Sanayi Kaynaklı PM2.5 Emisyon Değişimi ve Gelir Düzeyi İlişkisi

Araştırma sorusu: Farklı gelir gruplarındaki kentsel merkezlerde 1975-2015 yılları arasında sanayi ve ulaştırma kaynaklı PM2.5 emisyonları nasıl bir değişim seyri izlemiştir?
Yöntem taslağı: Dünya Bankası ülke gelir sınıflandırmaları ile GHS-UCDB emisyon katmanları eşleştirilerek küresel kentsel merkezler panel veri formatına getirilecektir. İki yönlü sabit etkili regresyon analizi ile gelir grubu düzeyinde sektörel emisyon trendleri modellenecektir.

Makaleyle bağlantısı: Makalede 2015 kentsel PM2.5 emisyonlarının yarısının sanayiden kaynaklandığı ve düşük gelirli ülkelerde emisyonların %50 arttığı ampirik olarak gösterilmiştir(Melchiorri, 2022).

Tez veya makalede kullanım · Tartışma

Düşük gelirli ülkelerdeki hızlı kentsel nüfus artışı doğal afet maruziyetini ve sanayi kaynaklı hava kirliliğini artırmaktadır.

Asya ve gelişmekte olan bölgelerdeki kentsel nüfusun fırtına dalgalanması ile deprem gibi doğal tehlikelere maruziyetini ve emisyon artışlarını ampirik olarak tartışırken kullanılır(Melchiorri, 2022).

Kentsel Yeşil Alan Erişilebilirliği ve Nüfus Yoğunluğu İlişkisinin Bölgesel Karşılaştırması

Araştırma sorusu: Kuzey Amerika ve Avrupa kentsel merkezlerinde yüksek yeşillik düzeyine sahip alanlarda yaşayan nüfus oranı ile kent morfolojisi arasındaki farklar nelerdir?
Yöntem taslağı: GHS-UCDB veritabanından Kuzey Amerika ve Avrupa kentlerinin NDVI tabanlı yeşillik ve açık alan oranları çekilecektir. Mann-Whitney U testi ve mekânsal otokorelasyon analizleri ile iki bölgenin kentsel yeşil alan erişilebilirlik kalıpları karşılaştırılacaktır.

Makaleyle bağlantısı: Yazar, Kuzey Amerika kentlerinde nüfusun %50.6'sının yüksek yeşillikli alanlarda yaşamasına karşın açık alan oranının düşük olduğunu belirterek bölgesel kıyaslama ihtiyacına vurgu yapmıştır(Melchiorri, 2022).