Determination of the spatial distribution of thermal comfort conditions in Uşak city center during the hot period of the year and future projections

Abstract

It is known that climate changes as a result of human impacts based on various human activities or natural events. Climate change affects all beings on the earth and changes the balance of nature. This change can have an impact on ecosystem services and human health. In this context, residential areas such as urbans where anthropogenic factors are in tense in climate changes have critical importance. In this study, the spatial distribution of thermal comfort conditions between May and September, which are accepted as the hot periods of the year in Uşak city, was evaluated within the scope of current, near future and distant future conditions and future predictions were tried to be given according to climate projections. For this purpose, meteorological measurement data for the period 1991-2020 and data obtained from RCP4.5 and RCP8.5 climate scenarios were used in the study. Physiological Equivalent Temperature (PET) index obtained from the RayMan model was utilized as the study method. In the study, Geographical Information System (GIS) was used to determine the spatial distribution of thermal comfort conditions; elevation, land use, solar radiation, mean radiant temperature (MRT) and wind speed were calculated with base maps. As a result of the analysis, it was determined that while the city determined as the study area is experiencing "slightly hot" and "hot" stresses today, "hot" stress will increase in the near future according to the RCP4.5 scenario, and "hot" and "very hot" stresses will be effective in the distant future according to the RCP8.5 scenario, and the urban heat island will expand. As a result of the study, it was tried to make suggestions within the scope of landscape planning, which is an important action to prevent the change of thermal comfort and uncomfortable conditions that may occur.

Keywords

• Climate change
• Urban landscape Thermal comfort
• Physiological Equivalent Temperature (PET)
• Ecology.

Uşak kent merkezinde yılın sıcak döneminde termal konfor koşullarının mekânsal dağılışının belirlenmesi ve gelecek projeksiyonları

Abstract

İklimin insan etkileri ya da doğal olaylar sonucu değişikliğe uğradığı bilinmektedir. İklim değişikliği yerkürede bulunan tüm varlıkları etkilemekte ve doğanın dengesini değiştirmektedir. Bu değişim ekosistem hizmetleri ve insan sağlığı üzerinde etkili olabilmektedir. Bu bağlamda iklim değişimlerinde antropojenik faktörlerin yoğun olduğu kent merkezleri gibi yerleşim alanları kritik öneme sahip olmaktadır. Yapılan çalışmada Uşak kentinin yılın sıcak dönemleri olarak kabul edilen Mayıs- Eylül ayları arasındaki termal konfor koşullarının mekânsal dağılımı belirlenerek, iklim projeksiyonlarına göre geleceğe yönelik öngörüler verilmeye çalışılmıştır. Bu amaçla çalışmada 1991-2020 dönemine ait meteorolojik ölçüm verileri ile RCP4.5 ve RCP8.5 iklim senaryolarından elde edilen veriler kullanılmıştır. Çalışma yöntemi olarak RayMan modelinden elde edilen Fizyolojik Eşdeğer Sıcaklık (FES) indisinden faydalanılmıştır. Çalışmada termal konfor koşullarının mekânsal dağılımının belirlenmesinde Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) kullanılarak; yükselti, arazi kullanımı, güneş radyasyonu, ortalama radyant sıcaklık (MRT) ve rüzgâr hızı altlık haritalarıyla hesaplama yapılmıştır. Yapılan analizler sonucu çalışma alanı olarak belirlenen kentte günümüzde “hafif sıcak” ve “sıcak” stresleri yaşanırken, RCP4.5 senaryosuna göre yakın gelecekte "sıcak" stresinin artacağı, RCP8.5 senaryosuna göre uzak gelecekte "sıcak" ve “çok sıcak” streslerinin baskın olacağı, kentte görülen "kentsel ısı adası" etkisinin genişleyeceği belirlenmiştir. Çalışma sonucunda termal konforun değişmesi ve yaşanabilecek konforsuz koşullar oluşmasının önüne geçilebilmesine yönelik önemli bir eylem olan peyzaj planlama kapsamında önerilerde bulunulmaya çalışılmıştır.

Keywords

• İklim değişikliği
• Kent peyzajı
• Termal konfor
• Fizyolojik Eşdeğer Sıcaklık (FES)
• Ekoloji.

References

1. Bonacquisti, V., Casale, G.R, Palmieri, S., Siani, A.M., 2006. A canopy layer model and its application to Rome. Science of the Total Environment, 364(1-3), 1-13.
2. Bölük, E., 2016. Turkish climate according to Köppen Climate Classification. MGM. Publications, Ankara.https://www.mgm.gov.tr/FILES/iklim/iklim_siniflandirmalari/koppen.pdf Erişim: 01.01.223.
3. Bulgan, E., Yılmaz, S., 2017. Farklı kent dokularının yaz aylarında biyoklimatik konfora etkisi: Erzurum örneği. Journal of the Institute of Science and Technology, 7(4), 235-242.
4. Chen, A., Yao, X.A., Sun, R., Chen L., 2014. Effect of urban green patterns on surface urban cool islands and its seasonal variations. Urban Forestry & Urban Greening, 13(4), 646-654.
5. Cohen, S., Palatchi, Y., Palatchi, D.P., Bar, L.S., Lukyanov, V., Yaakov, Y., Matzarakis, A., Tanny, J., Potcher, O. (2020). Mean radiant temperature in urban canyons from solar calculations, climate and surface properties – theory, validation andʽmr.tʼ software. Building and Environment, 178, 1-8.
6. Copernicus, 2023. Arazi örtüsü verileri. https://land.copernicus.eu/pan-european/corine-land-cover. Erişim: 09.03.2023.
7. Çağlak, S., 2022. Amasya kentinin biyoklimatik konfor koşullarının mekânsal dağılımı ve gelecek projeksiyonları. Mavi Atlas, 10(1), 182-197.
8. Çağlak, S., Türkeş, M., 2022.Yeni bir yaklaşımla termal konfor koşullarının günümüzde ve gelecek iklim koşullarındaki mekânsal dağılışının analizi; Bolu kentiörneği. Coğrafi Bilimler Dergisi/ Turkish Journal of Geographical Sciences, 20(2), 338-358.

9. Çağlak, S, Aydemir K.P.K., Kazancı, G., 2021. Effects of urbanization on bioclimatic comfort conditions; Bolu Example. City Health Journal, 2(2), 47-55.
10. Çağlak, S., 2021.İklim değişikliğinin biyoklimatik konfor şartları üzerine etkileri ve olası sonuçları. Basılmamış doktora tezi. Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Samsun. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tez690729.jsp.
11. Çalışkan, O, Türkoğlu, N., 2014. The trend of thermal conditions and the effect of urbanization on thermal comfort conditions in Ankara. Journal of Geographical Sciences, 12(2), 119-132.
12. Çınar, İ., 1999. Fiziksel planlamada biyoiklimsel veriler kullanarak biyokonforun oluşturulması üzerine Fethiye merkezi yerleşimi üzerinde araştırmalar. Yüksek Lisans Tezi. Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Peyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı.
13. Epstein, Y., Moran, D.S., 2006. Thermal comfort and the heat stress indices. Industrial Health, 44(3), 388–398.
14. Garcia, C.O.R., Jauregui, O.E., Toudert, D.Y., Tejeda, M.A., 2007. Detection of the urban heat island in Mexicali, B.C., México and its relationship with land use Atmósfera, 20(2), 111-131.
15. Gürkan, H., Arabacı, H., Demircan, M., Eskioğlu, O., Şensoy, S., Yazıcı, B., 2016. GFDL-ESM2M modeli temelinde RCP4.5 ve RCP8.5 senaryolarına göre Türkiye için sıcaklık ve yağış projeksiyonları. Coğrafi Bilimler Dergisi, 14(2),77-88.
16. Hinkel, M.K., Nelson, F.E., Klene, A., Bell, J.H., 2003. The urban heat island in winter at Barrow, Alaska. International Journal of Climatology, 23(15), 1889-1905.
17. Höppe, P., 1999. The physiological equivalent temperature-a universal index for the biometeorological assessment of the thermal environment. International Journal of Biometeorology, 43(2),71-75.
18. Huang, Y.J., Akbari, H., Taha, H., Rosenfeld, A.H., 1987. The potential of vegetation in reducing summer cooling loads in residential buildings. Journal of Applied Meteorology, 26(9), 1103-1116.
19. IPCC 2013. Climate Change 2013, The physical science basis, working group i contribution to the fifth assessment report of the inter govern mental panel on climate change, Cambridge University Press, England.http://www.climatechange2013.org/images/report/WG1AR5_ALL_FINAL.pdf. Erişim: 13.01.2023. Jet propulsion Laboratory: https://asterweb.jpl.nasa.gov/gdem.asp. Erişim: 09.03.01.2023
20. Kaplan, G., Avdan U., Avdan Z.Y., 2018. Urban heat island analysis using the landsat 8 satellite data: A case study in Skopje, Macedonia. The 2nd International Electronic Conference on Remote Sensing (ECRS 2018), 22 March–5 April 2018.
21. Karl, T.R. , Diaz, H.H. , Kukla, G., 1988. Urbanization: Its detection and effect in the united states climate record. Jorunal of Climate 1(11), 1099-1123.
22. Kolokotroni, M., Ren, X., Davies, M., Mavrogianni, A., 2012. London’s urban heatisland: Impact on current and future energy consumption in office buildings. Energy and Buildings, 47(1), 302-311.
23. Koopmans, S..Ronda, R., Steeneveld, G.J., Holstlag, A.A.M., Tank, A.M.G. 2018. Quantifying the effect of different urban planning strategies on heat stress for current and future climates in the agglomeration of the Hague (The Netherlands). Atmosphera, 9(3), 1-20.
24. Koopmans, S., Heusinkveld, B.G., Steeneveld, G.J. 2020. A standardized physical equivalent temperature urban heat map at 1-m spatial resolution to facilitate climate stress tests in the Netherlands. Building and Enviroment, 181(1931), 1-13.
25. Landsberg, H.E., 1972. The assessment of human bioclimate, a limited review of physical parameters. World Meteorological Organization, Technical Note No. 123, WMO-No.331, Geneva.
26. Larsen, S.F., Filippín, C., Barea, G., 2019. Impact of climate change on energy use and bioclimatic design of residential buildings in the 21st century in Argentina, Energy and Buildings, 184(1), 216-229.
27. Matzarakis A., Mayer H., Iziomon M.G., (1999). Applications of a universal thermal index: Physiological equivalent temperature. International Journal of Biometeorology, 43(2), 76-84.
28. Matzarakis, A. Rutz, F.,Mayer, H., 2000. Estimation and calculation of the mean radiant temperature within urban structures. In: Biometeorology and urban climatology at the turn of the millenium (ed. by R.J. de Dear, J.D. Kalma, T.R. Okeand A. Auliciems): Selected Papers from the Conference ICB-ICUC’99, Sydney, WCASP-50, WMO/TD No. 1026, 273-278.
29. Matzarakis, A., Endler, C., 2010. Climate change and thermal bioclimate in cities: Impacts and options for adaptation in Freiburg, Germany. International Journal of Biometeorology, 54(4), 479-483.
30. Metin, A.E. and Çağlak, S., 2022. Assessment of the effect of land use change on bioclimatic comfort conditions in Uşak Province. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 46(5), 632-641.
31. Oke, T.R., 1973. City size and the urban heat island. Atmospheric Environment, 7(8), 769-779.
32. Önol, B., Ünal, Y.S., Dalfes, N., 2009. İklim değişimi senaryosunun Türkiye üzerindeki etkilerinin modellenmesi. İstanbul Teknik Üniversitesi Dergisi Seri D. Mühendislik. 8(5),169-177.
33. Perkhurova, A. A., Konstantinov, P.I., Varentsov, M.I., Shartova, N.I., Samsonov, T.E., Krainov, V.N., 2019. Real-time microscale modeling of thermal comfort conditions in Moscow region. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 386, 012046.
34. Riahi, K., Rao, S., Krey, V., Cho, C., Chirkov, V., Fischer, G., Kindermann, G., Nakicenovic, N., Rafaj, P., 2011. RCP8.5-A scenario of comparatively high green house gas emissions. Climatic Change, 109(1), 33-54.
35. Şensoy, S., 2020. Turizm sektörünün geleceği açısından sıcaklık indisleri ile termal biyoklimatik indisler arasındaki ilişkiler: Antalya Örneği. (Yayınlanmamış Doktora Tezi), Ankara Üniversitesi /Sosyal Bilimler Enstitüsü, Coğrafya Ana Bilim Dalı, Ankara.
36. Tonyaloğlu, E. E., 2019. Kentleşmenin kentsel termal çevre üzerindeki etkisinin değerlendirilmesi, Efeler ve İncirliova (Aydın) örneği. Türkiye Peyzaj Araştırmaları Dergisi, 2(1), 1-3.
37. Toy, S., 2010. Biyoklimatik konfor değerleri bakımından doğu anadolu bölgesi rekreasyonel alanların incelenmesi. Basılmamış Doktora tezi, Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Peyzaj Mimarlığı Bölümü, Erzurum YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tez274669.jsp Erişim: 27.01.2023.
38. Toy, S., Durmuş, D. B., Çağlak, S., 2018. Eskişehir’de (biyo) iklime duyarlı kentsel tasarım örneği. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 9(2), 353-361.
39. Toy, S.,Çağlak, S., Esrigü, A., 2021. Assessment of bioclimatic sensitive spatial planning in a Turkish city, Eskisehir. Atmosfera Early Online Release, 34(4), 719-735.
40. Troen, I., Petersen, E. 1989. European Wind Atlas. National Laboratory Roskilde, ISBN: 87-550-1482-8.
41. Türkeş, M., (2022). İklim değişikliğine karşı yeşil çatılar. https://yesilgazete.org/iklim-degisikligine-karsi-yesil-catilar/. Erişim: 15.04.2023.
42. Türkeş, M., Sümer, U.M., Kılıç, G., 2002. Persistence and period city in the precipitation series of Turkey and associations with 500 h Pageo potantial heights. Climate Research, 21(1), 59-81.
43. Unger, J., 1999. Urban–rural air humidity differences in Szeged, Hungary. International Journal of Climatology, 19(13), 1509-15015.
44. Uşak Valiliği, 2022.http://www.usak.gov.tr/iklim. Erişim: 02.02.2023.
45. Zengin, M., Kopar, İ., Karahan, F., 2010. Determination of bioclimatic comfort in Erzurum–Rize expressway corridor using GIS. Building and Environment, 45(1), 158-164.