Analysis of Spatial Distribution of Thermal Comfort Conditions in Current and Future Climate Conditions with a New Approach: Bolu City Example Savaş Çağlak*a, Murat Türkeşb

Abstract

Observed and projected climatic changes will significantly affect urban areas where more than half of the world population lives. Predictions for the future climate conditions were made for the spatial distribution of thermal comfort conditions and climate projections determined in the hot period of the city of Bolu between May and September of the year. In the study, the measurement data of the period 1991 – 2020 and the data of the RCP4.5 and RCP8.5 climate scenarios were used. The Physiological Equivalent Temperature (PET) index obtained from the RayMan model was used. Geographic Information Systems were used in the spatial distribution of thermal comfort conditions, taking into account the landuse variables. According to analysis, “slightly warm” and “hot” stresses were determined today. According to the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios, "very hot" range (extreme heat stresses) will be effective in the future, the urban heat island will expand and Bolu will be exposed to extreme heat stress, threatening public health.

Keywords

• Bolu
• Urban climate
• Thermal comfort
• RCP climate scenarios
• Climate change

Yeni Bir Yaklaşımla Termal Konfor Koşullarının Günümüzde ve Gelecek İklim Koşullarındaki Mekânsal Dağılışının Analizi: Bolu Kenti Örneği

Abstract

Gözlenen ve öngörülen iklimsel değişmeler nüfusun çoğunluğunun yaşadığı kentsel alanları önemli derecede etkileyecektir. Bu amaçla Bolu kentinin, yılın Mayıs ile Eylül arasındaki sıcak döneminde belirlenen termal konfor koşullarının mekânsal dağılımı ve iklim projeksiyonlarına göre geleceğe dair öngörülerde bulunulmuştur. Çalışmada 1991 – 2020 dönemi ölçüm verileri ile RCP4.5 ve RCP8.5 iklim senaryolarının verileri kullanılmıştır. Yöntem olarak RayMan modelinden elde edilen Fizyolojik Eşdeğer Sıcaklık (PET) indisinden yararlanılmıştır. Termal konfor şartlarının mekânsal dağılımında Coğrafi Bilgi Sistemleri kullanılarak; yükselti, arazi kullanımı, Güneş radyasyonu, ortalama radyant sıcaklık (MRT) ve rüzgâr hızı altlık haritalarıyla hesaplama yapılmıştır. Analizler sonucunda günümüzde “hafif sıcak” ve “sıcak” stresleri yaşanırken, RCP4.5 ve RCP8.5 senaryolarına göre gelecekte “çok sıcak” streslerinin etkili olacağı, kentsel ısı adasının genişleyeceği ve Bolu’nun halk sağlığını tehdit edecek şekilde aşırı sıcak stresine maruz kalacağı belirlenmiştir.

Keywords

• Bolu
• Kent İklimi
• Termal Konfor
• RCP İklim Senaryoları
• İklim Değişikliği

References

1. Aboubakri, O., Kahnjani, N., Jahani, Y., Bakhtiari, B. (2020). Thermal comfort and mortality in a dry region of Iran, Kerman; A 12-year time series analysis. Theoretical and Applied Climatology, 139: 403–413. doi: 10.1007/s00704-019-02977-8
2. Amelung B, Nicholls S, Viner D. (2007). Implications of global climate change for tourism flows and seasonality. Journal of Travel Research, 45 (3), 285-296. doi:10.1177/0047287506295937
3. Amelung, B., Nicholls, S. (2014). Implications of climate change for tourism in Australia. Tourism Management, 41, 228-244. doi:10.1016/j.tourman.2013.10.002
4. Anderson B.G, Bell M.L. (2009). Weather-related mortality: How heat, cold, and heat waves affect mortality in The United States. Epidemiology (Cambridge, Mass) 20:205–213. doi: 10.1097/EDE.0b013e318190ee08
5. Andric, I., Pina, A., Ferrão, P., Fournier, J., Lacarrière, B., Le Corre, O. (2017). The impact of climate change on building heat demand in different climate types. Energy and Buildings, 149, 225–234. doi: 10.1016/j.enbuild.2017.05.047
6. Atay, H., Tüvan A., Demir, Ö., Balta, İ. (2012). İklim Değişikliğinin Sağlık Üzerine Etkileri. Ankara: Orman ve Su İşleri Bakanlığı Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü Araştırma Dairesi Başkanlığı Klimatoloji Şube Müdürlüğü. 07.08.2022 tarihinde https://www.mgm.gov.tr/FILES/genel/makale/16_iklim-saglik-etki.pdf adresinden alındı.
7. Blazejczyk, K., Baranowski, J., Blazejczyk, A. (2018). Climate related diseases. Current regional variability and projections to the year 2100. Quaestiones Geographicae, 37 (1): 23-36. doi: 10.2478/quageo-2018-0003
8. Charalampopoulos, I., Tsiros, I., Sereli, A., Matzarakis, A. (2013). Analysis of thermal bioclimate in various urban configurations in Athens, Greece. Urban Ecosyst, 16, 217–233. doi: 10.1007/s11252-012-0252-5

9. Cheung, C.S.C., Hart, M. A. (2014). Climate Change and Thermal Comfort in Hongkong. International Journal of Biometeorology, 58 (2): 137- 148. doi: 10.1007/s00484-012-0608-9
10. Çağlak, S. (2017). Samsun’un Biyoklimatik Konfor Şartlarının İncelenmesi ve Şehirleşmenin Biyoklimatik Konfor Şartlarına Etkisi. Basılmamış Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü Coğrafya Ana Bilim Dalı, Samsun. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tez475568.jsp adresinden edinilmiştir.
11. 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 adresinden edinilmiştir.
12. Çağlak S., Aydemir K.P.K., Kazancı G. (2021). Kentleşmenin biyoklimatik konfor şartları üzerine etkileri; Bolu örneği. City Health Journal, 2 (2), 47-55. https://cityhealthj.org/index.php/cityhealthj/article/view/21 adresinden edinilmiştir.
13. Çiçek İ., Doğan U. (2005). Ankara’da şehir ısı adasının incelenmesi. Coğrafi Bilimler Dergisi, 3 (1), 57-72. doi: 10.1501/Cogbil_0000000049
14. de Freitas, C. R., Grigorieva, E.A. (2015). A comprehensive catalogue and classification of human thermal climate indices. International Journal of Biometeorology, 59: 109–120. doi: 10.1007/s00484-014-0819-3
15. Driscoll, D.M. (1992).Thermal comfort indexes. Current uses and abuses. Nat. Weather Digest, 17 (4), 33-38.
16. Epstein, Y., Moran, D.S. (2006). Thermal comfort and the heat stress indices. Industrial Health, 44: 388–398. doi: 10.2486/indhealth.44.388
17. Erlat, E., Türkeş, M. (2017). Türkiye’de tropikal gece sayılarında gözlenen değişmeler ve eğilimler (Observed variations and trends in number of tropical nights in Turkey). Ege Coğrafya Dergisi 26 (2), 95-106, (in Turkish with an English abstract, figure and table captions). https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/391788 adresinden edinilmiştir.
18. Erlat, E., Türkeş, M., Aydin, F. (2020). Observed changes and trends in heatwave characteristics in Turkey since 1950. Theoretical and Applied Climatology, 145, 137–157. doi:10.1007/s00704-021-03620-1
19. EUROCONTROL (2021). Climate Change Risks for European Aviation study 2021 Impact of Climate Change on Tourism Demand Technical report https://www.eurocontrol.int/sites/default/files/2021-09/eurocontrol-study-climate-change-risk-european-aviation-annex-4.pdf adresinden edinilmiştir.
20. Fallah Ghalhari G, Mayvaneh F. (2016). Effect of air temperature and universal thermal climate index on respiratory diseases mortality in Mashhad, Iran. Arch Iran Med., 19 (9), 618 – 624.
21. Godfrey, S., Tunhuma, F.A. (2020). The Climate Crisis: Climate Change Impacts, Trends and Vulnerabilities of Children in Sub Sahara Afric. United Nations Children’s Fund Eastern and Southern Africa Regional Office, Nairobi.
22. Gulyas, A.,Unger, J., Matzarakis, A. (2006). Assessment of the micro climatic and human comfort conditions in a complex urban environment: Modelling and measurements. Building and Environment, 4, 1713–1722.
23. Hamilton, J.M., Tol, R.S.J. (2007). The impact of climate change on tourism in Germany, the UK and Ireland: a simulation study. Reg Environ Change, 7, 161–172. doi:10.1007/s10113-007-0036-2
24. Haldane J.S. (1905). The influence of high air temperature. Journal of Epideomology and Infection, 5 (4), 494–513. doi:10.1017/S0022172400006811
25. Höppe, P. (1984). Die Energiebilanz des Menschen. Wiss. Mitt. Meteorol. Inst. Uni München, 49.
26. Höppe P. (1999). The physiological equivalent temperature - A universal index for the biometeorological assessment of the thermal environment. Int. J. Biometeorol. 43, 71-75. doi:10.1007/s004840050118
27. Huang, F, Zhao, A, Chen, RJ, Kan, HD, Kuang, X.Y. (2015) Ambient temperature and outpatient visits for acute exacerbation of chronic bronchitis in Shanghai: A time series analysis. Biomed Environ Sci, 28:76–79. doi:10.3967/Bes2015.008
28. IPCC. (2013). Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Thomas F. Stocker., et al. (Eds.), Cambridge and New York: Cambridge University Press.
29. Kolokotroni, M., Ren, X., Davies, M., Mavrogianni, A. (2012). London's urban heat island: Impact on current and future energy consumption in office buildings. Energy and Buildings, 47: 302-311. doi:10.1016/j.enbuild.2011.12.019
30. 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). Atmosphere, 9 (3), 1-20. doi:10.3390/atmos9090353
31. 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, 1-13. doi: 10.1016/j.buildenv.2020.106984
32. Kum, G. (2011). İklim Değişikliğinin Türkiye'nin Güneybatı Kıyılarında Turizmin Konfor Şartlarına Etkileri. Basılmamış Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Coğrafya Bölümü, İstanbul. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tez287776.jsp adresinden edinilmiştir.
33. Kum, G., Gönençgil, B. (2018). Türkiye’nin güneybatı kıyılarında turizm iklim konforu. Gaziantep University Journal of Social Sciences, 17 (1), 70-87. doi: 10.21547/jss.341541
34. 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
35. 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, 216-229. doi:10.1016/j.enbuild.2018.12.015
36. Lerner, D. (1964). The Passing of Traditional Society Modernizing The Middle East. Newyork: The Free Press.
37. Matzarakis A., Mayer H., Iziomon M. G. (1999). Applications of a universal thermal index: Physiological equivalent temperature. Int J Biometeoro.l 43, 76–84. doi:10.1007/s004840050119
38. Matzarakis, A. Rutz, F., Mayer, H. (2000). Estimation and Calculation of the Mean Radiant Temperature within Urban Structures. (Eds. by R.J. de Dear, J.D. Kalma, T.R. Oke and A. Auliciems) in: Biometeorology and Urban Climatology at the Turn of the Millenium: Selected Papers from the Conference ICB-ICUC'99, Sydney, WCASP-50, WMO/TD No. 1026, 273-278.
39. Matzarakis A., Amelung B. (2008). Physiological Equivalent Temperature as Indicator for Impacts of Climate Change on Thermal Comfort of Humans. Madeleine C. Thomson, Ricardo Garcia-Herrera R, Martin Beniston (Eds) Seasonal Forecasts, Climatic Change and Human Health. Advances in Global Change Research, vol 30. Springer, Dordrecht. doi:10.1007/978-1-4020-6877-5_10
40. 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. doi:10.1007/s00484-009-0296-2
41. Mayer, H., (1993). Urban bioclimatology. Experientia, 49, 957-963. doi: 10.1007/BF02125642
42. McGregor G. R., Markou M. T., Bartzokas A., Katsoulis B. D. (2002). An evaluation of the nature and timing of summer human thermal discomfort in Athens, Greece. Clim Res. 20, 83–94 doi:10.3354/cr020083
43. NASA (2018). The Causes of Climate Change. https://climate.nasa.gov/causes/ adresinden alındı.
44. Nastos, T.P., Matzarakis, A. (2011). The effect of air temperature and human thermal indices on mortality in Athens, Greece. Theoretical and Applied Climatology. 3 (4), 591-599. doi: 10.1007/s00704-011-0555-0
45. Nastos, P. T., Giaouzaki, K. N., Kampanis, N. A., Matzarakis, A. (2013). Acute coronary syndromes related to bio-climate in a Mediterranean area. The case of IeraTHIra, Crete Island, Greece. International Journal of Environmental Health Research, 23 (1), 76-90. doi: 10.1080/09603123.2012.699031
46. Nastos, P.T., Matzarakis, A. (2019). Present and future climate—tourism conditions in Milos Island, Greece. Atmosphere, 10 (3): 97-107. doi:10.3390/atmos10030145.
47. Norwegian Red Cross (2019). Overlapping Vulnerabilities: The Impacts of Climate Change on Humanitarian Needs, Oslo: Norwegian Red Cross. ISBN 978-82-7250-201-9.
48. Oke TR. (1973). City size and the urban heat island. Atmospheric Environment, 7 (8): 769-779. doi:10.1016/0004-6981(73)90140-6
49. Olgyay, V. (1973). Design with Climate, Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism. Princeton University Press, New Jersey.
50. Parsons, K. (2014). The Effects of Hot, Moderate, and Cold Environments on Human Health, Comfort, and Performance, Third Edition. Singapore: CRC Press,. ISBN 9781466595996.
51. 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. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 386: 1-8.
52. Scherber, K., Langner, M., Endlicher, W. (2014). Spatial Analysis of Hospital Admissions for Respiratory Diseases During Summer Months in Berlin Taking Bioclimatic and Socio-Economic Aspects into Account. DIE ERDE – Journal of the Geographical Society of Berlin, 144(3-4), 217-237. doi:10.12854/erde-144-16
53. Shartova N., Konstantinov P. (2019) Climate change adaptation for Russian cities: A case study of the thermal comfort assessment. Leal Filho W., Leal-Arcas R. (eds), in University Initiatives in Climate Change Mitigation and Adaptation. Springer, Cham. doi:10.1007/978-3-319-89590-1_15
54. Steeneveld, G.J., Koopmans, S., Heusinkveld, B.G., Hove, L.W.A, Holstlag, A.A.M. (2011). Quantifying urban heat ısland effects and human comfort for cities of variable size and urban morphology in The Netherlands. Journal of Geophysical Research, 116: 1-14. doi:10.1029/2011JD015988
55. Sungur, K. A. (1980). Türkiye’de insan yaşamı açısından uygun olan ve olmayan ısı değerlerinin aylık dağılımı ile ilgili bir deneme. İstanbul Üniversitesi Coğrafya Enstitüsü Dergisi, 23: 27-36.
56. Şensoy, S. (2020). Turizm Sektörünün Geleceği Açısından Sıcaklık İndisleri ile Termal Biyoklimatik İndisler Arasındaki İlişkiler: Antalya Örneği. Yayınlanmamış Doktora Tezi, Ankara Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Coğrafya Ana Bilim Dalı, Ankara. https://dspace.ankara.edu.tr/xmlui/handle/20.500.12575/73228 adresinden edinilmiştir.
57. Toy, S. (2010). Biyoklimatik Konfor Değerleri Bakımından Doğu Anadolu Bölgesi Rekreasyonel Alanların İncelenmesi. Basılmamış Doktora Tezi, Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Peyzaj Mimarlığı Bölümü, Erzurum. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tez274669.jsp adresinden edinilmiştir.
58. Toy, S., Çağlak, S., Esringü, A. (2021). Assessment of bioclimatic sensitive spatial planning in a Turkish city, Eskisehir. Atmosfera Early Onlıne Release. 35 (4) doi: 10.20937/ATM.52963.
59. Troen, I., Petersen, E. (1989). European Wind Atlas. National Laboratory Roskilde, ISBN 87-550-1482-8.
60. TUİK (2021). https://data.tuik.gov.tr/Bulten/Index?p=Adrese-Dayali-Nufus-Kayit-Sistemi-Sonuclari-2020.
61. Türkeş, M. 2010. Klimatoloji ve Meteoroloji. Birinci Baskı, İstanbul: Kriter Yayınevi.
62. Türkeş, M. (2013a). İklim değişiklikleri: Kambriyen’den Pleyistosene, Geç Holosen’den 21. yüzyıla. Ege Coğrafya Dergisi, 22 (1) : 1- 25. https://dergipark.org.tr/tr/pub/ecd/issue/4867/66879 adresinden edinilmiştir.
63. Türkeş, M. (2013b). IPCC İklim Değişikliği 2013: Fiziksel Bilim Temeli Politikacılar İçin Özet Raporundaki Yeni Bulgu ve Sonuçların Bilimsel Bir Değerlendirmesi. İçinde: İklim Değişikliğinde Son Gelişmeler: IPCC 2013 Raporu, s.8-18. Sabancı Üniversitesi İstanbul Politikalar Merkezi (IPM): İstanbul.
64. Türkeş, M., Erlat, E. (2017). Aşırı Hava ve İklim Olaylarında Dünya ve Türkiye’de Gözlenen Değişiklik ve Eğilimlerin Bilimsel Bir Değerlendirmesi. Meltem Ucal (Ed.), içinde İklim Değişikliği ve Yeşil Boyut: Yeşil Ekonomi, Yeşil Büyüme, s.5-38. İstanbul: Heinrich Böll Stiftung Derneği Türkiye Temsilciliği.
65. Türkoğlu, N., Çalışkan, O. (2011). Nevşehir’de termal biyoklimatik koşulların analizi. E-Journal of New World Sciences Academy, 6 (2): 80 – 92. https://dergipark.org.tr/tr/pub/nwsanature/issue/10847/130532 adresinden edinilmiştir.
66. Unger J. (1999). Urban–Rural Air Humidity Differences in Szeged, Hungary. International Journal of Climatology, 19 (13): 1509-15015. doi: 10.1002/(SICI)1097-0088(19991115)19:13%3C1509::AID-JOC453%3E3.0.CO;2-P
67. World Bank (2018). https://data.worldbank.org/indicator/SP.URB.TOTL
68. Yazar, K. H. (2006). Sürdürülebilir Kentsel Gelişme Çerçevesinde Orta Ölçekli Kentlere Dönük Kent Planlama Yöntem Önerisi. Yayımlanmamış Doktora Tezi, Ankara Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Ankara. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezDetay.jsp?id=jn6etrqIhuABMeMmDj_wpg&no=cu2Lffz_YsrlP45PmuM76A adresinden edinilmiştir.
69. URL 1: https://www.mgm.gov.tr/iklim/iklim-siniflandirmalari.aspx?m=BOLU Erişim tarihi: 29.03.2022.