Spatial analysis of bioclimatic comfort conditions in Istanbul

Abstract

Today, urban areas where 57% of the population lives are significantly affected by climatic changes and anthropogenic activities. In this study, which aims to reveal the temporal and spatial character of bioclimatic comfort conditions in Istanbul, a metropolitan city of Turkey, temperature, relative humidity and wind speed data of 35 meteorological stations were used. Monthly and annual average temperature, relative humidity and wind speed data were taken into account for bioclimatic comfort analyses, and after the spatial pattern of each parameter was revealed by the Inverse Distance Weighted (IDW) interpolation technique, bioclimatic comfort maps were created by considering the determined comfort reference intervals and using the reclassify and weighted overlay tools in ArcGIS 10.5. While the annual average comfort map indicated complete discomfort in the study area, differences were determined in the monthly average analyses. While uncomfortable conditions prevail throughout Istanbul during November, December, January, February and March, it was determined that June and September were the most bioclimatically comfortable periods for Istanbul. It was determined that the southern districts -Fatih, Beyoğlu, Bakırköy, Zeytinburnu, Kadıköy, Üsküdar, Ümraniye, Maltepe, Kartal - which differ in temperature, humidity, wind speed and comfort compared to their surroundings, correspond to densely populated and industrialized areas, and that anthropogenic characteristics as well as physical conditions affect the results in comfort. In the trend analyses conducted according to the data of 8 meteorological stations that have been observing for many years, significant increases were observed in average temperatures.

Keywords

• Bioclimatic comfort
• Istanbul
• GIS
• Climatic parameters

İstanbul’da biyoklimatik konfor koşullarının mekansâl analizi

Abstract

Günümüzde nüfusun % 57’sinin yaşadığı kentsel alanlar, iklimsel değişimler ile antropojenik faaliyetlerden önemli derecede etkilenmektedir. Türkiye’nin metropol kenti İstanbul’da biyoklimatik konfor koşullarının zamansal ve mekansal karakterini ortaya koymayı amaçlayan bu çalışmada, 35 meteoroloji istasyonuna ait sıcaklık, nisbi nem ve rüzgâr hızı verileri kullanıldı. Biyoklimatik konfor analizleri için aylık ve yıllık ortalama sıcaklık, nisbi nem ve rüzgâr hızı verileri dikkate alınmış, her bir parametrenin mekansal paterni Ters Mesafe Ağırlıklı (IDW) enterpolasyon tekniğiyle ortaya konulduktan sonra, belirlenen konfor referans aralıkları dikkate alınarak ve ArcGIS 10.5’teki reclassify (yeniden sınıflandırma) ve weighted overlay (ağırlıklı çakıştırma) araçları kullanılarak biyoklimatik konfor haritaları oluşturuldu. Yıllık ortalama konfor haritası, çalışma alanında tamamen konforsuzluğa işaret ederken, aylık ortalama analizlerde farklılıklar belirlendi. Kasım, aralık, ocak, şubat ve mart ayları boyunca İstanbul genelinde konforsuz koşullar egemenken, haziran ve eylül aylarının, İstanbul için biyoklimatik açıdan en konforlu dönemler olduğu tespit edildi. Çevresine göre sıcaklık, nem, rüzgâr hızı ve konfor olarak farklılık gösteren güneydeki ilçelerin – Fatih, Beyoğlu, Bakırköy, Zeytinburnu, Kadıköy, Üsküdar, Ümraniye, Maltepe, Kartal – yoğun nüfuslu ve sanayileşmiş mekanlara karşılık geldiği, konforda fiziki koşullar kadar antropojenik özelliklerin de sonuçları etkilediği belirlenmiştir. Uzun yıllar gözlem yapan 8 meteoroloji istasyonunun verilerine göre yapılan trend analizlerinde ise, ortalama sıcaklıklarda anlamlı artışlar gözlendi.

Keywords

• Biyoklimatik konfor
• İstanbul
• CBS
• İklimsel parametreler

References

1. Abbasnia, M. & Toros, H. (2019, 23-26 October). A monthly assessment of human bioclimatic comfort conditions in Istanbul [Sempozyum sunumu]. 9th International Symposium on Atmospheric Sciences (ATMOS2019), Istanbul Technical University, İstanbul, Türkiye.
2. Aksak, P. Öztürk, Ş.K. & Ünsal, Ö. (2023). Kentsel ısı adasının iklim parametreleri ve uzaktan algılama üzerinden incelenmesi: İstanbul kenti örneği. Ege Coğrafya Dergisi, 32(1),151-171. https://doi.org/10.51800/ecd.1266060
3. Altunkasa, M. F. (1987). Çukurova bölgesinde biyoklimatik veriler kullanılarak açık ve yeşil alan sistemlerinin belirlenmesi ilkeleri üzerine bir araştırma (Yayın No.233) [Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi]. Ulusal Tez Merkezi.
4. ASHRAE Standard 55. (2004). Thermal environmental conditions for human occupancy. American Society of Heating, Ventilating and Air-conditioning Engineers.
5. Auliciems A. & Szokolay S. (2007). Thermal comfort. Passive and low energy architecturel (2nd ed.). PLEA International Note 3. https://dev.humanitarianlibrary.org/sites/default/files/2014/02/plea_2007_thermal_comfort.pdf
6. Balcıoğlu, Y.E. & Gönençgil, B. (2022, 12-14 Ekim). Bir geçiş iklim bölgesi olarak İstanbul’un kuzeyi ve güneyinde sıcaklık ve yağışın eğilimleri [Sempozyum sunumu]. TÜCAUM 2022 Uluslararası Coğrafya Sempozyumu, Ankara, Türkiye.
7. Chen, X. Gao, L. Xue, P. Du, J. & Liu, J. (2020). Investigation of outdoor thermal sensation and comfort evaluation methods in severe cold area. Science of the Total Environment, 749. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141520
8. Cheung, C. S. C. & Hart, M.A. (2014). Climate change and thermal comfort in Hong Kong. Int J Biometeorol, 58, 137–148. Doi: 10.1007/s00484-012-0608-9

9. Çağlak, S. (2021). İklim değişikliğinin biyoklimatik konfor şartları üzerine etkileri ve olası sonuçları (Yayın No. 690729) [Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi ]. Ulusal Tez Merkezi.
10. Çalışkan, O. Çiçek, İ. & Matzarakis, A. (2012). The climate and bioclimate of Bursa (Turkey) from the perspective of tourism. Theoretical and Applied Climatology, 107, 417-425. https://link.springer.com/article/10.1007/s00704-011-0489-6
11. Çapraz, Ö. (2024). Trend analysis of air temperature in a megacity between two continents: the synoptic weather station in İstanbul Atatürk Airport. Environmental Systems Research, 13(28). https://doi.org/10.1186/s40068-024-00363-6
12. Çelik, M. R. (2023). Kentsel ısı adası etkisi. Mühendis ve Makina Dergisi, 83, 38-44. https://www.mmo.org.tr/sites/default/files/015_6.pdf
13. Çetin, M. Topay, M. Kaya, L. G. & Yılmaz, B. (2010). Biyoiklimsel konforun peysaj planlama sürecindeki etkinliği: Kütahya örneği. Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 1, 83-95.
14. Çetin, M. (2016). Peyzaj planlamada biyoklimatik konfor alanların belirlenmesi: Cide kıyı şeridi örneği. Türk Tarım-Gıda Bilim ve Teknoloji Dergisi, 4(9), 800-804. https://doi.org/10.24925/turjaf.v4i9.800-804.872
15. Çınar, İ. (1999). Fiziksel Planlamada Biyoklimatik Veriler Kullanarak Biyokonforun Oluştrulması Üzerine Fethiye Merkezi Yerleşimi Üzerinde Araştırmalar (Yayın No. 85530) [Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi]. Ulusal Tez Merkezi.
16. Erol, O. (1993). Genel klimatoloji. Gazi Büro Yayıncılık.
17. Gómez, F. Valcuende, M. Matzarakis, A. & Cárcel, J. (2018). Design of natural elements in open spaces of cities with a Mediterranean climate, conditions for comfort and urban ecology. Environmental Science and Pollution Research, 25, 26643–26652. https://doi.org/10.1007/s11356-018-2736-1
18. Gulyas, A. & Matzarakis, A. (2009). Seasonal and spatial distribution of physiologically equivalent temperature (PET) index in Hungary. Quarterly Journal of the Hungarian Meteorological Service, 113 (3): 221–231.
19. Güçlü, Y. (2008). Alanya-Samandağ Kıyı Kuşağında Konforlu Olma Süresi ve Deniz Turizmi Mevsiminin İklim Koşullarına Göre Belirlenmesi. Türk Coğrafya Dergisi, 50, 1-20. https://dergipark.org.tr/tr/pub/tcd/issue/21231/227830
20. Hobbs, J. E. (1980). Applied climatology: A study of atmospheric resources. Westview Press.
21. Işınkaralar, O. (2023). Bioclimatic comfort in urban planning and modeling spatial change during 2020–2100 according to climate change scenarios in Kocaeli, Türkiye. International Journal of Environmental Science and Technology, 20, 7775–7786. https://doi.org/10.1007/s13762-023-04992-9
22. ISO Standard 7726. (2002). Ergonomics of the thermal environment - Instruments for measuring physical quantities. International Organisation for Standardisation.
23. Kambezidis, H.D. Psiloglou, B.E. Varotsos, K.V. & Giannakopoulos, C. (2021). Climate change and thermal comfort in Greece. Climate, 9(10). https://doi.org/10.3390/cli9010010
24. Karakuş, C.B. & Demiroğlu, D. (2022). A study of the relationship between bioclimatic comfort zones and land use: The case of Sivas province (Turkey). Arabian Journal of Geosciences, 15, 1139. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1035870/v1
25. Kaya, Y. (2018). İklim değişikliğine karşı kentsel kırılganlık: İstanbul için bir değerlendirme. International Journal of Social Inquiry, 11(2), 219-257. https://dergipark.org.tr/en/pub/ijsi/issue/41585/502488 Kendall, M. G. (1975). Rank correlation methods. Griffin.
26. Kenawy, I. & Elkadı, H. ( 2013, 10-12 September). The impact of cultural and climatic background on thermal sensation votes [Konferans sunumu]. PLEA2013 - 29th Conference, Sustainable Architecture for a Renewable Future, Munich, Germany.
27. Kocman, A. (1991). Affecting of Izmir’s urban development of natural environmental factors and problems related to them. Geography Research Journal, 3, 101.
28. Kurter, A. (1979). Türkiye’nin morfoklimatik bölgeleri. İstanbul Üniversitesi Edebiyat Fakültesi Matbaası. Lin, T.P. Dear, R. & Hwang, R.L. (2011). Effect of thermal adaptation on seasonal outdoor thermal comfort. International Journal of Climatology, 31, 302-312. https://doi.org/10.1002/joc.2120
29. Liu, W. Zhang, Y. & Deng, Q. (2016). The effects of urban microclimate on outdoor thermal sensation and neutral temperature in hot-summer and cold-winter climate. Energy and Buildings, 128, 190-197. http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.06.086
30. Matzarakis, A. & Karagülle, M. Z. (2007, 19-22 September). Bioclimate information for İstanbul. [Konferans sunumu]. Developments in Tourism Climatology, 3rd International Workshop on Climate, Tourism and Recreation, Freiburg, Germany.
31. 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, 479-483.
32. Nastos, P.T. & Matzarakis, A. (2019). Present and future climate—tourism conditions in Milos Island, Greece. Atmosphere, 10 (3): 97-107. http://dx.doi.org/10.3390/atmos10030145
33. Nikolopoulou, M. & Steemers, K. (2003). Thermal comfort and psychological adaptation as a guide for designing urban spaces. Energy and Buildings, 35, 95-101.
34. Oke, T. R. (1982). The energetic basis of the urban heat ısland. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 108, 1-24. https://doi.org/10.1002/qj.49710845502
35. Olgyay, V. (1973). Design with climate, bioclimatic approach to architectural regionalism. Princeton University Press. Öztürk, M.Z. Çetinkaya, G. & Aydın, S. (2017). Köppen-Geiger iklim sınıflandırmasına göre Türkiye’nin iklim tipleri. Coğrafya Dergisi, 35, 17-27. https://doi.org/10.26650/JGEOG295515
36. Pontes, R. H. Najjar, M. K. Hammad, A.W.A.Vazquez, E. & Haddad, A. (2022). Adapting the Olgyay bioclimatic chart to assess local thermal comfort levels in urban regions. Clean Technologies and Environmental Policy, 24, 661–675. https://doi.org/10.1007/s10098-021-02158-0
37. Razzaghmanesh, M. Beecham, S. & Salemi, T. (2016). The role of green roofs in mitigating urban heat island effects in the metropolitan area of Adelaide, South Australia. Urban Forestry & Urban Greening, 15, 89-102. http://dx.doi.org/10.1016/j.ufug.2015.11.013
38. Sayigh, A. & Marafia, A.H. (1998). Chapter 1-Thermal comfort and the development of bioclimatic concept in building design. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 2, 3-24. https://doi.org/10.1016/S1364-0321(98)00009-4
39. Singh, P. & Verma, P. (2019). A Comparative Study of Spatial Interpolation Technique (IDW and Kriging) for determining groundwater quality. GIS and Geostatistical Techniques for Groundwater Science, 5, 43-56. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815413-7.00005-5
40. Shooshtarian, S. Lam, C.K.C. & Kenawy, I. (2020). Outdoor thermal comfort assessment: A review on thermal comfort research in Australia. Building and Environment, Volume 177, 106917. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2020.106917
41. Sungur, K.A. (1980). Türkiye’de insan yaşamı açısından uygun olan ve olmayan ısı değerlerinin aylık dağılışı ile ilgili bir deneme. İstanbul Üniversitesi Coğrafya Enstitüsü Dergisi, 23, 27–36.
42. Şensoy, S. (2020). Turizm sektörünün geleceği açısından sıcaklık indisleri ile termal biyoklimatik indisler arasındaki ilişkiler: Antalya örneği (Yayın No. 643413) [Doktora Tezi, Ankara Üniversitesi]. Ulusal Tez Merkezi. Tağıl, Ş. & Ersayın, K. (2015). Balıkesir ilinde dış ortam termal konfor değerlendirmesi. Uluslararası Sosyal Araştırmalar Dergisi, 8 (41), 747-755.
43. Temur, H. (2023). Sürdürülebilirlik kapsamında kentsel ısı adası oluşumu. İçinde Biçen, A. (Ed.), Mimarlık, Planlama ve Tasarımda Güncel Yaklaşımlar (ss.65-91). Duvar Yayınları.
44. Toy, S. (2010). Biyoklimatik Konfor Değerleri Bakımından Doğu Anadolu Bölgesi Rekreasyonel Alanların İncelenmesi (Yayın No. 274669) [Doktora Tezi, Atatürk Üniversitesi]. Ulusal Tez Merkezi.
45. Turoğlu, H. (2014, 23-24 Ekim). İklim değişikliği bağlamında İstanbul’un su yönetimi ve problemleri [Konferans sunumu]. TÜCAUM VIII. Coğrafya Sempozyumu, Ankara, Türkiye.
46. TÜİK. (2022). 2022 Nüfus verileri. Türkiye İstatistik Kurumu. https://data.tuik.gov.tr/Bulten/Index?p=Adrese-Dayali-Nufus-Kayit-Sistemi-Sonuclari-2022-49685
47. United Nations-UN. (2024). World Urbanization Prospects 2018 : Highlight. New York: United Nations, Department of Economic and Social Affairs. https://population.un.org/wup/DataQuery/
48. Ülker, İ. (1988). Türkiye’de sağlık turizmi ve kaplıca planlaması. Kültür ve Turizm Bakanlığı, Çağdaş Kültür Eserleri Dizisi.
49. Ünal, Y. S. Sonuç, C. Y. İncecik, S. Topcu, H. S. & Diren-Üstün, D. H. (2020). Investigating urban heat island intensity in Istanbul. Theoretical and Applied Climatology, 139, 175-190. https://doi.org/10.1007/s00704-019-02953-2
50. Yasdıman, K. (2023). Kentsel ısı adası, sıcaklık dalgaları ve halk sağlığı ilişkisi. İstanbul Aydın Üniversitesi Dergisi, 18(67), 53-65.
51. Yeşil, M. Yeşil, P. & Güzel, M. (2021). Ordu ili Biyoklimatik Konfor Bölgelerinin Belirlenmesi. Kent Kültürü ve Yönetimi Dergisi, 14(4), 1059-1073. https://doi.org/10.35674/kent.983103
52. Vujovic, S. Haddad, B. Karaky, H. Sebaibi, N. & Boutouil, M. (2021). Urban heat island: Causes, consequences, and mitigation measures with emphasis on reflective and permeable pavements. CivilEng, 2, 459-484. https://doi.org/10.3390/civileng2020026
53. Wang, Y. Berardi, U. & Akbari, H. (2016). Comparing the effects of urban heat island mitigation strategies for Toronto, Canada. Energy and Buildings, 114, 2-19. http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.06.046