Kentsel Isı Adasının İklim Parametreleri ve Uzaktan Algılama Üzerinden İncelenmesi: İstanbul Kenti Örneği

Öz

Kentlerin değişiminde etkili olan antropojenik faktörler, kent iklimini olumsuz etkilemiştir. Kır ile kent arasındaki sıcaklık farkının artışıyla kentsel ısı adaları (KIA) oluşmaktadır. Bu çalışmanın amacı kentleşme ile KIA arasındaki bağlantıyı ortaya koyabilmektir. Buna göre Türkiye’de kentleşmenin en yoğun yaşandığı yerlerden olan İstanbul’dan üç bölge (İstanbul Bölge, Sarıyer, Şile) örneklem olarak seçilmiştir. Seçilen bölgelerin Meteoroloji Genel Müdürlüğü’nden (MGM) alınan meteorolojik verileri (1950-2021) ile 1990-2009 yılı Landsat TM 5 ve 2021 yılı Landsat 8 uydu görüntüleri, çalışmanın temel veri setlerini oluşturmuştur. İstanbul Bölge, Sarıyer ve Şile meteoroloji istasyonlarının ortalama-maksimum-minimum sıcaklık, toplam yağış, ortalama rüzgâr hızı olmak üzere 5 parametre incelenmiştir. Zaman serisi analizi olarak Mann-Kendall yöntemi uygulanmıştır. Seçilen üç istasyonun uzun yıllık tüm sıcaklık parametrelerinde 1980’li yılların ilk yarısında artış eğilimi görülmüştür. İstanbul Bölge istasyonunda yağışlarda azalma, Sarıyer ve Şile istasyonlarında ise artış eğilimi gözlemlenmiştir. İstasyonların rüzgâr hızlarında azalma eğilimi görülmüştür. 1990-2009-2021 yıllarında yer yüzeyi sıcaklığı (YYS) değerlerinde genel olarak artış görülmüştür. Özellikle kentleşmenin en yoğun görüldüğü İstanbul Bölge istasyonu inceleme alanının 1990 YYS ortalaması, 25,5°C, 2009’da 28,8°C, 2021’de 32,8°C’dir. Sarıyer inceleme alanı 1990 YYS ortalaması 23,4°C, 2009’da 26,2°C, 2021’de 29,3°C’dir. Şile inceleme alanı 1990 YYS ortalaması 22,7°C, 2009’da 23,8°C, 2021’de 26,3°C’dir. Çalışma sonucunda kentleşme ile KIA arasındaki bağlantı ortaya konulmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Kentleşme
• meteorolojik parametreler
• uzaktan algılama
• kentsel ısı adası
• İstanbul.

Investigation of Urban Heat Island on Climate Parameters and Remote Sensing: The Case of Istanbul City

Öz

Anthropogenic factors that are effective in the change of cities have negatively affected the urban climate. Urban heat islands (UHI) are formed with the increase in the temperature difference between rural and urban areas. The aim of this study is to establish the connection between urbanization and UHI. Accordingly, three regions (Istanbul Bolge, Sarıyer, Şile) from Istanbul, which is one of the places where urbanization is most intense in Turkey, were selected as samples. Meteorological data obtained from the General Directorate of Meteorology (MGM) for the selected regions from 1950 to 2021, as well as Landsat TM 5 satellite images from 1990 to 2009 and Landsat 8 satellite images from 2021, constituted the main data sets of the study. Five parameters including mean-maximum-minimum temperatures, total precipitation, and average wind speed were analyzed for the Istanbul Bolge, Sarıyer, and Şile meteorological stations. Mann-Kendall method was applied as time series analysis. An increasing trend was observed in all long-term temperature parameters of the three selected stations, starting from the first half of the 1980s. There was a decreasing trend in precipitation at Istanbul Bolge station and an increasing trend at Sarıyer and Şile stations. . A decreasing trend was observed in the wind speeds of the stations. In the years 1990-2009-2021, there was a general increase in the land surface temperature (LST) values. Especially in Istanbul Bolge, where urbanization is the most intense, the average LST of the study area is 25.5°C in 1990, 28.8°C in 2009 and 32.8°C in 2021. Sarıyer study area has an average of 23.4°C in 1990, 26.2°C in 2009 and 29.3°C in 2021. Şile study area has an average LST of 22.7°C in 1990, 23.8°C in 2009 and 26.3°C in 2021. As a result of the study, the connection between urbanization and UHI was revealed.

Anahtar Kelimeler

• Urbanization
• meteorological parameters
• remote sensing
• urban heat island
• Istanbul.

Kaynakça

1. Arnfield, A.J. (2003). Two decades of urban clımate research: A review of turbulence, exchanges of energy and water and the urban heat ısland. International journal of Climatology, 23, 1-23. doi: https://doi.org/10.1002/joc.859
2. Avdan, U., & Jovanovska, G. (2016). Algorithm for automated mapping of land surface temperature using LANDSAT 8 satellite data. Hindawi Publishing Corporation Journal of Sensors, Article ID 1480307, 8 pages. doi: https://doi.org/10.1155/2016/1480307
3. Barsi, J., Schott, J., Hook, S., Raqueno, N., Markham, B., & Radocinski, R. (2014). Landsat 8 thermal infrared sensor (TIRS) vicarious radiometric calibration. Remote Sensing, 6(11), 11607-11626. https://doi.org/10.3390/rs61111607
4. Bernatzky, A. (1982). The contribution of tress and green spaces to a town climate. Energy and Buildings, 5(1), 1-10. doi: https://doi.org/10.1016/0378-7788(82)90022-6
5. Canan, F. (2017). Kent Geometrisine Bağlı Olarak Kentsel Isı Adası Etkisinin Belirlenmesi: Konya Örneği. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 32(3), 69-80. doi: https://doi.org/10.21605/cukurovaummfd.357202
6. Chander, G., & Markham, B. (2003). Revised Landsat-5 TM radiometric calibration procedures and postcalibration dynamic ranges. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 41(11), 2674-2677. https://doi.org/10.1109/TGRS.2003.818464
7. Coll, C., Galve, J. M., Sánchez, J. M., & Caselles, V. (2010). Validation of Landsat-7/ETM+ thermal band calibration and atmospheric correction with ground-based measurements. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 48(1), 547–555. https://doi.org/10.1109/TGRS.2009.2024934
8. Copernicus. (2012). Urban Atlas Supplement I. Retrieved from https://acp.copernicus.org/preprints/acp-2019-127/acp-2019-127-supplement.pdf

9. Çiçek, İ. (2005). Ankara’da şehir ve kırsal sıcaklık farklarındaki değişiklikler (1970-2002). Fırat Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 15(2), 1-16. https://dergipark.org.tr/tr/pub/firatsbed/issue/45191/565903
10. Çiçek, İ., & Doğan U. (2005). Ankara’da şehir ısı adasının incelenmesi. Coğrafi Bilimler Dergisi, 3(1), 57-72. doi: https://doi.org/10.1501/Cogbil_0000000049
11. ÇŞİDB. (2019). Urban Atlas Retrieved from http://ecbsservis.csb.gov.tr/arcgis/rest/services/YAYIN/urbanatlas_ondokuz/MapServer
12. Dadaser-Çelik, F., & Cengiz, E. (2014). Wind speed trends over Turkey from 1975 to 2006. International Journal of Climatology 34(6), 1913–1927. doi: https://doi.org/10.1002/joc.3810
13. Diren-Üstün, D., Kaplan, E., & Ünal, Y. (2022). İstanbul şehir ısı adası ve kentsel gelişim senaryolarına bağlı değişimi. Çevre, İklim ve Sürdürülebilirlik, 23(1), 55–68. https://dergipark.org.tr/tr/pub/itucis/issue/68628/1084267
14. Duman-Yüksel, Ü. (2008). Kentlerde yapısal ve yeşil alanlardaki hava ve yüzey sıcaklıklarının irdelenmesi: Ankara örneği. Ekoloji, 18(69), 66-74. doi: https://doi.org/10.5053/ekoloji.2008.699
15. Duman-Yüksel, Ü., & Yılmaz, O. (2013). Ankara kentinde kentsel ısı adası etkisinin yaz aylarında uzaktan algılama ve meteorolojik gözlemlere dayalı olarak saptanması ve değerlendirilmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 23(4). https://dergipark.org.tr/tr/pub/gazimmfd/issue/6678/88558
16. Efe, B., Toros, H., & Deniz, A. (2015). Türkiye geneli yağış ve sıcaklık verilerinde eğilimler ve salınımlar. VII. Atmospheric Science Symposium Bildiriler Kitabı içinde, (s.791-800). 28-30 Nisan, İstanbul. https://web.itu.edu.tr/toros/yayinlar/2015/turkiye_geneli_yagis_ve_sicaklik_verilerinde1.pdf
17. Environmental Protection Agency-EPA. (2003). Cooling summertime temperatures/Strategies to reduce heat islands. EPA, publication number: 430-F-03-014. https://www.epa.gov/sites/default/files/2014-06/documents/hiribrochure.pdf
18. Erlat, E., Türkeş, M. & Aydin-Kandemir, F. (2021). Observed changes and trends in heatwave characteristics in Turkey since 1950. Theoretical and Applied Climatology, 145:137–157 https://doi.org/10.1007/s00704-021-03620-1
19. Firozjaeia, M. K., Wengb, Q., Zhaoc, C., Kiavarza, M., Lud, L. & Alavipanah, S. K., (2020). Surface anthropogenic heat islands in six megacities: An assessment based on a triple-source surface energy balance model. Remote Sensing of Environment, 242, 1-22.
20. Gülten, A. (2014). Kentsel yüzeylerde ısı adası etkisinin simülasyon yöntemi ile araştırılması. Yayımlanmamış doktora tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ.
21. Gümüş, A. E. (2015). Ankara kenti ısı adası oluşumunun saptanması ve değerlendirilmesi. Yayımlanmamış doktora tezi, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
22. Howard, L. (1833). The climate of London: deduced from meteorological observations made in the metropolis and at various places around it. London. https://books.google.com.tr/books?id=tHAAAAAAMAAJ&printsec=frontcover&hl=tr&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false
23. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Dodman, D., Hayward, B., Pelling, M., Castan Broto, V., Chow, W., Chu, E., Dawson, R., Khirfan, L., McPhearson, T., Prakash, A., Zheng, Y., & Ziervogel, G. (2022). Cities, settlements and key ınfrastructure. H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, M. Tignor, E.S. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Craig, S. Langsdorf, S. Löschke, V. Möller, A. Okem, B. Rama (Eds). Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. In (pp. 907–1040). Cambridge University Press. doi: https://doi.org/10.1017/9781009325844.008. https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg2/downloads/report/IPCC_AR6_WGII_Chapter06.pdf
24. İstanbul Büyükşehir Belediyesi (2021, Haziran 10). https://www.ibb.istanbul/icerik/bilgi-hizmetleri
25. Kadıoğlu, M. (1997). Trends in surface air temperature data over Turkey. International Journal of Climatology, 17, 511-520. doi: https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0088(199704)17:5<511::AID-JOC130>3.0.CO;2-0
26. Kim, H. H. (1992). Urban heat island. International Journal of Remote Sensing, 13, 2319 – 2336. doi: https://doi.org/10.1080/01431169208904271
27. Kum, G. (2006). Göztepe, Kandilli ve Şile sıcaklık verileri kullanılarak istanbul’da şehir ısı adası etüdü. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi, İstanbul Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü, İstanbul.
28. Lino, A., & Hoyano, A. (1996). Development of a method to predict the heat island potential using remote sensing and GIS data. Energy and Buildings, 23, 199-205. doi: https://doi.org/10.1016/0378-7788(95)00945-0
29. Magee, N., Curtis, J., & Wendler, G. (1999). The urban heat island effect at Fairbanks, Alaska. Theoretical and Applied Climatology, 64(1-2), 39-47. doi: https://doi.org/10.1007/s007040050109
30. Menberg, K., Bayer, P., Zosseder, K., Rumohr, S. & Blum, P. (2012). Subsurface urban heat islands in German cities. Science of the Total Environment, 442, 123–13. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.10.043
31. Meteoroloji Genel Müdürlüğü (2012). Türkiye 2011 yılı iklim değerlendirmesi. Şubat 2012, Ankara. https://mgm.gov.tr/FILES/iklim/2011-yili-iklim-degerlendirmesi.pdf
32. Oke, T. R. (1981). Canyon geometry and the nocturnal urban heat ısland: Comparison of scale model and field observations. Journal of Climatology, 1(3), 237-254. doi: https://doi.org/10.1002/joc.3370010304
33. Oke, T. R. (1982). The energetic basis of the urban heat ısland. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 108, 1-24. doi: https://doi.org/10.1002/qj.49710845502
34. Orman Genel Müdürlüğü-OGM (2022, Eylül 18). https://www.ogm.gov.tr/tr/e-kutuphane-sitesi/FaaliyetRaporu/Orman%20Genel%20M%C3%BCd%C3%BCrl%C3%BC%C4%9F%C3%BC%202020%20Y%C4%B1l%C4%B1%20Faaliyet%20Raporu.pdf
35. Özbilge, M. K. (2020). Şehir ısı adası ile yüzey ısı adası kavramları arasındaki farklar ve İstanbul örneği. Yayımlanmamış yüksek lisans tezi. İstanbul Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü, İstanbul.
36. Özmekik İ. M., Tonyaloğlu E. E. & Göktuğ T.H. (2022). Kent atlası verilerinden kentsel saçaklanmanın belirlenmesi: Samsun ili örneği. Turkish Journal of Landscape Research, 5 (2), 102-111. doi: https://doi.org/10.51552/peyad.1222058
37. Rao, P. K. (1972). Remote sensing of urban heat ıslands from an environmental satellite. Bulletin of the American Meteorological Society, 53, 647-648.
38. Sarp, G., Baydoğan, E., Güzel, F., & Otlukaya, T. (2021). Evaluation of the relationship between urban area and land surface temperature determined from optical satellite data: A case of Istanbul. Advanced Remote Sensing, 1(1), 31-37.
39. Sarp, G., Temurçin, K. & Aldırmaz, Y. (2018). Evaluation of ındustrialization effects on urbanization and heat ısland formation using remote sensing technologies: a case of Istanbul Bağcılar District. SDU Faculty Of Arts And Sciences Journal Of Social Scıences, 44, 1-13.
40. Schlünzen, K. H., & Katzfey, J. J. (2003). Relevance of sub-grid-scale landuse effects for mesoscale models. Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography, 55(3), 232-246. doi: https://doi.org/10.3402/tellusa.v55i3.12095
41. Shahfahad, Talukdar, S., Rihan, M., Hang, H. T., Bhaskaran, S., & Rahman, A. (2022). Modelling urban heat island (UHI) and thermal field variation and their relationship with land use indices over Delhi and Mumbai metro cities. Environment, Development and Sustainability, 24, 3762–3790. doi: https://doi.org/10.1007/s10668-021-01587-7
42. Sobrino, J. A, Jiménez-Muñoz, J, C., Guillem, Sòria, M., Luis Guanter, R., Moreno J., Plaza, A., & Martínez., P. (2008). Land surface emissivity retrieval from different VNIR and TIR sensors. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 46, 316-327. doi: https://doi.org/10.1109/TGRS.2007.904834
43. Sobrino, J. A., Jiménez-Muñoz, J. C., & Paolini, L. (2004). Land surface temperature retrieval from LANDSAT TM 5. Remote Sensing of Environment, 90(4), 434-440. https://doi.org/10.1016/j.rse.2004.02.003
44. Stewart, I. D. (2011). A systematic review and scientific critique of methodology inmodern urban heat island literature. Internatıonal Journal of Clımatology, 31, 200-217. doi: https://doi.org/10.1002/joc.2141
45. Svensson, M. K., & Eliasson, I. (2002). Diurnal air temperatures in built-up areas in relation to urban planning. Landscape and urban planning, 61(1), 37-54. doi: https://doi.org/10.1016/S0169-2046(02)00076-2
46. Şen, K., & Aksu, H. (2021). İstanbul için standart süreli gözlenen en büyük yağışların eğilimleri. Teknik Dergi, 32 (1), 10495-10514. doi: https://doi.org/10.18400/tekderg.647558
47. Theeuwes, N. E., Steeneveld, G. J., Ronda, R. J., Heusinkveld, B. G., van Hove, L. W. A.& Holtslag, A. A. M. (2014). Seasonal dependence of the urban heat island on the street canyon aspect ratio. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 140(684), 2197–2210. doi: https://doi.org/10.1002/qj.2289
48. Tozam, İ., & Karaca, Ü. B. (2018). Kentsel ısı adası etkisi ve serin çatılar. 9. Ulusal Çatı & Cephe Konferansı 12 - 13 Nisan 2018 T.C. İstanbul Kültür Üniversitesi – Ataköy Yerleşkesi–Akıngüç Oditoryumu. http://catider.org.tr/pdf/sempozyum9/5%20Kentsel%20Is%C4%B1%20Adas%C4%B1%20Etkisi%20ve%20Serin%20%C3%87at%C4%B1lar.pdf
49. Tucker, C. J. (1979). Red and photographic infrared linear combinations monitoring vegetation. Journal of Remote Sensing Environment, 8(2), 127-150. doi: https://doi.org/10.1016/0034-4257(79)90013-0
50. Türkeş, M. (2004) İklimsel ve atmosferik verilerin türdeşlik ve rasgelelik çözümlemesi. DMIGM Araştırma ve Bilgi İşlem Dairesi Başkanlığı Temel İstatistik Kursu Notları, Ankara, 39 s.
51. Türkeş, M. (2014). İklim değişikliğiyle savaşım, Kyoto Protokolü ve Türkiye. Mülkiye Dergisi, 32(259), 101-131. https://dergipark.org.tr/tr/pub/mulkiye/issue/259/746
52. Türkiye İstatistik Kurumu-TÜİK (2022, Şubat 6) https://data.tuik.gov.tr/Bulten/Index?p=Adrese-Dayali-Nufus-Kayit-Sistemi-Sonuclari-2022-49685 (Erişim Tarihi 6.03.2023)
53. Türkiye İstatistik Kurumu-TÜİK (2023, Nisan 27) https://www.tuik.gov.tr/
54. U.S. Geological Survey-USGS (2022, Eylül 20). https://earthexplorer.usgs.gov/
55. Ünal, Y., Sonuç, C.Y., İncecik, S., Topçu, S., Üstün, D.D., & Temizöz, P. (2020). Investigating urban heat island intensity in İstanbul. Theoretical and Applied Climatology, 139, 175–190. doi: https://doi.org/10.1007/s00704-019-02953-2
56. Voogt, J. A., & Oke T. R. (2003). Thermal remote sensing of urban climates. Remote Sensing of Environment, 86, 370-384. doi: https://doi.org/10.1016/S0034-4257(03)00079-8
57. Voogt, J. A., & Oke, T. R. (1998). Effects of urban surface geometry on remotely-sensed surface temperature. International Journal of Remote Sensing, 19, 895-920. doi: https://doi.org/10.1080/014311698215784
58. Ward, K., Lauf, S., Kleinschmit, B., & Endlicher, W. (2016). Heat waves and urban heat islands in Europe: A review of relevant drivers. Science of the Total Environment, 527–539. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.06.119
59. Yasdıman, K. (2021). Türkiye’de Nüfusu 500.000 ve Üzeri Kentlerin Isı Adası Etüdü. Yayımlanmamış doktora tezi, İstanbul Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü, İstanbul.
60. Yılmaz, E. (2013). Ankara şehrinde ısı adası oluşumu. Yayımlanmamış doktora tezi, Ankara Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü, Ankara.
61. Yu, Z., Yao, Y., Yang, G., Wang, X., & Vejr, H. (2019). Spatiotemporal patterns and characteristics of remotely sensed region heat islands during the rapid urbanization (1995–2015) of Southern China. Science of the Total Environment, 674, 242-254. doi: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.04.088
62. Zoras, S., Tsermentselis, A., Kosmopoulos, P., & Dimoudi, A. (2014). Evaluation of the application of cool materials in urban spaces: A case study in the center of Florina. Sustainable Cities and Society, 13, 223-229. doi: https://doi.org/10.1016/j.scs.2014.01.007