MARMARA BÖLGESİ İÇİN ÜŞÜME SICAKLIĞI ANALİZİ Hüseyin TOROS, Ali DENİZ, Levent ŞAYLAN, Orhan ŞEN ve Müge BALOĞLU İstanbul Teknik Üniversitesi, Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi, Meteoroloji Mühendisliği Bölümü, 80626 Maslak, İstanbul, Türkiye. ÖZET Canlılar sıcaklık, rüzgar ve bağıl nem gibi meteorolojik faktörlerden etkilenirler. Kış aylarında insan vücudunun hissettiği sıcaklık, rüzgar şiddetinden dolayı havanın sıcaklığından daha düşük olmaktadır. Rüzgardan dolayı hissedilen bu sıcaklığa üşüme sıcaklığı (wind chill) adı verilir. İnsanın sıcaklık konforunu önemli ölçüde etkileyen üşüme sıcaklığı bulunduğumuz çevre şartlarına, kişinin yaşına, sağlığına, beslenmesine, giyimine vs bağlı olarak farklı ölçülerde etkilidir. Bu çalışmada, nüfusun yoğun olduğu Marmara bölgesinde kış aylarında etkili olan üşüme sıcaklığı değerleri araştırılmıştır. Bu amaçla Marmara bölgesinde yer alan 12 istasyonda 1929-1990 yılları arasında ölçülen sıcaklık ve rüzgar hızı değerleri kullanılarak Ekim, Kasım, Aralık, Ocak, Şubat ve Mart ayları için üşüme sıcaklıkları hesaplanmış ve yersel değişimleri incelenmiştir. Aktüel sıcaklık ile üşüme sıcaklıkları arasındaki en büyük farklar sırasıyla Ocak, Şubat, Aralık, Mart, Kasım, Ekim ve Nisan aylarında meydana gelmiştir. Üşüme sıcaklıklarının genel olarak en fazla hissedildiği istasyonlar ise sırasıyla Şile, Çanakkale, Florya ve Tekirdağ dır. Ocak, Şubat ve Aralık aylarında deniz etkisi altında bulunan Şile, Çanakkale, Florya ve Tekirdağ da üşüme sıcaklıkları yaklaşık 5 C ve üzerinde belirlenmiştir Anahtar kelimeler: Sıcaklık, rüzgar, üşüme sıcaklığı THE WINDCHILL DISTRIBUTION IN MARMARA REGION ABSTRACT Air temperature, wind speed and absolute humidity are the most important meteorological parameters that affect human beings. In winter, because of the strong wind velocties, the sensible temperature is generally colder than the air temperature. This discomfort situations are known as wind chill. Windchill is important for comfort and affects the thermal comfort of human body in different ways according to age, health, food, clothing etc. In this study the spatial distribution of whindchill effects in Marmara region of Turkey where it is crowded was investigated. For this purpose, windchill during October-April is calculated by using measured temperature and wind speed for the period of 1929 and 1990 at 12 stations. Maximum differences between actual temperature and wind chill are observed for the months of January, February, December, March, November, October and April respectively.the differences are equal or higher than 5 C in stations of Şile, Çanakkale, Florya and Tekirdağ where are located in the seaside. Keywords: Temperature, wind, windchil 70
GİRİŞ Meteorolojik şartların ve bunların canlılara etkisinin bilinmesi, canlıların yaşamlarını daha iyi şartlar altında sürdürebilmelerine yardımcı olmaktadır. Konforlu yaşamak için iklim son derece önemlidir. İnsanların kendilerini konforlu hissetmeleri sıcaklığa, neme, rüzgar hızı gibi meteorolojik faktörlere bağlıdır. Hissedilen sıcaklık, çevre sıcaklığı ve rüzgar hızına bağlıdır. Hissedilen sıcaklık yaşa, cinsiyete, vücut yapısına bağlı olup yeme, içme, kas performansı ve uyku ihtiyaçlarımızı etkilemektedir. Rahat bir ortamda dinlenmekte olan bir insanın saatlik ısı üretimi 50 kcal/m² olup 1 metabolizma hızına eşittir (Şaylan ve Şen, 1996). Metabolizma genellikle vücudu ısıtmak veya soğutmak için çalışır. Vücut, sıcaklık bakımından konforda olduğunda metabolizma en azdadır. Vücut ile çevresi arasında ısı alışverişi yok denecek kadar azdır. Bu durumda vücut iç sıcaklığı 37 ºC dir. Sıcak şartlarda vücuttaki sıcaklık alışverişi pozitif olurken, soğuk şartlarda negatiftir. Sıcaklık hem mekansal ve hemde zamansal olarak sürekli değişkenlik gösterdiğinden hava sıcaklığı ile hissedilen sıcaklık arasında farklılık vardır. Hava sıcaklığı genel olarak vücut sıcaklığından düşük olduğundan insan vücudu sürekli enerji yayan bir ısı makinası gibidir. Ancak hava sıcaklığı, bağıl nem, rüzgar, güneş radyasyonu gibi atmosferik şartların etkisiyle bu ısı makinasının yaydığı ısı değişir ve dolayısıyla da insan vücudunun ısısal konforu bu durumdan etkilenmiş olur. Vücut sıcaklığının düzenlenmesi, deri üzerindeki terin buharlaşması ile oluşan gizli ısı ile meydana gelmektedir. Bu da dış çevre, nem, sıcaklık ve rügar hızına bağlı olarak değişiklik gösterir. Vücudumuz ürettiği ısıdan daha fazlasını kaybederse, vücut iç sıcaklığı düşer. Vücut, sıcaklığını koruyabilmek için titreme şeklinde enerji kaybeder. Vücut sıcaklığı, metabolik aktiviteler normal seyrini sürdüremeyecek hale gelinceye dek düştüğünde de hypothermia oluşur. Hypothermia nin ilk işaretleri zihin karışıklığı ve şaşkınlıktır. Bunu uyuşukluk, baygınlık ve ölüm takip eder. Hypothermia dan sakınmak için rüzgarın soğutucu etkisi hakkında bilgi sahibi olmak gerekir. Rüzgarın soğutucu etkisi kuvvetli olduğu zamanlarda rüzgardan korunmak ve kuru kalmaya özen göstermek gerekir (Kadıoğlu, 2001). Windchill ile ilgili çalışmalar, Siple ve Passel (1945) tarafından 19 ların başında Antartika da sıcaklık ve ısı kaybı arasındaki ilişkiyi ölçmek için yapılan deneylerle başlamıştır. İlgili araştırmacılar su dolu plastik silindirleri Antartika nın soğuk rüzgarlarına bırakmışlardır ve -9 C den 56 C ye kadar suyun donma zamanını kaydetmişlerdir. Bütün ölçümler kışın güneş ışığı olmadan yapılmıştır. Atmosferin soğuma gücünü hesaplayan deneysel formüller geliştirmişlerdiler. Bu konuda Currie (1951) öğrencileriyle birlikte kışın birkaç hafta boyunca ılık, normal, serin, çok serin, soğuk, çok soğuk, dondurucu soğuk şartlarında öğrencilerinin konforlarını veya konforsuzluklarını kaydetmiştir. Bu konudaki başka bir çalışma Lofstedt (1973) tarafından yapılmıştır. İsveç te 65 80 yaşlarındaki erkek ve kadın üzerinde kapalı bir yerde çalışmalar yapılmıştır. Serinleme oranı, doğal bir vücuttaki sıcaklığın 33 ºC olmasına dayandırılır. Rüzgar hızının farklı kombinasyonlarının sayısı ve sıcaklık, rüzgarın soğutma gücü miktarıyla aynıdır. Örneğin 22 m/sn lik bir rüzgar ve 6.7 ºC lik bir sıcaklık veya 4.6 m/sn lik rüzgar ve 18.9 ºC lik sıcaklık gibi. Bu iki durumda 1 kcal/m 2 sa lik bir rüzgar soğuğu değeri üretecektir (Falconer, 1968). Çünkü rüzgar soğuğu indeksi sadece atmosferin kuru konvektif serinletme gücünü gösterir. Bu durum Court (1968) ve diğerleri tarafından eleştirilmiştir. Rüzgar soğuğu indeksinin en önemli dezavantajı, düşük sıcaklıklarda, konvektif ısı alışverişiyle birlikte yayılması ve 71
yüzeyden ısı transferinin koruyucu elbiselerle daha da azaltılmasıdır. Bu durumda akciğerlerden nemin buharlaşması ısı kaybına neden olur. Bu kayıp, toplam olarak vücut sıcaklığının %20 si kadardır. Diğer yandan Wilson (1967), deneysel rüzgar soğuğu indeksi ile Antartika da kaydedilmiş rüzgar ısırıkları boyutları arasında çok iyi bir ilişki bulmuştur. Yüksek soğutma oranlarında düşük sıcaklıklar kadar rüzgar hızı da önemlidir. 25 ºC sıcaklık ve 49 km/sa lik rüzgar hızı gibi eksterm şartlarda soğutma gücü minimum 16-20 cal/cm 2 ye ulaşabilir. Açık havada, insan metabolizması için gerekli olan ısı enerjisi kapalı olmayan yüzeylerden kaybedilebilir (Loewe, 1972). Yüksek rüzgar soğuğu değerleri arasıra denizlerin etkisindeki ılıman alanlardaki sıcaklıklarda bile kaydedilir. Böylece 1961 yılının soğuk noel sezonu boyunca doğuya doğru çok kuvvetli rüzgarların estiği zamanlarda İngiltere nin güneyindeki 1100 yerde rüzgar soğuğu değerlerinin normalleri aştığı Howe (1962) tarafından belirlenmiştir. Baloğlu (2001) yılında yaptığı bir çalışmada, 80 yerleşim merkezini dikkate alarak 1929-1990 yılları arası sıcaklık, bağıl nem ve rüzgar hızı değerlerini kullanmıştır. Saat 14 00 deki değerler dikkate alarak Ekim-Mart ayları arasında Üşüme Sıcaklıkların ve Aktüel Sıcaklık ile Üşüme Sıcaklık farkının Türkiye üzerindeki dağılımlarını incelemiştir. Bu çalışmanın amacı, canlıların özellikle insanların maruz kaldığı üşüme sıcaklıklarının aylara göre Marmara bölgesi üzerindeki dağılımını ortaya koymaktır. Çünkü Marmara bölgesi Türkiye nin hem nüfusun hem de endüstri ve ticaretin en yoğun olduğu bölgesidir. Bölgede 12 yerleşim merkezi dikkate alınarak 1929-1990 yılları arası ölçülen sıcaklık ve rüzgar hızı değerleri kullanılmıştır. Bu istasyonların saat 07:00 için üşüme sıcaklığı ve wind chill index değerlerinin dağılımları Şekil 2 ve Şekil 3 de verilmiştir. Çalışmada sıcaklığın düşük olduğu Ekim, Kasım, Aralık, Ocak, Şubat, Mart ve Nisan aylarına ait veriler kullanılmıştır. MATERYAL VE YÖNTEM Marmara bölgesi başta İstanbul olmak üzere hem nüfus yoğunluğu hem de gelişmişlik açısından Türkiye ortalamasının üstündedir. Marmara denizini çevreleyen bölge yaklaşık N ve N kuzey enlemleri ve 26 E ve 31 E doğu boylamları arasındadır. Bu çalışmada Marmara bölgesinde yer alan 12 yerleşim merkezi dikkate alınmıştır. Bu 12 istasyonda DMİ tarafından 1929-1990 yılları arası sıcaklık ve rüzgar hızı değerleri kullanılmıştır. Çalışmada saat 07:00 ölçüm değerleri kullanılmıştır. Değerlendirilmeye alınan meteoroloji istasyonlarına ait bilgiler Şekil 1 ve Tablo 1 de verilmiştir. 72
E ge D enizi Enlem ( N ) Toros H., Deniz, A., Şaylan, L., Şen O., ve Baloğlu, M., Marmara bölgesi için üşüme sıcaklığı analizi, III. 1- Balıkesir 2- Bursa 3- Çanakkale 4- Kırklareli 5- Florya 6- Göztepe 7- Edirne 8- Kocaeli 9- Sakarya 10- Şile 11- Tekirdağ 12- Yalova 3 7 4 11 M arm ara D enizi 2 1 K aradeniz 5 6 10 12 8 9 Şekil 1. Çalışma bölgesi ve gözlem istasyonları. Tablo 1: Çalışmada kullanılan meteorolojik ölçüm istasyonlarının enlem, boylam ve rakımları. İstasyonlar Rakım (m) Balıkesir,65 27,87 104 Bursa,18 29,07 100 Çanakkale,13 26, 3 Edirne,67 27,57 48 Florya,98 28,80 34 Göztepe,97 29,08 Kırklareli,73 27,22 232 Kocaeli,80 29,93 76 Sakarya,78 30, 31 Şile,02 29,60 31 Tekirdağ,98 27,48 3 Yalova,63 29,12 2 Marmara bölgesinde üşüme sıcaklıklarının etkili olduğu aylar Ekim-Nisan aralığıdır. Çalışmada bu aylara ait üşüme sıcaklıkları hesap edilmiştir. Wind chill indeksi (W/m 2 ) ve üşüme sıcaklıkları (ºC) hesaplamaları, aktüel hava sıcaklığı ve rüzgar hızına dayanır. Hesaplanan değeri ister windchill indeksi olsun, ister üşüme sıcaklığı olsun, maruz kalan deri üzerinde rüzgarın soğutucu etkisinin bir ölçüsüdür. 73
Üşüme sıcaklığı hesaplamalarında kullanılan Paul Siple bağıntısı Kanada da 2000 yılında İnternet üzerinden yapılan bilimsel toplantıda küçük değişiklikler yapılarak yeniden düzenlenmiştir (Minister of Supply and Services, 2002). Te 33-18.97 V (18.97 WV - V 37.62) - WV 37.62) (33 - T) (1) Eşitlikte; Te : Üşüme sıcaklığı (ºC), (windchill değerine eşdeğer sıcaklık). WV : Yürüme hızı (km/sa), (ortalama yürüyüş hızı olup 6 km/sa ) V : Rüzgar hızı (km/sa). T : Hava sıcaklıklığı (ºC). Hava sıcaklığı ile eşdeğer sıcaklık arasındaki fark (T-Te) rüzgar hızının artmasıyla fakat hava sıcaklığının azalmasıyla artar. Bu da soğuk havayı daha da soğuk hissedip üşümemize neden olmaktadır. Eşdeğer sıcaklık durgun havadaki windchill değerini veren sıcaklığı hesaplayarak bulunur. Hava hareketi olmadan konvektif soğuma olmayacağından yürüme hızını hesaba katmak gerekmektedir. Yürüme hızının sürekliliği bakımından rüzgar hızı 6 km/sa ten düşükken windchill i hesaplamanın bir anlamı yoktur. Wind chill index değerleri ise aşağıdaki bağıntı yardımıyla bulunabilmektedir. WCI 0.323(18.9 7 V - V (2) 37.62)(33 - T) Eşitlikte; WCI : Wind Chill Index (W/m 2 ) V : Rüzgar hızı (km/sa) T : Hava sıcaklığı (ºC) Wind chill index değeri aktüel hava sıcaklığı, rüzgar hızı ve ortalama deri sıcaklığı (33ºC) ile ilişkilidir. Wind chill index değeri 1500 W/m 2 olduğunda insan derisinin her bir m 2 si için 1500 W enerji havaya aktarılır. Kanada ve ABD gibi ülkelerde insanları kış aylarında hüküm süren dondurucu soğuk etkisinden korumak ve önlem alınması amacıyla Hissedilen soğukluk indeks değerleri tahmin edilmektedir. İnsan vücudundan konvektif ısı kaybı miktarları (Windchill), eşdeğer sıcaklık (Te) değerleri ve bunların insanda neler yapabileceği ve hangi tip giyinmeleri gerektiği Tablo 2 de verilmektedir. Bu tabloya göre insanda oluşabilecek sağlık açısından tehlikeli durumların risk derecesi, kişinin yaşı, vücut tipi, yiyecek alımı, fiziksel aktivitesi, gibi faktörlerin de etkili olduğu söylenebilir ( Bahadır, 2001). Tablo 2. Hissedilen soğukluğun insan vücuduna ve aktivitelere etkileri (Bahadır, 2001) Windchill Te ( C) Hissedilen soğukluğun insan vücuduna ve aktivitelere (W/m 2 ) etkileri 74
<900-3 Normal kış giyimiyle koşullar konforludur. 900-10 -18 Bulutlu günlerde dış koşullarda uzun süre kalmak rahatsız eder. Dışarıda çalışma veya bir yere seyahat ancak kalın dış giyimiyle güvenlidir. 1600-1800 -30 Uzun süre maruz kalındığında parmak, kulak ve yüzde acı hissi olur (soğuk ısırması). Çok iyi dış giyim gereklidir. Halka meteoroloji bültenlerinde duyurulmalıdır. 2000 - Korunmayan deri yüzeyi bir dakika içinde donabilir. Dış koşullarda yalnız başına seyahat önerilemez. 2200-45 Donması muhtemel olan vücut kısımlarının korunması zorunludur. Dış koşullarda yalnız başına çalışma ve seyahat son derece tehlikelidir. Bu koşullarda çalışmak zorunda olanlara rüzgarın hızını kesen rüzgar kıran kullanılır. 2300-50 Okulların kapatılması dikkate alınabilir. Soğuğa maruz kalan yüzeyler bir dakikadan daha kısa bir sürede donar. 20-60 Dış hava koşulları kısa bir süre için bile tehlikelidir. Dışarıda acil olmayan tüm işler bırakılmalıdır. Sonuçlar ve Öneriler Meteorolojik faktörlerin etkilediği vücut ve çevre arasındaki ısı alışverişi insanın kendini rahat hissetmesine neden olan bir olgudur. Yaş, giyim, kas aktivitesi, diyet, sağlık, iklim gibi çevre faktörlerinin de etkisiyle termal konfor kişiden kişiye değişir. Yeryüzünde çevre koşulları da dikkate alındığında ölçülen hava sıcaklığı ile hissedilen sıcaklığın birbirinden farklı olduğu görülür. Bu çalışmada havaların soğuk olduğu, genel olarak ısınma araçlarının kullanıldığı ve kışlık kıyafetlerin giyilmeye başladığı Ekim-Nisan ayları arası sıcaklık ve rüzgar değerleri kullanılarak üşüme sıcaklıkları ve windchill indeks değerleri hesaplanmıştır. Üşüme sıcaklıkları hesaplamalarında Siple ve Passel tarafından 1945 yılında geliştirilen ve 2000 yılında bilim adamlarının tekrar gözden geçirdiği eşitlik kullanılmıştır. Üşüme sıcaklığı değerleri gün içinde eşit olmamaktadır ve rüzgar şiddetinin en yüksek olduğu saatlerde üşüme daha fazla olmaktadır. Bununla birlikte en düşük hava sıcaklığı 07, 14, 21 saatlerinde ölçülen veriler dikkate alındığında saat 07:00 de meydana gelmektedir. Dolayısıyla bu çalışmada sıcaklığın en düşük olduğu saatteki ölçüm verileri kullanılmıştır. Sabah saatlerindeki üşüme sıcaklıklarının zamansal dağılımının bilinmesi alacağımız tedbirler neticesinde soğuktan daha fazla korunmamızı sağlayacaktır. Marmara bölgesinde aylara göre sabah saatlerinde üşüme sıcaklıkları değerleri Bursa dışında benzer bir dağılım göstermektedir (Şekil 2). Şekil 2 den de görüldüğü gibi üşüme sıcaklıklarının aylara göre değişimi büyükten küçüğe Ocak, Şubat, Aralık, Mart, Kasım, Ekim ve Nisan şeklindedir. Bursa Şubat ayı üşüme sıcaklıkları ise farklı bir yapı göstermektedir. Bursa da Şubat ayındaki sabah saatlerinde en fazla üşüme hissedilmektedir. Üşüme sıcaklıklarının genel olarak en fazla hissedildiği yerler ise sırasıyla Şile, Çanakkale, Florya ve Tekirdağ dır. Ocak, Şubat ve Aralık ayında Şile, Çanakkale, Florya ve Tekirdağ da üşüme sıcaklıkları yaklaşık 5 C ve üzerinde seyretmektedir. Bu istasyonlarda deniz etkisi görülmektedir. Bununla birlikte Kocaeli, Edirne, Sakarya, Balıkesir ve Yalova istasyonlarında üşüme sıcaklıkları 1 C nin 75
Toros H., Deniz, A., Şaylan, L., Şen O., ve Baloğlu, M., Marmara bölgesi için üşüme sıcaklığı analizi, III. altındadır. Bölge verisi istatistik değerlerine bakıldığında ise aktüel hava sıcaklığı ile üşüme sıcaklığı arasındaki fark en yüksek 8.87 C, ortalaması 2.25 C ve standart sapması 2.44 C dir. Marmara bölgesinde seçilen 12 istasyon verileri incelendiğinde rüzgardan dolayı oluşan üşüme sıcaklığının aktüel sıcaklıktan yaklaşık 9 C daha aşağılarda olabildiği görülmüştür. Wind chill indeks değerlerinin de doğal olarak eşitliklerden dolayı aynı yapıda dağılımının meydana geldiği gözlenmektedir (Şekil 3). İstastistik değerlerine bakıldığında en yüksek 960 W/m 2, en düşük 444 W/m 2, ortalaması 701 W/m 2 ve standart sapması 126 W/m 2 olduğu görülmektedir. Elde edilen bu değerler, Marmara bölgesinde hava sıcaklığının düşük olduğu sabah saatlerinde ısınma ve giyinme gibi günlük olarak insanları etkileyen davranışlarından binaların yapısına kadar hayatımızın bir çok alanında dikkate alınabilecektir. Ocak Şubat Mart Nisan Ekim Kasım Aralık Şekil 2. Aktüel hava sıcaklığı ile 76 üşüme sıcaklığı farklarının aylara göre dağılımı
Toros H., Deniz, A., Şaylan, L., Şen O., ve Baloğlu, M., Marmara bölgesi için üşüme sıcaklığı analizi, III. Ocak Şubat Mart Nisan Ekim Kasım Aralık Şekil 3. Wind chill indeks in aylara göre dağılımı. KAYNAKLAR Bahadır, S. ve Şen, O., 1996. İnsan Sağlığı Etkileri Bakımından Hissedilen Sıcaklıkların Türkiye Dağılımı, İstanbul Teknik Üniversitesi Dergisi. Baloğlu, M., 2001. Hissedilen Üşüme Sıcaklıklarının Türkiye Üzerindeki Dağılımı, İTÜ Yüksek Lisans Tezi, 1 s. Court, A., 1948. Windchill. Bull. Amer. Meteor. Soc, 29, 487-493 Falconer, R., 1968. Wind-chill, a useful Wintertime Weather Variable. Weatherwise, 21: 227-9. Howe, G.M., 1962. Windchill Absolute Humidity and the Cold Spell of Christmas 1961. Weather., 17: 349-58 Kadıoğlu, M. ve Kara, A.B., 1992. Sıcaklık-Nem Bunaltıcılığı ve Halka Sınem Uyarısı, İ.T.Ü. Dergisi, 50, 43-47 Kadıoğlu, M., 2001. Rüzgarın Tehlikeli Soğutucu Etkisi. Cumhuriyet Bilim Teknik Dergisi Loewe, F., 1972. The Land of Storms. Weather, 27. 110-21 Meteorological Service of Canada, 2001. http://www.cd/ factsheets/ windchill/ page4 Minister of Supply and Services,1990. http://www.ec.gc.ca Siple, P.A., and C.F. Passel, 1945. Measurements of Dry Atmospheric Cooling in Subfrezezing Temperatures. Proceedings of the American Philosophical Society, 89 (1). 177-199 Steadman, R.G., 1971. Indices of Windchill of Clothed Persons. Journel of applied Meteorology, 10 (4). 674-683 Stephenson, P. M., 1963. An Index of Comfort for Singapore. Met. Mag., 92. 338-45. Şaylan, L., ve Şen, O., 1996. A Study of Sensible Temperature Variation Based on Measured Temperature and Humudity in Urban and Forest Areas. Bulletin of the Technical University of Istanbul, 49, 651-6. The Climates of Canada, 1990. Minister of Supply and Services. Wilson, O., 1967. Objective Evaluation of Windchill Index by Records of Frostbite in the Antarctic. Int. J. Biometeor., 11. 29-32 77