ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ ANKARA KENTİNDE KENTSEL ISI ADASI ETKİSİNİN YAZ AYLARINDA UZAKTAN ALGILAMA VE METEOROLOJİK GÖZLEMLERE DAYALI OLARAK SAPTANMASI VE DEĞERLENDİRİLMESİ ÜZERİNDE BİR ARAŞTIRMA Ülkü (DUMAN) YÜKSEL PEYZAJ MİMARLIĞI ANABİLİM DALI ANKARA 2005 Her Hakkı Saklıdır.
Prof. Dr. Oğuz YILMAZ danışmanlığında, Ülkü (DUMAN) YÜKSEL tarafından hazırlanan bu çalışma 30 / 12 / 2005 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oybirliği ile Peyzaj Mimarlığı Anabilim Dalı nda Doktora tezi olarak kabul edilmiştir. Başkan : Prof. Dr. Orhan KUNTAY Üye : Prof. Dr. Oğuz YILMAZ Üye : Prof. Dr. Yalçın MEMLÜK Üye : Prof. Dr. Zühal ÖZCAN Üye : Doç. Dr. Dicle OĞUZ Yukarıdaki sonucu onaylarım. Prof. Dr. Ülkü MEHMETOĞLU Enstitü Müdürü
ÖZET Doktora Tezi ANKARA KENTİNDE KENTSEL ISI ADASI ETKİSİNİN YAZ AYLARINDA UZAKTAN ALGILAMA VE METEOROLOJİK GÖZLEMLERE DAYALI OLARAK SAPTANMASI VE DEĞERLENDİRİLMESİ ÜZERİNE BİR ARAŞTIRMA Ülkü (DUMAN) YÜKSEL Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Peyzaj Mimarlığı Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Oğuz YILMAZ Günümüz büyük kentlerinde yeşil alanların ve buharlaşma yüzeylerinin azalması; beton ve asfaltla kaplanmış yüzeylerin, yapısal alanların artması ve bu alanlarda kullanılan yapı malzemelerinin sıcaklığı daha iyi iletme ve yüksek sıcaklık depolama özelliklerine sahip olmaları gibi nedenlerle meteorolojik parametreler değişerek yerel ve bölgesel ölçekte iklim değişimine neden olmakta; büyük kentler kendilerine özgü iklimleri olan ve bu kentlerde yaşayanlar için sağlıksız termal koşullar sunan mekanlar haline gelmektedirler. Kentsel alan ve çevresindeki yarı kırsal ve kırsal alanlar arasındaki bu farklılaşma kentsel ısı adası olarak tanımlanmaktadır. Büyük kentlerin merkezleri, çevrelerindeki kırsal alanlara oranla 0,5-1,5 C daha sıcak, nem oranı kış mevsiminde %2, yaz mevsiminde %8-10 daha az, toplam yağış miktarı ise %5-10 daha fazladır. Ankara kentinde de hızlı ve yoğun yapılaşma sonucunda iklim parametrelerinde değişimler olduğu bilinmektedir; ancak bu konuda yapılmış kapsamlı bir araştırma bulunmamaktadır. Bu çalışma ile Ankara Metropolü için öncelikle bölge ölçeğinde 1985 yılından 2005 yılına kadar yapılaşmış alanların artması sonucu oluşan alan kullanımlarındaki ve arazi örtüsündeki değişimlere bağlı olarak ortaya çıkan yüzey sıcaklığı açısından farklılıklar ve kentteki ısı adalarının bu yıllar arasındaki değişimi tespit edilmiş; ayrıca bu tespitlere bağlı olarak seçilen farklı arazi örtüsüne ve farklı yüzey sıcaklığına sahip 3 alanda (Migros, Bahçelievler ve Anıtkabir) sıcaklık ve nem parametreleri açısından sabit meteorolojik ölçüm aletleri ile ölçümler yapılarak yapı yoğunluğu, yeşil alanlar ve meteorolojik parametreler arasındaki ilişkiler ortaya konulmuştur. Sonuçta Ankara kentinde kentsel ısı adası etkisi oluşumunun engellenmesi ve etkinin azaltılabilmesi için peyzaj mimarlığı açısından alınabilecek önlemler ortaya konulmuştur. 2005, 209 sayfa Anahtar Kelimeler : Kentsel İklim, Kentsel Isı Adası, Yeşil Alanlar, Arazi Kullanımı, Arazi Örtüsü, Uzaktan Algılama, Landsat, Termal Konfor i
ABSTRACT Ph.D. Thesis A STUDY ON DETERMINING AND EVALUATING SUMMERTIME URBAN HEAT ISLANDS IN ANKARA AT REGIONAL AND LOCAL SCALE UTILIZING REMOTE SENSING AND METEOROLOGICAL DATA Ülkü (DUMAN) YÜKSEL Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Landscape Architecture Supervisor: Prof. Dr. Oğuz YILMAZ In contemporary metropolitan cities, as a result of lessening green areas and evaporation surfaces, and increasing asphalted surfaces and built areas with materials which have more heat conveying and storing properties. In urban areas meteorological parameters change and cause local and regional climate changes which makes the cities unhealthy places that have their own climatic properties. This differentiation between urban areas and surrounding semi-rural and rural areas has brought the concept of urban heat islands into the agenda. In the central areas of metropolises the temperature is 0,5-1,5 o C higher, humidity is, in winter 2% and in summer 8-10% less and total rainfall is 5-10 % more with regard to the surrounding rural areas. Although it is known that in Ankara, the climate parameters are changing as a result of rapid and dense urbanization, there is not a study concerning this issue. Thus, together with this study, first the meteorological differentiations and urban heat islands at regional scale in Ankara metropolitan area caused by the changes in land use and land coverage since 1985 up to 2002 will be determined. Besides in the case areas having different densities of built up areas and various sizes of green areas determined in the light of the former study; the relations between density of built up areas, green areas and meteorological parameters will be put forward through meteorological measurements. 2005, 209 pages Keywords: Urban climate, Urban Heat Island, Green Areas, Land-use, Land cover, Remote Sensing, Landsat, Thermal Comfort ii
TEŞEKKÜR Son yıllarda çok gündemde olan bu konuyu tez konusu olarak seçimimde ve çalışmalarım sırasında önerileri ile beni yönlendiren danışman hocam Sayın Prof. Dr. Oğuz YILMAZ (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Peyzaj Mimarlığı Bölümü) a sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Tez İzleme Komiteleri sırasında engin fikir ve görüşlerinden yararlandığım değerli hocalarım Sayın Prof. Dr. Yalçın MEMLÜK (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Peyzaj Mimarlığı Bölümü) e ve Sayın Prof. Dr. Orhan KUNTAY (Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Şehir ve Bölge Planlama Bölümü) a teşekkürlerimi sunarım. Çalışma konumla ilgili görüşleri, birikimleri ve fikirleri ile beni yönlendiren ve destekleyen Sayın Doç. Dr. Emin BARIŞ (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Peyzaj Mimarlığı Bölümü) a, engin sağduyusu ve görüşlerinden ihtiyaç duyduğum her zaman bana yararlanma olanağı sağlayan sayın hocam Doç. Dr. Elmas ERDOĞAN (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Peyzaj Mimarlığı Bölümü) a şükranlarımı sunarım. Tez çalışmama ilişkin verilerin değerlendirilmesi aşamasındaki katkılarından dolayı Sayın Prof. Dr. Fikret GÜRBÜZ (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Zootekni Bölümü) e, sayın Arş. Gör. Özgür KOŞKAN (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Zootekni Bölümü) a teşekkürlerimi sunarım. İŞLEM GIS çalışanlarına ve özellikle sayın Erol YÜKSEL ve Serdar KÜPÇÜ ye teşekkür ederim. Çalışmalarım süresince benden yardımlarını esirgemeyen sayın Doç. Dr. Alper ÇABUK (Eskişehir Anadolu Üniversitesi Mimarlık Bölümü) a, sayın Saye Nihan ÇABUK a, GÜ. Mühendislik Mimarlık Fakültesi Şehir ve Bölge Planlama Bölümündeki sevgili hocalarım sayın Yard. Doç. Dr. Fatma ERDOĞANARAS, Yard. Doç. Dr. Nilgün GÖRER TAMER, Yard. Doç. Dr. Nevin TURGUT GÜLTEKİN e ve sevgili asistan arkadaşım Arş. Gör. Aybike CEYLAN KIZILTAŞ a, GÜ. Fen Bilimleri Enstitüsündeki hocalarıma ve özellikle Enstitü Müdür Yardımcısı Doç. Dr. Çiğdem GÜLDÜR ve asistan arkadaşlarıma bana gösterdikleri sabır ve anlayış için çok teşekkür ederim. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü nden Sayın Nesrin ÖZTÜRK e, Anıtkabir Park ve Bahçeler Müdürü Sayın Engin DENİZ e, Migros Alışveriş Merkezi Müdürlüğü nden İsa GÜVEN e, Sayın Haşim ve Handan GÜRSOY a teşekkür ederim. Hayatımın her anında olduğu gibi yoğun çalışmalarım sırasında da özveri, destek ve yardımlarını esirgemeyen sevgili anne-babama ve bana gösterdiği sabır ve anlayış için sevgili eşime şükranlarımı ve en içten teşekkürlerimi sunarım. Ülkü (DUMAN) YÜKSEL Ankara, Aralık 2005 iii
İÇİNDEKİLER ÖZET... i ABSTRACT... ii TEŞEKKÜR... iii SİMGELER DİZİNİ... vi ŞEKİLLER DİZİNİ... vii ÇİZELGELER DİZİNİ... ix HARİTALAR DİZİNİ... x 1. GİRİŞ... 1 1.1 Çalışmanın Amacı ve Kapsamı... 7 1.2 Kaynak Özetleri... 9 1.2.1 Kentsel ısı adaları konusunda dünyada yapılmış çalışmalar... 9 1.2.2 Kentsel ısı adalarına ilişkin ülkemizde yapılan çalışmalar... 14 1.2.3 Uzaktan algılama ile kentsel ısı adasının belirlenmesine ilişkin çalışmalar... 19 1.2.4 Diğer çalışmalar... 28 2.KURAMSAL TEMELLER... 30 2.1 Kentsel Isı Adası... 30 2.2.1 Kentsel ısı adasının tanımı... 30 2.2.2 Kentsel ısı adalarının oluşum nedenleri... 35 2.2.3 Kentsel ısı adalarının sınıflandırılması... 43 2.2 Uzaktan Algılama... 47 2.2.1 Uzaktan algılamanın tanımı... 47 2.2.2 Uzaktan algılamanın kullanım alanları... 53 2.2.3 Landsat uydusu... 57 2.2.4 Termal algılama... 58 3. MATERYAL VE YÖNTEM... 60 3.1 Materyal... 60 3.2 Yöntem... 61 4.ARAŞTIRMA BULGULARI... 75 4.1 Araştırma Alanının Yeri ve Sınırları... 75 iv
4.2 Ankara Kentinde Kentsel Isı Adası Oluşumunu Etkileyen Etmenler... 75 4.2.1 Doğal etmenler... 75 4.2.2 Kültürel etmenler... 93 4.3 Ankara Kentinde Yüzey Sıcaklığı Isı Adası Etkisinin Saptanması... 106 4.3.1 Arazi örtüsü analizi... 106 4.3.2 Bitki örtüsü analizi... 114 4.3.3 Termal analiz... 119 4.4 Ankara Kentinde Kentsel Isı Adası Etkisinin Saptanması... 128 5. TARTIŞMA VE SONUÇLAR... 145 KAYNAKLAR... 161 EKLER... 169 EK 1 Landsat 5-TM ve 7-ETM Uydu Görüntülerinin Çekildiği 170 Tarihlerdeki Saatlik Sıcaklık Değerleri... EK 2 Migros, Bahçelievler ve Anıtkabir istasyonlarında gözlenen saatlik 171 sıcaklık ve nem değerleri... EK 3 Migros, Bahçelievler ve Anıtkabir istasyonları arasında en düşük nem farkının görüldüğü gün ve saatler 172 EK 4 Migros, Bahçelievler ve Anıtkabir istasyonlarında gözlenen 173 sıcaklıkların istatistiki değerlendirmesi... EK 5 Migros, Bahçelievler ve Anıtkabir istasyonlarında gözlenen nem 190 değerlerinin istatistiki değerlendirmesi EK 6 Sözlük 207 ÖZGEÇMİŞ... 209 v
SİMGELER DİZİNİ ASTER :Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer AVHRR :Advanced Very High Resolution Radiometer DMİ :Devlet Meteoroloji İşleri DMSP :Defense Meteorological Satellite Program EPA :Environmental Protection Agency (Çevre Koruma Kurumu) GCP :Ground Control Point (Yer kontrol noktası) IRT :Infrared Termemetre MSS :Multispectral Scanner NASA :National Aeronautics and Space Administration Earth Observing System NDVI :Normalized Difference Vegetative Index TIRS :Termal Infrared Scanner USEPA :United States Environmental Protection Agency WHO :World Health Organization WMO :World Meteorological Organization PRB :Population Reference Bureau vi
ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 1.1 İklim siteminin bileşenleri ve etkileşimleri... 1 Şekil 1.2 Dünyanın ortalama yüzey sıcaklığının son 20.000 yıldaki değişimi. 2 Şekil 1.3 Kentleşmenin iklim üzerindeki etkileri.. 3 Şekil 1.4 Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerdeki kentsel büyüme hızları.. 6 Şekil 1.5 Yağış olaylarının kent içinde göründüğü yerler 21 Şekil 2.1 Bir kente ait sıcaklık profili... 31 Şekil 2.2 Kent içinde iklim koşullarının farklı sektörlerle ilişkisi 33 Şekil 2.3 Kent nüfusu ve ısı adası etkisi arasındaki ilişki. 36 Şekil 2.4 Yüzeyin niteliğine bağlı olarak ortaya çıkan ısı farklılıkları. 38 Şekil 2.5 Kanyon etkisinin oluşumunda etkili olan faktörler 40 Şekil 2.6 Kentsel ısı adası tarafından oluşturulan rüzgar deseni.. 40 Şekil 2.7 Kentsel sınır ve kentsel örtü tabakaları.. 44 Şekil 2.8 Göteburg (İsviçre) daki yüzey ve hava sıcaklıkları... 45 Şekil 2.9 Kentsel ısı adası tipleri 46 Şekil 2.10 Uzaktan algılamanın temel ögeleri.. 48 Şekil 2.11 Elektromanyetik spektrum... 49 Şekil 2.12 Atmosferik etmenler 51 Şekil 2.13 Yeryüzündeki farklı örtü tiplerinin spektral yansıması... 52 Şekil 2.14 Uzaktan algılama platformları ve çalıştıkları yükseklikler.. 53 Şekil 3.1 Araştırmanın akış şeması... 62 Şekil 3.2 Bitkilerin elektromanyetik spektrumun farklı kısımlarında göstermiş oldukları yansıma değerleri. 67 Şekil 3.3 Objelerin sıcaklığı ve Landsat TM bantları arasındaki ilişki... 69 Şekil 3.4 Ankara kentinde meteorolojik ölçüm istasyonlarının bulunduğu noktalar 71 Şekil 3.5 MİGROS Alşıveriş merkezinde ölçüm yapılan nokta... 72 Şekil 3.6 Bahçelievler de ölçüm yapılan nokta. 73 Şekil 3.7 Anıtkabir de ölçüm yapılan nokta. 73 Şekil 4.1 Araştırma alanının ülke ve bölge içindeki yeri.. 76 Şekil 4.2 Vadi rüzgarlarının yönü ve şiddeti... 78 vii
Şekil 4.3 Binalar arasındaki rüzgar hareketi. 84 Şekil 4.4 Ankara kentinde jeomorfolojik yapıya bağlı olarak etkin rüzgar yönleri. 87 Şekil 4.5 Bitki örtüsünün ısı kontrolüne etkileri... 102 Şekil 4.6 1985 yılına ait arazi örtüsü oranları. 112 Şekil 4.7 1995 yılına ait arazi örtüsü oranları. 112 Şekil 4.8 2002 yılına ait arazi örtüsü oranları. 113 Şekil 4.9 1985, 1995, 2002 yıllarına ait arazi örtüsü değişimleri... 113 Şekil 4.10 Meteorolojik ölçüm yapılan 3 istasyon ve DMİ Ankara Merkez istasyonuna ait günlük ortalama sıcaklık değerleri. 129 Şekil 4.11 Meteorolojik ölçüm yapılan 3 istasyona ait günlük ortalama nem değerleri... 137 Şekil 5.1 İklim Değişiminin Nedenleri ve Potansiyel Etkileri.. 146 Şekil 5.2 Kentlerdeki farklı yüzeylere ait albedo değerleri... 152 Şekil 5.3 Ağaçların faydası... 153 Şekil 5.4 ABD nin farklı kentlerinde bitki örtüsü ile elde edilecek tahmini kazançlar. 153 Şekil 5.5 1980 yılından sonra inşa edilen bir konutun etrafına farklı konumlarda dikilen 12 m yüksekliğinde, orta büyüklükte yapraklı bir ağacın enerji tasarrufu ve CO 2 azaltma potansiyeli (kg/ağaç)... 154 viii
ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 1.1 Kentsel ve kırsal ortamların iklim açısından karşılaştırılması... 5 Çizelge 1.2 Kent iklimi çalışmalarında termal uzaktan algılama kullanılan araştırmalar. 26 Çizelge 2.1 Oke(1982) tarafından tanımlanan kentsel ısı adalarına ilişkin genel özellikler ve bunları doğrulayan çalışmalar 34 Çizelge 2.2 Avrupa kentleri ve maksimum ısı adası etkisi... 37 Çizelge 2.3 Materyalin türüne göre ışığın yansıtılma oranları... 38 Çizelge 2.4 Kentsel sınır ve örtü tabakalarında oluşan ısı adalarının nedenleri... 42 Çizelge 2.5 Uydu görüntülerinin başlıca kullanım alanları... 54 Çizelge 2.6 Farklı uyduların teknik özellikleri. 55 Çizelge 4.1 Ankara ve Etimesgut istasyonlarının aylık ve yıllık ortalama sıcaklık değerleri. 82 Çizelge 4.2 Ankara ili yerleşim alanında 1986-1995 yılları arasındaki değişim oranları 99 Çizelge 4.3 Kişi başına düşen yeşil alan miktarının değişimi... 105 Çizelge 4.4 Arazi örtüsü analizi sonuçları 108 Çizelge 4.5 1985, 1995, 2002 yılları arasında arazi örtüsü sınıfları değişim oranları 114 Çizelge 4.6 İstasyonlar arasında en fazla sıcaklık farkının gözlendiği günler.. 131 Çizelge 4.7 Sıcaklık değerleri açısından istasyonların grup ortalamaları arasındaki farkının istatistiki değerlendirmesinin sonuçları... 136 Çizelge 4.8 Migros, Bahçelievler ve Anıtkabir istasyonlarında en düşük nem değerlerinin görüldüğü gün ve saatler. 138 Çizelge 4.9 Migros istasyonunda en yüksek nem değerlerinin görüldüğü gün ve saatler.. 138 Çizelge 4.10 Bahçelievler ve Anıtkabir istasyonlarında en yüksek nem değerlerinin görüldüğü gün ve saatler. 139 Çizelge 4.11 Nem açısından istasyonlar arasında en fazla farkın gözlendiği günler.. 139 Çizelge 4.12 Sıcaklık değerleri açısından istasyonların grup ortalamaları arasındaki farkının istatistiki değerlendirmesinin sonuçları. 144 ix
HARİTALAR DİZİNİ Harita 4.1 1985 yılı arazi örtüsü analizi.. 109 Harita 4.2 1995 yılı arazi örtüsü analizi.. 110 Harita 4.3 2002 yılı arazi örtüsü analizi.. 111 Harita 4.4 1985 yılı bitki örtüsü analizi.. 116 Harita 4.5 1995 yılı bitki örtüsü analizi.. 117 Harita 4.6 2002 yılı bitki örtüsü analizi.. 118 Harita 4.7 1985 yılı yüzey sıcaklık dağılımları analizi... 122 Harita 4.8 1985 yılı yüzey sıcaklık dağılımları analizi... 123 Harita 4.9 1995 yılı yüzey sıcaklık dağılımları analizi... 124 Harita 4.10 1995 yılı yüzey sıcaklık dağılımları analizi. 125 Harita 4.11 2002 yılı yüzey sıcaklık dağılımları analizi. 126 Harita 4.12 2002 yılı yüzey sıcaklık dağılımları analizi. 127 x
1. GİRİŞ İklim; atmosfer, hidrosfer, yeryüzeyi, biyosfer ve buzullar olmak üzere beş temel bileşenden oluşan interaktif bir sistemdir. Bu bileşenler pek çok dış etken ve mekanizmadan etkilenmektedir. İnsan aktiviteleri de iklim sistemini direkt olarak etkileyen bir etken olarak nitelendirilmektedir. İklim sisteminin farklı bileşenleri arasında farklı zamanlarda ve mekanlarda sistemi karmaşık bir hale getiren pek çok fiziksel, kimyasal ve biyolojik etkileşim meydana gelmektedir. İklim sisteminin bileşenleri; yapıları, fiziksel ve kimyasal özellikleri ve davranışları açısından çok farklı olmalarına karşın kitlesel (hacimsel) değişimler, ısı ve momentum ile birbirleriyle bağlantılı; bütün alt sistemler de açık ve birbiriyle ilişkilidir. Bu nedenle iklim sisteminin bileşenlerindeki ya da süreçlerdeki doğal ya da antropojenik herhangi bir değişiklik iklim değişikliği ile sonuçlanabilmektedir (Anonim 2001) (Şekil 1.1). Güneşten Gelen Işınlardaki Değişim Atmosferin İçerik ve Dolaşımındaki Değişim Atmosfer Hidrolojik Döngüdeki Değişim Bulutlar Volkanik Aktiviteler Atmosfer-Buzul Etkileşimi Buzul Isı Değişimi Hidrosfer: Denizler Yağış, Evaporasyon Rüzgar Stresi Buzul-Deniz Etkileşimi Karasal Radyasyon Hidrosfer: Akarsu&Göller İnsan Faaliyetleri Buzullar Toprak, Biyosfer Etkileşimi Atmosfer-Biyosfer Etkileşimi Biyosfer Buzullar: Denizlerdeki Buz Dağları, Karasal Buzullar Yeryüzeyi Buzullar Yeryüzü- Atmosfer Etkileşimi Denizlerdeki Değişiklikler: Dolaşım, Deniz Seviyesi, Deniz Kimyası Yeryüzeyi, Yeraltındaki Değişiklikler: Arazi Kullanımı, Vejetasyon ve Ekosistemde Şekil 1.1 İklim siteminin bileşenleri ve etkileşimleri (Anonim 2001) 1
Dünyanın oluşumundan günümüze kadar iklimin bütün zamanlarda değiştiği, yeryüzündeki canlı hayatının da bu değişime uyum sağlayarak yaşamını sürdürmeye devam ettiği bilinmektedir. Ancak, özellikle 18. yüzyılın ikinci yarısından yani endüstri devriminden sonra insan aktivitelerinin etkileri daha üst ölçeklere yani kıtasal hatta küresel ölçeğe ulaşmıştır. İnsan aktiviteleri; özellikle endüstriyel faaliyetler ya da konutların ihtiyaçları için fosil yakıtların kullanılması; sera gazları ve atmosferin yapısını etkileyen aerosollerin oluşmasına neden olmuş; kloroflorokarbon (CFC) emisyonları ve diğer klor ve brom bileşenleri sadece radyatif süreçleri etkilemekle kalmamış, stratosferik ozon tabakasının da incelmesine neden olmuştur. Arazi kullanımlarındaki değişimler, kentleşme, insanların tarım ve ormancılık faaliyetleri yeryüzeyinin fiziksel ve biyolojik özelliklerini, doğal döngüleri ve süreçleri etkilemiş, bunun sonucunda ise yüzey sıcaklıklarında ve hava sıcaklıklarında belirgin değişikliklere neden olmuştur (Şekil 1.2). 10.000 Yıldaki Ortalama Sıcaklık = 15 C IPCC (2001) +2-3 C Artış Olacağını Tahmin Etmektedir Sıcaklık Değişimi ( o C) Mezopotamya nın Gelişimi Tarımın Ortaya Çıkışı Holosen Koşulları Ortaçağ Sıcakları Avrupa daki Kısa Buzul Çağı (15-18. yy) 21. yy: Çok Hızlı Artış Son Buzul Çağı Sonu Bugün Şekil 1.2 Dünyanın ortalama yüzey sıcaklığının son 20.000 yıldaki değişimi (WHO 2003) Arazi kullanımlarındaki değişimin yerel, bölgesel ve hatta küresel iklimde belirgin değişikliklere neden olduğu anlaşılmıştır. Arazi kullanımının değişiminden kaynaklanan fiziksel süreçler; albedoyu, yüzey pürüzlülüğünü, topografyayı ve su buharı ile sera 2
gazlarının atmosfer ve yeryüzeyi arasındaki döngüsünü değiştirerek iklimi etkilemektedir. KÜRESEL: İKLİM DEĞİŞİMİ BÖLGESEL: Asit yağmurları, Troposferik ozon, aerosoller, Sera gazları YEREL: Hava kirliliği, Sağlık Üzerine etkiler Isı Adası Şekil 1.3 Kentleşmenin iklim üzerindeki etkileri (Carmichael 1999) Kentleşme de bir tür arazi kullanımı değişimidir. Son yıllarda kentleşmenin atmosferik parametreler üzerindeki etkileri dünyanın pek çok kentinde özellikle büyük kentlerde araştırma konusu olmuştur. Bilindiği üzere kentler, bitki örtüsünün yok edildiği, geçirimsiz yüzeylerin ve yapısal alanların yoğun olduğu, doğal drenaj ve su akışının değiştirildiği; su, enerji, bitki örtüsü, topografya ve malzemelerde çok büyük dönüşümlerin yaşandığı mekanlardır. Bu dönüşümler sonucunda kentteki süreçler arasında karmaşık değişimler yaşanmakta ve kent iklimi etrafındaki kırsal alanlara oranla bölgesel ve yerel ölçekte farklılıklar göstermektedir. Kentsel alanlar fiziksel olarak 1.Yüzey materyalleri 2.Yüzey şekilleri 3.Isı kaynakları 4.Nem kaynakları 5.Hava kalitesi 3
açısından kırsal alanlardan ayrılırlar.yukarıda özetlenen kentleşme sonucunda oluşan bu farklılıkların sonuçları ise iki sınıfa ayrılmaktadır; 1. Hava sıcaklıklarının artması, rüzgarların zayıflaması, atmosferin kirlenmesi sonucu görüş mesafesinin azalması gibi görünen veya ölçümü daha kolay olan olaylar. 2. Değişimi herhangi bir zamanda, çeşitli faktörlere bağlı olan sis, duman, bulutluluk, yağmur miktarı, güneş radyasyonu, nem, atmosferik elektrik, şiddetli yağmur durumu (fırtınalı gök gürültüsü gibi), şiddetli yağmur fırtınası gibi kentleşmenin etkileri direkt fark edilemeyen veya ölçümü zor olan olaylar (Kadıoğlu 2001). Kentsel alanların iklimini kırsal alanlarla karşılaştırdığımızda; kentsel ortamlar, kırsal alanlara oranla yıllık ortalama sıcaklık açısından 1-2 o C daha sıcaktır. Hatta bazı alanlarda bu sıcaklık farkı 6-12 o C ye kadar çıkar. Kentlerde aşırı ısınmaya bağlı termik hava sirkülasyonu gün içerisinde havanın kirlenmesiyle birlikte kent üzerinde bir sis örtüsünün oluşumuna neden olur. Bu örtü gece boyunca hava terselmesi (inversiyon) yaratarak kentlerin üzerine çöker. Böylece kentler doğrudan güneş ışığı alamadıkları gibi, gece ışıması ve yakın çevreyle hava sirkülasyonu da engellenmiştir. Havanın yatay yönde hareket edememesi, yüksek oranda toz ve nem içermesi; kentsel havanın dayanılmaz ölçüde bunaltıcı olmasına neden olur. Kent içi ve yakın çevresindeki açıklık alanlarda bir diğer iklimsel problem soğuk hava akımlarıdır. Gece boyunca soğuyan hava gittikçe ağırlaşarak yavaş yavaş yamaçlardan aşağıya doğru hareket eder (1 m/saat). Aşağı kesimlerde havanın birikmesiyle rüzgar hızını kaybeder ve bu kesimlerde soğuk hava koşulları hakim olur. Vadi tabanları ve havzalarda biriken bu soğuk hava durağan hale gelerek gece boyunca niteliği pek değişmeden etkin bir şekilde kalır. Soğuk havanın etkin olduğu bu kesimler büyük ölçüde don tehlikesiyle karşı karşıya kalır. Aynı zamanda durağan hava içerisinde tozlar ve gazların da birikmesiyle söz konusu soğuk hava kütlesinin aynı zamanda kirliliği de önemli ölçüde artar (Krusche et al.1982). Yukarıdaki açıklamalardan da görüldüğü üzere kentsel ortamdaki klimatik koşullar oldukça farklıdır. Krusche et al. (1982) tarafından kent iklimi konusunda yapılan geniş 4
bir araştırma sonucunda ortaya konulan kentsel ve kırsal alan farklılıkları Çizelge 1.1 de yer almaktadır. Çizelge 1.1 Kentsel ortamlarla kırsal ortamların iklim açısından karşılaştırılması (Krusche vd. 1982) Kırsal alan Parametre ortalamaları ile karşılaştırıldığında Yağış Toplam yağış % 5-10 daha fazla 3 mm ve üzerinde yağışlı gün sayısı % 10 daha fazla Sıcaklık Yıllık ortalama 0,5-1 o C daha yüksek Kış minimumu 1-2 o C daha yüksek Nispi nem Yıllık ortalama % 6 daha az Kış ortalaması % 2 daha az Yaz ortalaması % 8 daha az Rüzgar Hızı Yıllık ortalama % 20-30 daha az Zemine yakın yerlerde % 10-20 daha az Aydınlanma Yaz mevsiminde % 5 daha az Kış mevsiminde % 15 daha az * Bulutluluk Bulut % 5-10 daha fazla Kış mevsiminde % 100 daha fazla Yaz mevsiminde % 30 daha fazla Terselme % 60 daha fazla Radyasyon Yüzeye gelen ışık miktarı % 15-20 daha az Kış mevsiminde ultraviyole ışınları % 30 daha az Yaz mevsiminde ultraviyole ışınları % 5 daha az Kirlenme Toz Zerrecikleri 10 kat fazla SO 2 5 kat fazla CO 2 10 kat fazla CO 25 kat fazla Görüş % 80-90 daha az mesafesi Son yıllarda dünyada kentsel büyüme hızı beklenmedik boyutlara ulaşmıştır. 1800 lerde dünya nüfusunun %3 ü kentsel alanlarda yaşarken 1900 lerde bu oran % 14 e çıkmıştır. Bu dönemde sadece 12 kentin 1 milyon ve 1 milyondan fazla yaşayanı vardır. 1950 lere gelindiğinde dünya nüfusunun % 30 u kentlere yerleşmiş ve nüfusu 1 milyonu aşan kent sayısı 83 e çıkmıştır. 2000 de dünya nüfusunun % 47 si yani 2,9 milyar kişi kentsel 5
alanlarda yaşamaktadır ve 411 kentin nüfusu 1 milyonun üzerindedir. 2030 yılında ise dünya nüfusunun % 60 ının kentlerde yaşaması beklenmektedir (Anonim b 2005). Bugün dünya yüzeyinin sadece %0,2 sinin kentsel alan olduğu (Matzarakis 2001) ve kentleşme ve kentlileşme eğilimi böyle devam ederse kentsel alanların daha da artacağı göz önünde bulundurulduğunda kentleşmenin iklim sistemi üzerindeki baskılarının artması büyük bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. İklim değişikliği ile sonuçlanacak bu eğilim pek çok kenti ve kentli nüfusu da etkileyecektir. Gelişmekte olan ülkeler-kentsel Gelişmiş ülkeler-kentsel Gelişmekte olan ülkeler-kırsal Gelişmiş ülkeler-kırsal Nüfus (Milyar kişi) Şekil 1.4 Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerdeki kentsel büyüme hızları (Anonim 2005b) Yıl Kentlerde yaşayan nüfus ve kentin büyüklüğü arttıkça kent iklimindeki değişimin arttığı bilinmektedir. Bu konu gözönünde bulundurulduğunda kentleşmenin ve kentsel nüfusun artması bir tehdit olarak karşımıza çıkmakta; bu da kent iklimini ve planlama ilkelerini yeniden gözden geçirme zorunluluğu ortaya çıkarmaktadır. Kent iklimi çok uzun yıllardan beri çalışma konusu olmuştur.vitruvius (İ.Ö 75-26), kitaplarında Roma kentlerindeki kent planlama ve iklim koşullarını açıklamıştır. Roma kentlerinden 17.yy ın başlarına kadar kent ikliminin ana konusu kent planlama ve hava kirliliği olmuş, kentsel ısı adası ve ısı dengesine ilişkin niteliksel araştırmalar ise 17.yy ın sonlarında başlamıştır. Endüstriyel Devrimle birlikte artan kentleşme sonucunda büyüyen kentlerde iklim belirgin bir şekilde değişmeye başlamıştır. 19.yy ın sonlarına doğru Howard, Londra kentinde etrafındaki kırsal alanlara oranla, görüş mesafesinin azaldığına, sıcaklıklarda artış olduğuna dikkat çekmektedir. 6
Kentsel ve kırsal alan arasındaki atmosferik süreçler, antropojenik etkilere ilişkin bugüne kadar pek çok araştırma yapılmıştır. Küresel iklim değişikliği, sera etkisi ve küresel ısınma daha popüler olarak basında ve literatürde karşımıza çıkmasına karşın kent iklimine ilişkin literatür de oldukça geniştir. Kent iklimi konusunda literatür incelendiğinde Kratzer (1937) de 225 makale, Oke (1990) ise 1980 lerde 700 den fazla makalenin yazıldığını tespit etmiştir (Tayanç 1995). 1980 lerden günümüze kadar ise yaklaşık 300 makale yazılmıştır. Bu çalışmalar kent iklimini niteliksel olarak ortaya koymaya yönelik araştırmalardır. Araştırma konuları daha çok kentsel ısı adası, yüzey enerjisi, kentsel enerji ve su döngüsü, kentsel hava akımları konularında yoğunlaşmıştır. Bugün artık bu araştırmalar sonucunda varılan noktada süreçler etkileşimler açısından çok karmaşık bir yapıda olmasına karşın kent iklimini; antropojenik etkilerle değişen yapısına rağmen anlayabilmek, sayısal modeller yardımıyla tahminlerde bulunmak, simülasyonlar yapabilmek, uzaktan algılama, CBS gibi gelişen teknoloji sayesinde varolan durumu ortaya koyabilmek mümkün olmaktadır. 1.1 Çalışmanın Amacı ve Kapsamı Giriş bölümünde açıklanan bilgiler doğrultusunda kent ikliminin değişiminin insan sağlığı ve yaşam konforu üzerindeki etkilerine bakıldığında çalışma konusunun önemi ortaya çıkmaktadır. Bu konudaki yazın incelendiğinde Dünyada pek çok çalışma olduğu görülmektedir. Ancak Türkiye de yapılan araştırmaların sayısı oldukça azdır. Bu tez çalışması ile amaçlanan; kentleşme, kent iklimi, kentsel ısı adası etkileri konusunda bu eksikliği gidermektir. Çalışma alanı olarak Ankara nın seçilmesinin nedeni ise Ankara nın başkent olduktan sonra çok hızlı gelişmiş ve kentleşme sürecini hala yaşayan ve yaşamaya devam eden bir kent olmasıdır. Ankara nın 1927 yılında 404.581 olan toplam nüfusu son 73 yılda 10 kat artarak 2000 yılında 4.007.860 a yükselmiştir. Kentsel nüfus 1927 yılında 74.553 iken 2000 yılında 3.540.522 dir. Bu açıdan bakıldığında Ankara nın kentleşmesinin kent iklimine olan etkilerini incelemek ve sonuçlarını irdelemek çok önemli bir konu olarak karşımıza çıkmaktadır. 7
Kısaca özetlenecek olursa bu tez çalışmasında amaç; Ankara kentinde yaşanan hızlı kentleşme ve bunun sonucunda açık yeşil alanların azalarak yapılaşmış alanların artmasının yüzey sıcaklığı, hava sıcaklığı ve nem parametreleri açısından kentin iklimini nasıl etkilediğinin ortaya konması; kentsel gelişim, arazi kullanımı-arazi örtüsünün değişimi ve kentsel ısı adasının oluşumu arasındaki ilişkinin bölgesel ölçekten yerel ölçeğe kadar belirlenmesidir. Bu araştırma ile yapı yoğunluğu, yeşil alanlar ve meteorolojik parametreler (sıcaklık ve nem) arasındaki ilişkiler ortaya çıkarılarak daha sağlıklı-yaşanabilir ve sürdürülebilir kentlerin oluşumu için yeşil alanların öneminin saptanması ve bu önemin sayısal verilerle Ankara kenti örneğinde ortaya konması amaçlanmaktadır. Bu çalışma kapsamında Ankara Kentinde Uzaktan Algılama ve meteorolojik ölçümlerden faydalanarak 1985 yılından günümüze kadar kentsel ısı adası etkisi kentsel bölge ölçeğinden yerel ölçeğe kadar tespit edilmiştir. Araştırma iki farklı aşamadan oluşmaktadır. Ankara Metropoliten alanı ölçeğinde yapılan birinci aşamada, Ankara kentine ait LANDSAT 5-TM, LANDSAT 7-ETM (ısı bantlı) uydu görüntülerinden faydalanılarak farklı arazi örtüsü tipleri tanımlanmış, tanımlanan bu kategorilere göre 1985, 1995 ve 2002 yılları arasında hangi alanlarda ısı adası etkisinin olduğu ve bu yıllar arasında değişen arazi örtüsüne bağlı olarak ısı adalarının nasıl değiştiği, Ankara nın hangi bölgelerinde yoğunlaştığı, hangi tip arazi kullanımlarının olduğu yerlerde yoğunlaştığı tespit edilmiştir. İkinci aşamada ise; ilk aşamanın sonuçlarına bağlı olarak seçilen üç örneklem alanda meteorolojik ölçüm istasyonları kurularak sıcaklık ve nem ölçümleri yapılmıştır. 8
1.2. Kaynak Özetleri 1.2.1. Kentsel ısı adaları konusunda dünyada yapılmış çalışmalar Son yıllarda tüm dünyada ve de özellikle büyük kentlerde termal konfor koşullarının insanlar ve diğer canlılar aleyhine bozulması nedeniyle kentsel ısı adalarına ilişkin çalışmalar oldukça yoğunlaşmıştır. Bu çalışmaların önemli bir kısmı aşağıda sunulmaktadır: The Role of Rural Variability in Urban Heat Island Determination for Phoenix, Arizona (Phoenix, Arizona da Kırsal Değişkenliğin Kentsel Isı Adasının Saptanmasındaki Rolü) isimli çalışmada Phoenix, Arizona için kentsel ısı adasının hesaplanmasında kırsal değişkenliğin etkileri araştırılmıştır. Araştırmada Phoenix in güneydoğusunda bulunan bir çiftliğe sıcaklık ve nem sensörleri yoğun şekilde yerleştirilerek bir ağ oluşturulmuş ve Nisan 2002 de 10 günlük bir periyotta ölçüm yapılmıştır. Bu sensörlerden elde edilen sıcaklık verileri Sky Harbor Havaalanındaki (kentsel bir istasyon) istasyondan elde edilen verilerle karşılaştırılarak kentsel ısı adası etkisi belirlenmeye çalışılmıştır. Tarımsal alanlarda en düşük ve en yüksek sıcaklık farklılıkları belli bir zamanda 0,8 o C ve 5,4 o C bulunmuştur. İstasyonlar arasındaki belirgin sıcaklık farklılıkları için t-testi yapılmıştır. Kırsal alandaki verilere bağlı olarak ortalama ısı adası etkisi 9,4 o C den 12,9 o C ye ve maksimum ısı adası etkisi 10,7 o C den 14,8 o C ye kadar farklılık göstermektedir (Hawkins et al.2004). Araştırma yapılırken kırsal değişkenliği belirlemek için Phoenix metropolitan alanının doğusundaki vadide bulunan bir çiftliğe yaklaşık 400 m x 300 m aralığında çiğlenme noktası ve sıcaklık sensörleri ağı kurulmuştur. Bu sensörler 3 sıra ve 8 sütundan oluşan gridal bir yapıda alana yerleştirilmiştir. Çiftlikteki farklı arazi örtüsü tipleri; şeftali bahçesi, mısır tarlası, sebze bahçesi, çam korusu, karnabahar ve kabak bahçesi, çim alan, boş-verimsiz toprak, sıkışmış-sert topraktır. Alana kurulan 24 ölçüm sensörü bu farklı arazi örtüsü tipleri dikkate alınarak yerleştirilmiştir. Çalışmada ayrıca rüzgar hızı ve yönü çiftlikteki çim alanlar üzerine kurulan sensörlerle belirlenmiştir.ölçümler 3 Nisan-12 Nisan 2002 tarihleri arasında yapılmıştır (Hawkins et al.2004). 9
Araştırmanın sonucunda tüm alanda belli bir zamanda ölçüm periyodu boyunca sıcaklık farkı 0,8 o C den 5,4 o C ye kadar değişiklik göstermiştir. Bu büyük farklılığın sebebi sulamadan kaynaklanmaktadır (Hawkins et al.2004). t-testi değerleri göstermektedir ki; tüm gece ölçümleri boyunca çim alanlar ve ağaçların canlı olduğu şeftali bahçesi alandaki en serin yerlerdir. İşlenmemiş, sert toprakların olduğu alanlar ve nadasa bırakılmış alanlar en sıcak yerlerdir (Hawkins et al.2004). Ortalama ısı adası etkisi 9,4 o C ile 12,9 o C (3,4 o C lik bir fark) arasında bulunmaktadır. Maksimum ısı adası etkisi ise 10,7 o C ile 14,9 o C (3,9 o C lik bir fark) arasındadır. Daha üst ölçeklerde bu çiftliğin verileri Phoenix in uydu görüntülerinden elde edilen verilerle karşılaştırıldığında maksimum ısı adası etkisi 12,6 o C ve ortalama ısı adası etkisi 11,0 o C olarak bulunmuştur (Hawkins et al.2004). Phoenix, Arizona dünyada kentsel ısı adası etkisinin en geniş olduğu yerlerden biri olarak gösterilmektedir. Bu çalışma kentleşmenin bir alanın iklimine etkisini belirlerken kırsal alanın yapısının da çok önemli olduğunu ortaya koymaktadır. Arnfield (2003) Two Decades of Urban Climate Research: A Review of Turbulence, Exchanges of Energy and Water, and Urban Heat Island (Kent İklimi Araştırmalarında Son Yirmi Yıl: Türbülans, Enerji ve Su Döngüsü ve Kentsel Isı Adası) isimli çalışmasında 1980 lerden günümüze kadar kent iklimi ve kentsel ısı adalarına ilişkin yapılan tüm araştırmaları belli bir sistematik oluşturarak incelemiş ve özetlemiştir. Kentsel ısı adalarına ilişkin yapılan çalışmaları; ısı adalarına ilişkin gözlem çalışmaları; ısı adasının büyüklüğünü ve yapısını tanımlayan çalışmalar ve üst ölçekli ısı adası gözlemleri ve simülasyonları (Ölçek modelleri, Sayısal modeller ve Uzaktan algılamayla ısı adalarının belirlenmesi) olmak üzere üç grupta toplamıştır. Bu tez çalışmasında Arnfield (2003) tarafından yapılan sınıflamalara göre üçüncü ve birinci gruba giren bir araştırma yöntemi izlenerek, uzaktan algılamayla üst ölçekte ısı adası belirlenecek, ikinci aşamada ise kurulacak sabit ölçüm istasyonlarla ısı adasına ilişkin gözlem çalışmaları yapılacak, bu değerler karşılaştırılarak Ankara kenti için ısı adası etkisi ortaya konacaktır. 10
Mc Kendry (2003) son yıllarda kentsel ısı adalarına ilişkin yapılan diğer çalışmaların; Seul, Kore (Kim and Bazik 2002); Atina, Yunanistan (Livada et al. 2002); Guadalajara, Meksika (Tereschenko and Filonov 2001); Pune, Hindistan (Deosthali 2000); Aveiro, Portekiz (Pinho and Monsa Orgaz 2000); ve Granada, İspanya (Montavez et al. 2000); Tel-Aviv, İsrail (Saaroni et al. 2000); Fairbanks, Alaska (Magee et al. 1999); Singapur (Goh and Chang 1999); Valencia (Gomez et al. 1998); Buenos Aires, Arjantin (Figuerola and Mazzeo 1998) ve Mexico City (Jauregui and Luyondo 1998), kentlerinde yapıldığını belirtmiştir. Bu çalışmalar plancılar ve iklim bilimciler arasında teorik ve ampirik ilişkilerin kurulması açısından oldukça önemlidir. Svensson and Eliasson (2002) Diurnal Air Temperatures in Built-Up Areas in Relation to Urban Planning (Yapılaşmış Alanlarda Kent Planlama İle İlişkili Olarak Günlük Hava Sıcaklıkları) isimli çalışmalarında kentsel peyzajlarda oluşan sıcaklık değişikliklerinin enerji tüketimi ve hava kalitesini olduğu kadar insanların sağlığını ve konforunu da etkilediği ve bu yüzden kentsel planlamada hava sıcaklığı ve farklı alan kullanım kategorileri arasındaki etkileşimi bilmek gerektiği amacından yola çıkarak yaptıkları çalışmada; Guthenburg, İsveç te 18 noktada 18 aylık bir periyotta hava sıcaklığı verileri toplamışlardır. Bu veriler, Gothenburg Master Planından elde edilen alan kullanımı verileri ile birlikte hava sıcaklığı değişimi ve alan kullanımının istatistiksel analizi için kullanılmıştır. Çalışmada üç farklı yoğunluktaki yapısal alanda (yoğun kentsel, çok ailelik konut bölgesi, tek ailelik konut bölgesi) gündüz ve gece, farklı iklim koşullarında ölçüm yapılmıştır. Geceleri yapısal alanlar herzaman daha sıcaktır; bu sıcaklık farkı yoğun kentsel alanlarda bulutsuz gecelerde 8 o C ye kadar çıkmaktadır. Çok ailelik ve tek ailelik konut bölgeleri de benzer özellik göstermektedir, bu alanlarda sıcaklık farkı yaklaşık 4 o C dir. Bulutsuz günlerde, gündüz, yerleşim alanları kent dışına göre daha serindir; bu olağanüstü durum soğuk ada olarak tanımlanmıştır. Bulutlu günlerde ise bu alanlar yaklaşık 2.5 o C daha sıcaktır. Bu sonuçlardan görüldüğü üzere hava sıcaklığı yapılaşmış alanlarda günlük ve farklı hava koşullarında değişiklik göstermektedir; sorun bu sonuçların kentsel planlamayla ilişkisini kurmak; planlarımızdaki bu sonuçları doğuran durumu nasıl değiştirebileceğimizi bulmaktır. 11
Whitford et.al. (2001); City Form and Natural Process-indicators for the Ecological Performans of Urban Areas and Their Application to Merseyside-UK başlıklı çalışmada kentsel alanlar için dört temel ekolojik performans indikatörünü tanımlayarak kentleşmenin yüzey sıcaklığı, hidroloji, biyolojik çeşitlilik üzerine etkileri ile ilgili deneysel araştırmalar yapmışlar ve ekolojik performans üzerinde yeşil alan miktarının ve ağaçlık alanların en fazla etkili olduğunu tespit etmişlerdir. Kentsel ısı adası etkisi ve yeşil alanların sıcaklık üzerine etkilerini inceleyen bir başka araştırma Upmanis et al. (1998) tarafından yapılmıştır. The Influence Of Green Areas On Nocturnal Temperatures In A High Latidude City (Göteborg, Sweden) (Yüksek Bölgedeki Bir Kentte Yeşil Alanların Gece Sıcaklıklarına Etkisi) başlıklı bu çalışmada Göteborg daki 3 kentsel park ve çevresindeki yerleşim alanlarındaki hava sıcaklığı deseni 1,5 yıllık bir periyotta araştırılmıştır. Çalışmada hem mobil ölçümler yapılmış hem de sabit istasyonlar kurulmuştur. Mobil ölçümlerde, araca monte edilen ölçüm aletleri kullanılmıştır. Bu aletler, araç hareket ederken her 10m de bir ölçüm yapmakta ve veriyi aracın içindeki bilgisayara her 5 dakikada bir aktarmaktadır. Sabit istasyonlardan da veri toplanmıştır. 14 ölçüm aleti (10x10x5 cm büyüklüğünde) yerden 2.5 m yüksekliğe monte edilmiştir. Saeve havaalanındaki (kent merkezinden 9 km kuzeybatıda yer alan) meteorolojik istasyon kırsal istasyon olarak kullanılmıştır (Ölçümler gökyüzünün bulutsuz ve rüzgarın düşük şiddette olduğu gecelerde yapılmıştır). Bu çalışma sonucunda ortaya çıkan karakteristik sıcaklık profilleri şöyle özetlenebilir: büyük parklarda sıcaklık farkı ( tu-p ) daha yüksektir ve çevresine etkisi daha fazladır. Özellikle bu fark gün batarken, park ve yerleşim alanında çok belirgindir. Park ve yerleşim alanının sınırında sıcaklık aniden değişmekte, bu fark 500 m de 2 o C olmaktadır. Gün batımından 3,5 saat sonra, parkın yerleşim alanının sınırındaki serin etkisi artmakta ve 1500 m de 3 o C olmaktadır. Daha küçük parkların serinletici etkisi daha azdır. Sıcaklık farkının etki alanı ve büyüklüğü, parkın büyüklüğüne, park içinde kullanılan bitkisel materyalin yoğunluğuna (parkın kapalılığına), yapısal çevredeki doluluk boşluk oranına, hakim yerel hava koşullarına (rüzgar hızı ve bulutluluk), alanın bulunduğu iklim zonuna ve günün hangi saatinde ölçüm yapıldığına bağlıdır. En büyük 12
sıcaklık farkı büyük parklarda bulunmuştur. 2,5 ha büyüklüğe kadar olan parklarda bu fark 1,5-4 o C arasında değişmektedir (Upmanis et al. 1998). Gomez et al. (1998) Vegetation and Climatic Changes in a City (Bir Kentte Vejetasyon ve İklim Değişimleri) isimli çalışmalarında Valencia-İspanya daki ısı adası etkisini incelemiş; aynı zamanda modern kentsel planlamada ekolojik mühendislik için temel veri olacak yeşil alanların kentsel sıcaklığın dağılımı üzerindeki etkisini araştırmıştır. Çalışmada yöntem olarak kent içinde araçla ölçüm yapılmıştır. Ölçümler 15 Ocak-25 Şubat 1995 tarihleri arasında Valencia nın istatistiksel olarak en soğuk olduğu zamanda yapılmıştır. Ölçümler gece, 22 farklı noktada, yoğun kentsel alanlar ve parklarda yapılmış, ölçüme saat 23.00 de başlanmıştır. Ölçüm yapılan alan 18 km uzunluğundadır (Gomez et al. 1998). Sonuçlar 12 Şubat 1995 de saat 23.00 de en yoğun kentsel ısı adası etkisini ortaya koymuştur. Kent merkezi ve kent dışındaki alanlar arasında 5 o C nin üzerinde bir fark tespit edilmiştir. Yeşil alanlarda ise kentin maksimum sıcaklığından yaklaşık 2,5 o C lik bir fark tespit edilmiştir (Gomez et al. 1998). Spranken-Smith and Oke (1998), The Thermal Regime of Urban Parks in Two Cities with Different Summer Climates isimli çalışmalarında Vancouver (BC) de park alanlarının genelde 1-2 C hatta ideal koşullarda 5 C ye kadar daha serin, Sacramento (CA) da ise 5-7 C daha serin olduğunu belirlemişlerdir. Parkın büyüklüğü, ağaçların sıklığı ve park içindeki donatılar serinlik etkisinin oluşumunda oldukça önemlidir. Emmanuel (1997), Summertime Heat Island Effects of Urban Design Parameters isimli Ann Arbor (ABD) da yaptığı çalışmasında konfor göstergelerine dayalı olarak yaz aylarında bölgede ölçümler yapmıştır. Çalışmanın amacı termal konfor ve yapı yoğunluğu, yer yüzeyi örtüsü ve vejetasyonun iklime etkisinin tanımlanmasıdır. Bu 13
sonuçlara bağlı olarak Ann Arbor un kent merkezi için kentsel tasarım stratejileri geliştirilmiştir. Yabancı literatürdeki bu araştırmalar incelendiğinde ısı adalarına ilişkin çalışmaların 10-15 günlük periyotlarda, tek bir mevsimde ya da tüm mevsimleri içerecek şekilde; sadece ısı adası etkisinin yoğun olduğu saatlerde ya da günlük; sabit ya da mobil ölçüm aletleriyle; sadece yeşil alanlarda ya da yapı adalarında; üst ölçeklerde ya da yerel ölçekte yapıldığı görülmüş ve bu örneklerden de referans alarak araştırmanın amacına uygun yöntemler tespit edilmiştir. 1.2.2 Kentsel ısı adalarına ilişkin ülkemizde yapılan çalışmalar YÖK kütüphanesi ve diğer kütüphanelerde ve internet ortamında yapılan araştırmalarda Türkiye de yapılan şu araştırmalara ulaşılmıştır: Urban Heat Island Effect In Istanbul City ( İstanbul Kentinde Kentsel Isı Adası Etkisi ) isimli tez çalışmasında Eljadid (1994), İstanbul da ısı adası oluşumu üzerine şehir içi ve şehir dışı kırsal bölgelere ait sıcaklık, rüzgar hızı ve bağıl nem parametrelerinin etkisi analiz edilmiş, çeşitli faktörler ile aralarındaki karmaşık girişimi açıklanmış ve İstanbul şehri için ısı adası paternlerinin varlığını araştırmıştır. İstanbul şehri, yaklaşık 5700 m 2 lik bir alanda 1991 sayımına göre 8 milyon insanın Avrupa ve Anadolu yakasında yaşadığı bir kenttir. Genel iklim özellikleri bakımından İstanbul şehri Karadeniz ve Marmara denizlerinin etkisi altında bir geçiş iklimi tipini yaşamaktadır. Bu çalışma için seçilen Devlet Meteoroloji İstasyonları içerisinde Göztepe ve Kartal yoğun yerleşim bölgesi karakteri taşımakta, Kumköy, Şile ve Florya ise yerleşim yoğunluğunun nispeten az olduğu, kırsal bölge karakterinin hakim olduğu bölgeleri temsil etmektedir (Eljadid 1994). Bu çalışmada 2 kontrast mevsim olan yaz ve kış mevsiminde kullanılan meteorolojik parametreler için 1989-1990 ve 1991 yılları seçilmiştir. İstanbul da kış mevsimini karakterize etmek üzere Kasım, Aralık, Ocak ve Şubat ayları; yaz mevsimini karakterize etmek üzere de Haziran, Temmuz, Ağustos ayları seçilmiştir. Bu istasyonlarda 14
kullanılan sıcaklık değerleri açık gökyüzü hali ve güneşin batışından sonraki saatleri işaret etmek üzere de 21.00 gözlemi göz önüne alınmıştır (Eljadid 1994). Araştırma sonucunda Göztepe ve Kartal gibi yoğun yerleşim bölgelerinde, Kumköy, Florya ve Şile gibi yoğun yerleşimin olmadığı oldukça kırsal alan içeren bölgelere nazaran yüksek sıcaklıklar gözlenmiştir. Isı adası şiddetinin bulutsuz gökyüzü hallerinde rüzgar şiddeti ile birlikte yapılan analizler sonucunda ise ısı adası ve rüzgar hızı arasında ters bir etkileşimin olduğu bulunmuştur. 1 m/sn den daha az rüzgar şiddetinin meydana gelmesi halinde bir etki ortaya çıkmaktadır. Kış mevsiminde şehirkırsal bölge sıcaklık farkları ve ortalama rüzgar hızları birlikte incelendiğinde en yüksek değerli ısı adası şiddetinin Kasım ayında 5,3 0 C olarak Kartal-Şile arasında ve en düşük şiddette ise Aralık ayında 0,2 0 C olarak Kartal-Florya istasyon çifti için bulunmuştur (Eljadid 1994). İstanbul da kış ve yaz mevsimlerinde gece dönemlerine ait bağıl ve mutlak nem şehir ve kırsal bölgede yüksek, gündüz ise daha düşük değerlerde bulunmuştur. Bununla beraber kırsal alanlarda yerleşim bölgelerine göre daha yüksek nem olduğu ve ayrıca şehir ve kırsal alanlardaki en yüksek bağıl nemin kış aylarında ve en düşük değerin ise yaz aylarında meydana geldiği görülmüştür. Bu durum kış mevsiminde şehrin yüksek antropojenik nem üretimi ile uyum sağlamaktadır. Sonuç olarak kırsal bölge ve yerleşim alanlarını temsil eden bölgelerde çeşitli kriterler göz önüne alınarak yapılan analizler İstanbul şehrinin karakteristik bir ısı adası desenine sahip olduğunu göstermiştir (Eljadid 1994). Ankara Kentinde Çevre İlişkileri Açısından İklimsel Verilerin Değerlendirilmesi Üzerine Bir Araştırma başlıklı Demirel (1994) tarafından yapılan çalışmada genel olarak iklim verileri ve fiziksel planlamadaki öneminden bahsedilmiş, Ankara dan iklim faktörleri ve bu faktörleri etkileyen 1923 ten günümüze kadar olan planlı-plansız gelişmeler, imar mevzuatımız ve uluslar arası sözleşmeler, çevre, iklim, planlama açısından değerlendirilmiş, ilk ve son toplu konut örnekleri olan Bahçelievler ve Eryaman yerleşmelerinde örnekleme yapılmıştır. Sonuçta iklim verilerine dayalı nasıl bir fiziksel planlama yaklaşımı üretilmesi gerektiği önerilmiştir. 15
Effects of Urbanization on Climate of İstanbul and Ankara ( Kentleşmenin İstanbul ve Ankaranın İklimine Etkileri ) isimli çalışmada Karaca, Tayanç ve Toros (1995) tarafından Türkiye nin iki büyük kenti olan İstanbul ve Ankara da bölgesel iklim değişikliği incelenerek kentleşmenin bu kentlerin iklimine etkileri tespit edilmiştir. Bu çalışmada İstanbul ve Ankara nın hava sıcaklığı (ortalama, max. ve minimum) verileri analiz edilerek kentleşmenin muhtemel etkileri saptanmıştır. Trend analizi için doğrusal regresyon ve Mann-Kendall testi kullanılmıştır. Meteoroloji istasyonlarından alınan verilere bağlı olarak İstanbul un yüksek yoğunluğa sahip ve sanayileşmiş güney kesimlerinde sıcaklıklarda bir yükseliş trendi gözlenmiştir. İstanbul un kuzey istasyonlarından alınan verilere göre ise bölgesel soğuma eğilimi tespit edilmiştir. Ankara kentine ilişkin analizlerde ise Ankara nın kent geometrisi ve hava kirliliği problemine rağmen sıcaklık eğilimi görülmemiştir. Detecting Climate Change in Turkey: An Investigation of Urban Effects (Türkiye de İklim Değişimi: Kent Etkilerinin Tespiti) isimli tez çalışmasında Tayanç (1995) Türkiye deki iklim değişimini hesaplayabilmek ve kentleşmenin etkisinin iklim değişimi üzerindeki boyutlarını belirleyebilmek için 1951-90 periyodunda homojen bulunmuş 50 istasyonun ve homojenlik açısından ayarlanmış 4 istasyonun sıcaklık serileri kullanılmıştır. Çalışmada büyük kent istasyonlarını içeren S1 ve kırsal, küçük ve orta büyüklükteki kent istasyonlarını içeren S2 olmak üzere iki küme oluşturulmuştur. Normalize edilmiş Kendall trend testi katsayılarını, uzaysal enterpolasyon yöntemi, Kriging ile gridleyerek sıcaklıktaki trendin kontur şekilleri oluşturulmuştur. Bulgular, ortalama sıcaklıklarda özellikle kuzey bölgelerinde olmak üzere istatistiki olarak belirgin bir soğuma ve minimum sıcaklıklarda ise kentleşmiş bölgeler civarında ısınma ortaya koymuştur. Mevsimsel analiz, belirli soğumanın genelde yaz aylarında, ısınmanın ise ilkbaharda yaygın olduğunu göstermiştir. Zaman serileri üzerinde uygulanmış lineer regresyon metodu, 40 yıllık periyod boyunca ortalama sıcaklıklarda 0.24 o C ve minimum sıcaklıklarda 0.56 o C lik belirli bir kentsel etkinin olduğunu açığa çıkarmıştır. 0.24 o C/40 yıl lık bir kentsel etki dünyanın üç ayrı bölgesinde bulunandan çok daha büyüktür. Türkiye geneli için ortalama alındığında, kırsal istasyon kümesi S2, ortalama sıcaklıklarda 0.40 o C/40 yıl büyüklüğünde bir soğumanın olduğunu göstermektedir. Türkiye deki büyük kentlerin saat 21.00 deki ortalama sıcaklık 16
serilerinin bireysel analizi, en şiddetli bölgesel ısınmanın ilkbaharda ve en zayıfının ise sonbahar ve kış mevsimlerinde olduğunu ortaya koymuştur. Sıcaklığın tam aksine, yağış serilerinde istatistiki olarak belirgin bir kentsel etkiye rastlanmamıştır (Tayanç 1995). Araştırmada mikro ölçekli analizlerde Türkiye deki büyük kentlerin bölgesel iklimine ve kentsel ısı adası etkisine bakılmıştır. Ankara da bu analizlerde incelenen kentler arasındadır. Çalışmada yöntem olarak kırsal ve kentsel alanlardaki meteorolojik istasyonların sıcaklık farklılıkları incelenmiş; Ankara-Merkez (kentsel), Polatlı (yarı kentsel), Esenboğa (kırsal), Kızılcahamam (kırsal) meteoroloji istasyonlarına ait maksimum, ortalama ve minimum sıcaklık değerleri karşılaştırılmıştır. Araştırma bulgularına göre; Ankara (Merkez)-Esenboğa istasyonları farkı ( T Ankara-Esenboğa ) minimum sıcaklık serilerinde artış göstermektedir; maksimum ve ortalama sıcaklık serilerinde de benzer bir eğilim gözlenmiştir. Ankara (Merkez)- Polatlı ( T Ankara-Polatlı ) istasyonları farkı minimum sıcaklıklarda güçlü bir artış, maksimum ve ortalama sıcaklıklarda ise zayıf bir artış göstermiştir. Ancak, Kızılcahamam ve Ankara istasyonları arasında beklenmedik bir eğilim görülmüştür. Bu istasyonlar arasında, maksimum sıcaklık serilerinde güçlü bir artış, minimum sıcaklıklarda ise güçlü bir azalış gözlenmiştir. Bu, ancak topografyanın etkisiyle açıklanabilmektedir. İki istasyon arasında yer alan dağlar bu bölgelerin benzer mikroklimaya sahip olmalarını engellemektedir (Tayanç 1995). Sonuçta Ankara da maksimum kentsel ısı adası etkisi Ankara (Merkez)-Polatlı istasyonları arasında, 0.0299 o C/yıl bulunmuştur ( Bu değer İstanbul için Göztepe ve Kumköy istasyonları arasında 0.0297 o C/yıl bulunmuştur) (Tayanç 1995). Akay (1996) tarafından yapılan Kentsel Mekanlarda Oluşan Isı Adası Etkisinin Azaltılmasında Sürdürülebilir Peyzajın Öneminin Ankara Kenti Örneğinde Araştırılması konulu çalışmada kentlerde büyük sorun yaratmaya başlayan ısı adası etkisi tanımlanmış, ortaya çıkışına etki eden doğal ve kültürel etmenler araştırılmıştır. Bu sorunun çözümünde Peyzaj mimarlığı açısından alınabilecek önlemlerin neler olduğu konusunda bir yaklaşım getirmek amaçlanmıştır. 17
Çalışma alanı olan Ankara kentinde oluşan ısı adası etkisini ortaya koymak için biri kentsel (Ankara Merkez), diğeri de yarı kırsal (Ankara-Esenboğa) olmak üzere iki meteoroloji istasyonunun değerleri alınmıştır. Bu iki istasyona ait ortalama sıcaklık, maksimum, minimum sıcaklık ortalamaları, nisbi nem ortalamaları, rüzgar hızı, yağış gibi iklimsel veriler arasındaki farklılıklardan Ankara kentinde oluşan ısı adası etkisi saptanmıştır. Bunun yanı sıra ısı adalarının önemli bir belirleyicisi olan beton, asfalt, bitki örtüsü, su yüzeyleri, toprak gibi peyzaj elemanlarına gelen net radyasyon miktarları Ankara Merkez ve Esenboğa için hesaplanmış ve aradaki farklılıklardan yola çıkarak ısı adası etkisi ortaya konmuştur. Aynı zamanda bu etkiye neden olan morfolojik, topografik, iklimsel özellikler gibi doğal özellikler, kentsel ve endüstriyel gelişmeler gibi kültürel özellikler incelenmiştir. Isı adası etkisi saptanırken regresyon analizleri, t-testi, Friedman testi gibi istatistiksel analiz ve karşılaştırma yöntemlerinden yararlanılmıştır. Çalışmanın son aşamasında ısı adası etkisini iyileştirmek için peyzaj mimarlığı açısından, özellikle sürdürülebilir planlama ve tasarım çalışmaları doğrultusunda alınması gereken önlemlerin neler olduğu ortaya konmuş ve Ankara kentinde uygulanabilirliği tartışılmıştır. Urbanization Effects on Regional Climate Change in the Case of Four Large Cities of Turkey isimli çalışmada Tayanç ve Toros (1997) Adana, İzmir, Gaziantep ve Bursa kentlerinde; dört kentsel istasyon ve yakınlarındaki kırsal istasyonlara ait veriler 1951-1990 periyotları arasında günlük en düşük sıcaklıklarda ve saat 21.00 sıcaklık serilerinde bir sıcaklık eğilimi gözlenmiştir. Bu değişim kentsel ısı adası için bir göstergedir. Sıcaklık farklılıkları verilerinden elde edilen maksimum kentsel ısı adası etkisi yoğunluğunun eğilimi, Oke (1973) un Avrupa kentleri için geliştirdiği formül ile uyuşmaktadır. Saat 21.00 sıcaklık serilerinden elde edilen mevsimlik analizler bölgesel ısınmanın ilkbaharda en güçlü, sonbahar ve kış mevsimlerinde ise en düşük olduğunu göstermiştir. Mann-Kendall trend testi sıcaklık farklılıkları serilerine uygulanmış ve bütün kentsel alanlarda kentsel ısı adası etkisi tespit edilmiştir. Diğer taraftan yağışta belirgin bir kentsel etki tespit edilmemiştir. 18