پهنه بندی زیست اقلیم انسانی ایران

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

دکتری اقلیم شناسی، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران

چکیده

در تحقیق حاضر با استفاده از شاخص دمای معادل فیزیولوژیک (PET)، که جزء جامع‌ترین و پرکاربردترین شاخص های زیست اقلیم انسانی است، سطح کشور در مقیاس ماهانه پهنه‌بندی شد. با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی[1] (GIS مقادیر محاسبه شده PET برای101 ایستگاه کشور با داده های محیطی(ارتفاع، طول و عرض جغرافیایی) ترکیب و نقشه های زیست اقلیم انسانی تهیه شد. براساس نقشه های ترسیم شده مقادیر شاخص PET از شمال به جنوب و از غرب به شرق کشور افزایش می یابد اما نقش ارتفاعات در شکل دهی شرایط زیست اقلیمی بسیار پررنگتر از طول و عرض جغرافیایی است. از حیث مساحتی که در منطقه آسایش اقلیمی قرار دارد مهر ماه با32 درصد از مساحت در رتبه اول قرار گرفته است و مطلوبترین شرایط زیست اقلیمی را داراست. در همین ارتباط در دی ماه 93 درصد از سطح کشور دارای تنش های سرمایی است و بعد از آن تیر ماه با تنش های گرمایی که در85 درصد از سطح کشور وجود دارد، بدترین شرایط زیست اقلیمی را دارا است. بیشترین و کمترین ضریب تغییرات مکانی زیست اقلیمی کشور بترتیب مربوط به دی و تیر ماه است. بر اساس365 نقشه روزانه زیست اقلیم انسانی، متوسط دمای معادل فیزیولوژیک سالانه کشور 2/18 درجه سانتیگراد است. روند تغییرات سالانه PET  نشان داد بازه زمانی آسایش اقلیمی در کشور کوتاه و به صورت دو دوره مجزا در ابتدا و انتهای فصل سرد سال واقع شده است. نتایج حاصل از این تحقیق می تواند در برنامه ریزی های محیطی، امور گردشگری و تورگردانی، ساخت و ساز و مسکن، بهینه سازی مصرف انرژی، پزشکی و سلامت، ورزشی و ... به کار گرفته شود.
[1]. Geographical Information System

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Human Bioclimatic Zoning of Iran

نویسنده [English]

  • R. Esmaili
چکیده [English]

Introduction Human bioclimatology science expresses complex effects of meteorology variables on the human’s body in a simple way throughout the bioclimatic indices. So far, over 200 bioclimatic indices are presented which the thermo physiological indices derived from human body’s heat balance equations have more acceptability. Physiological Equivalent Temperature (PET) index are using widely in bioclimatology studies.  In this regard, zoning of human bioclimatic conditions of Greece was performed with PET index in monthly scale (Matzarakis, 2001). Also, zoning of bioclimatic conditions of Hungary with PET index (Gulyasa and Matzarakis, 2009) and of the world with PET and PMV indices (Jendritzky and Tinz, 2009) were another studies of this matter. There are few limited and local studies on PET index in Iran, so the subject of this research was zoning of bioclimatic condition in this country. Materials and Methods In this research, the daily data of 101 synoptic stations were used. Data includes: temperature (oC), relative humidity (%), wind speed (m/s), cloudiness (octa), water vapor pressure (hpa) in the years of 1988 to 2007 (20 years period). The PET index was calculated for each station with using Rayman 1.2 software model. The multivariable regression model was used to derive relations of PET index and latitude, longitude and altitude. ArcGIS 9.3 were used to zoning PET index in Iran. Results and discussions There are very different bioclimatic conditions in month of April, in which there is heat stress in over the 36o latitude and cold stress under this region. The 19 percents of the Iran’s area were in the comfort region. In the month of May, cold stress was limited to the mountainous regions on north and northwest and heat stress to the southern seashore. There are no cold stress in June and July. There is decrease of heat stressed regions in month of august with relation to the July. The comfort regions were at the maximum level in mount of September (32.2%) and the October is the mount which cold stress starts. Based on November’s PET map, there is no heat stress in Iran and only the southeastern seashore (5% of area) has the comfort situation. In the month of December, there is most severe and vast cold stress situation which extended to the 57.6% of whole area. There are more comfort conditions in month of March relation to the prior months (10.6% of area) and in which extended parallel to the seashore regions, from the Chabahar (south east) to the Ahwaz (south west). According to the Spatial variation coefficient of PET it can be concluded that the month of July and Day has the lowest and highest variation coefficient (4.9 and 185%) respectively. Also there are two separate time periods of comfort conditions. 1: start of warm period and 2: start of cold period of the year. Conclusion The result showed altitude role in shaping the bioclimatic conditions is much more latitude and longitude. The result of the monthly bioclimatic maps showed in terms of the comfort zone is an area October (32 percent of the area) is ranked in first and bioclimatic condition has the best desirable. In January ,93 percent of  country  area is cold stress and then  heat stress  in July  that  there  has the 85 percent  of the country , worst  bioclimatic conditions. The highest rate of the bioclimatic spatial coefficient variation in January and lowest is in July. Based on mean of 365 daily bioclimatic maps, mean annual of physiologic equivalent temperature is 18.2 centigrade. The annual trend of PET showed that climate comfort time frame is short and located from two distinct period times, the first period after the cold season and second period occurs at the end warm season. Result from  this research can be used in environmental panning , tourism and recreations , health and medical , construction and housing , energy efficiency ,sport  and  etc .

کلیدواژه‌ها [English]

  • Physiologic equivalent temperature (PET)
  • Iran bioclimatic
  • Climate Comfort
  • GIS
  • Zoning

مقدمه

علم زیست اقلیم شناسی انسانی[1] شاخه جدیدی از علم اقلیم شناسی است که از همکاری علوم زیست شناسی انسانی و اقلیم شناسی کاربردی تشکیل و توسعه یافته است. هدف از این علم ارزیابی تاثیرات هوا و­اقلیم برروی موجودات زنده بخصوص انسان می‌باشد ­(کاویانی،1372).

اصولاً زیست اقلیم شناسی انسانی اثر پیچیده و توامان متغیرهای آب و هوایی را بر بدن انسان به شکلی ساده و در قالب شاخص­های زیست اقلیمی ارائه می­کند. این شاخص­ها غالباً به صورت عددی بیان می­گردند تا برای عموم قابل درک باشند و علاوه بر آن امکان مقایسه مکان های مختلف از دیدگاه زیست اقلیمی فراهم گردد­­ ­(De freitas, 2001).

تاکنون بالغ بر 200 شاخص زیست اقلیمی ارائه شده است که از این میان شاخص های ترموفیزیولوژیک[2] که از معادله بیلان انرژی بدن انسان مشتق می‌شوند از مقبولیت بیشتری برخوردارند. شاخص دمای معادل فیزیولوژیک[3] (PET) که از مدل بیلان انرژی[4](MEMI)  حاصل می­گردد، به صورت گسترده ای در ارزیابی های زیست اقلیم انسانی بکار گرفته می‌شود. این شاخص در سال 1999 توسط هپ (Hoppe, 1999) به عنوان یک شاخص جهانی جهت مطالعات زیست اقلیمی معرفی گردید که به دلیل جامعیت، توجه بسیاری از محققان و کاربران اطلاعات اقلیم شناسی انسانی را به خود جلب کرد. ماتزاراکیس (Matzarakis, 2001) مدل نرم‌افزاری ریمن[5] را ارائه کرد که کار محاسبه پیچیده و وقت­­گیر معادلات بیلان انرژی را ساده کرد و با قابلیت محاسبه متوسط دمای تابشی[6] امکان محاسبه شاخص‌های ترموفیزیولوژیک PMV[7], PET , [8]SET را فراهم کرد.

در همین رابطه پهنه‌بندی زیست اقلیم انسانی یونان با استفاده از شاخص PET در مقیاس ماهانه صورت گرفت (Matzarakis, 2001).­­ در تحقیقی دیگر گلیاسا و ماتزاراکیس (Gulyasa and Matzarakis, 2009) با استفاده از شاخص PET پهنه بندی کشور مجارستان را انجام دادند. جیندرتزکیو تینز (Jendritzky and Tinz, 2009) نقشه زیست اقلیم انسانی را در مقیاس جهانی و با استفاده از شاخص­های ترموفیزیولوژیک PMV وPT (بر گرفته از شاخص PET) تهیه کردند.

تامسونو همکاران (Thomson et al., 2008) با استفاده از شاخص PET به ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر روی سلامتی و آسایش اقلیمی در مقیاس جهانی پرداخته است. در تحقیقاتی دیگر وضعیت زیست اقلیم انسانی محیط شهری دارالسلام تانزانیا (Ndetto & Matzarakis, 2013) و والنسیای اسپانیا (Gomez et al., 2008) توسط شاخص PET مورد بررسی قرار گرفت.

در ارتباط با تحقیقات زیست اقلیم انسانی در ایران کسمایی­ (1369) با استفاده از شاخص های اولگی[9] و گیونی[10] سطح ایران را پهنه­بندی کرد. کاویانی (1372) با استفاده از شاخص ترجونک[11] نقشه بیوکلیماتیک ایران را تهیه کرد. فرج زاده و احمد آبادی (1389) با استفاده از شاخص [12]TCI شریط آب و هوای ایران را برای گردشگران بررسی کردند. اما محدود مطالعاتی که با استفاده از نسل نوین شاخص­های زیست اقلیمی­(ترموفیزیولوژیک) صورت گرفته است به صورت مطالعات موردی است. در همین ارتباط ذوالفقاری (1387) با استفاده از شاخص PET و PMV شهر تبریز را مورد مطالعه قرار داد. فرج­زاده و­ماتزاراکیس (Farajzadeh & Matzarakis, 2012) وضعیت زیست­­اقلیم انسانی دریاچه ارومیه را مطالعه کردند. اسماعیلی و منتظری (1392) وضعیت بیوکلیماتیک مشهد را در مقیاس ساعتی بررسی کردند. در تحقیقی دیگر با استفاده از شاخص PET، نقشه زیست اقلیم انسانی خراسان رضوی تهیه شد (اسماعیلی و همکاران،1390). با توجه به تحقیقات صورت گرفته شده مشخص می‌شود که کل ایران به صورت فضایی مورد ارزیابی قرار نگرفته است، لذا هدف از این تحقیق پهنه بندی زیست اقلیم انسانی ایران و شناخت ویژگی های فضایی آن در مقیاس ماهیانه است.

 

شاخص زیست اقلیم شناسی انسانی

امروزه عقیده بر این است که جهت ارزیابی تاثیرات آب و هوا بر بدن انسان باید اثرات تلفیقی همه پارامتر های اقلیمی و اجزاء حرارتی محیط در نظر گرفته شود (Buttner, 1938). یک چنین دیدگاهی منجر به ارائه و توسعه مدل‌های بیلان انرژی بدن انسان گردید که از دهه 1960 در ارزیابی آسایش حرارتی انسان بیش از پیش پذیرفته شد. این مدل ها شاره های تابشی (امواج کوتاه و بلند) بین بدن انسان و محیط را با استفاده از عوامل تجربی متعدد محاسبه می­کنند. داده های خروجی این مدل ها، شاخص های زیست اقلیمی مختلفی هستند که دامنه تنش های فیزیولوژیک را به صورت کمی­ در می­آورند  (Hoppe, 1999; Matzarakis et al, 1999; Spagnolo and De Dear, 2003; Fanger, 1972; Jendritzky  & Tinz, 2009)    

اولین مدل بیلان حرارتی را فانگر در سال 1972 (Fanger, 1972) ابداع و تشریح کرد. دو دهه بعد جندرتزکی و همکارانش  موفق شدند روش پیچیده فانگر ­­را با اختصاص متغیرهای مناسب برای شرایط بیرون نیز تنظیم کنند که امروزه تحت عنوان  MEMI(مدل بیلان انرژی برای افراد) شناخته می‌شود (Thomson et al., 2008). مدل MEMI یکی از مدل های بیلان انرژی ترموفیزیولوژیک است که مبنای بدست آوردن شاخص­هایPMV وPET  محسوب می‌شود. این مدل بر مبنای معادله بیلان حرارتی بدن انسان استوار است و معادله آن به شرح ذیل است (Hoppe, 1999):

M +W + R +C + E D + E Re + E Sw + S = 0          معادله - (1)                                     

در این معادله:             

=M نرخ سوخت و ساز بدن،=W خروجی کار فیزیکی،= R  تابش خالص بدن،C  =جریان حرارت همرفتی،=ED  جریان حرارت نهان تبخیری آب از پوست،=ERE  مجموع جریان های حرارتی موثر در گرمایش و تبخیر و تعرق و=ESW  جریان هوای موثر در تبخیر و تعرق بدن می‌باشد. ­ ­PET(بر حسب درجه سانتیگراد) در میان خروجی های مدل MEMI از جامع ترین و پرکاربردترین شاخص ها جهت ارزیابی شرایط زیست اقلیم انسانی محسوب می‌شود (Matzarakis, 2007). هنگام حل کردن معادله انرژی بدن انسان، می توان وضعیت گرمایی بدن را برای ترکیب معینی از متغیرهای اقلیمی، فعالیت و نوع پوشش (که توسط شاره های تابشی، دماهای بدن و نرخ تعرق تعیین می‌شود) برآورد نمود. در تعریف این شاخص برای موقعیت بیرون از منزل می­توان گفت دمایی است که در طی آن در یک اتاق نمونه بیلان حرارتی بدن (نرخ سوخت و ساز با کار سبک 80 وات بر نرخ سوخت و ساز پایه و ارزش نارسایی لباس در حد 9/0­کلو) با دمای محیط پوست و­ دمای مرکزی بدن در شرایط بیرون از منزل در تعادل باشد  (Hoppe, 1999; Matzarakis, 2007; VDI. 1998).

این شاخص واحد گسترده و شناخته شده­ای به نام درجه سانتیگراد دارد و نتایج حاصل از آن برای کاربرانی از قبیل طراحان، برنامه ریزان، گردشگران و حتی عموم مردم که با اصطلاحات زیست اقلیم شناسی انسانی آشنا نیستند، بسیار آسان و قابل درک می‌باشد. آستانه­های عددی همراه با درجات مختلف حساسیت دمایی و تنش های فیزیولوژیکی شاخص PET در جدول1 آورده شده است.

 

 

جدول1- مقادیر آستانه شاخصPETدر درجات مختلف

حساسیت انسان (Matzarakis et al., 1999)

PET oC

حساسیت گرمایی

درجه تنش فیزیولوژیکی

 

بسیار سرد

تنش سرمایی بسیار زیاد

4

 

 

 

سرد

تنش سرمایی زیاد

8

 

 

 

خنک

تنش سرمایی متوسط

13

 

 

 

کمی خنک

تنش سرمایی اندک

18

 

 

 

آسایش

بدون تنش

23

 

 

 

کمی گرم

تنش گرمایی اندک

29

 

 

 

گرم

تنش گرمایی متوسط

35

 

 

 

داغ

تنش گرمایی زیاد

41

 

 

 

بسیار داغ

تنش گرمایی بسیار زیاد

 


داده­ها و روش­ها

در تحقیق حاضر از 101 ایستگاه همدیدی که دارای بیشترین دوره آماری مشترک بودند، استفاده شده است. موقعیت مکانی این ایستگاه­ها در شکل 1-الف نشان داده شده است. داده‌های روزانه متغیرهای درجه حرارت (سانتیگراد)، رطوبت نسبی (درصد)، سرعت باد (متر بر ثانیه)، ابرناکی(اکتا) و فشار بخار آب (هکتوپاسکال) برای دوره آماری 1988 الی 2007 (20 ساله) از سازمان هواشناسی کشور اخذ شد. بعد از بر طرف کردن خلاهای آماری، داده‌های جمع آوری شده بر اساس تقویم شمسی مرتب شدند.

با استفاده از مدل نرم افزاری ریمن 2/1 (Matzarakis, 2001) شاخص زیست اقلیمی PET در مقیاس روزانه برای 101 ایستگاه محاسبه و بر اساس مقادیر روزانه، متوسط هر ماه بدست آورده شد. مدل ریمن جهت محاسبه شاخص PET به چهار دسته متغیر نیازمند است (اسماعیلی و همکاران، 1389) که به شرح زیر وارد مدل شدند:

1- دسته اول شامل متغیرهای موقعیتی شامل: طول، عرض و ارتفاع می‌باشد. ­این دسته از اطلاعات برای هر ایستگاه یک بار به مدل وارد می‌گردد.

2- دسته دوم متغیرهای اقلیمی­شامل: درجه حرارت هوا بر حسب سانتی‌گراد، فشار بخار آب بر حسب هکتوپاسکال، ­رطوبت نسبی بر حسب درصد، سرعت باد برحسب متر بر ثانیه و میزان ابرناکی بر حسب اکتا می‌باشد.

3 - دسته سوم متغیرهای فردی شامل ویژگی‌های فیزیولوژیک موثر شامل: قد، وزن، سن و جنسیت می‌باشد (بطور پیش فرض قد175 سانتیمتر، وزن 75 کیلوگرم، سن 35 سال و نوع جنسیت مرد به مدل وارد شده است).

 4- دسته چهارم متغیرهای مربوط به نوع پوشش و فعالیت می‌باشد (بطور پیش فرض ارزش نارسایی لباس 9/0 کلو و میزان فعالیت 4 کیلومتر بر ساعت در نظر گرفته شده است).

متاسفانه عدم دسترسی به داده های شبکه ای تولید شده موثق یکی از مشکلات عمده در تحلیل فضایی متغیرهای اقلیمی در ایران است که استفاده از شبکه ایستگاه­های همدیدی کم تراکم و ناهمگن را اجتناب ناپذیر می کند. در تحقیق  حاضر استفاده از روش های معمول درونیابی (IDW1،­­Spline، kriging ) به دلیل خطای زیاد تولید شده مورد استفاده قرار نگرفت. ازاین­رو­ بعد از بررسی­های آماری و با توجه روابط معنادار که بین مقادیر شاخص زیست اقلیمی(PET) ایستگاه ها و عوامل محیطی(طول ، عرض و ارتفاع) وجود داشت، از روش رگرسیون چند متغیره جهت تولید نقشه­ها استفاده شد. در حقیقت روش رگرسیون یک مدل ریاضی- آماری است که توصیف همبستگی بین دو یا چندین متغیر را بیان می کند. معادله کلی آن به شرح زیر است:

        معادله – (2)                                

با توجه به این معادله می توان مقادیر متغیر تابع (PET) را با استفاده از مقادیر مستقل (X,Y,Z) تخمین زد. اسوینسون و همکاران (Svenson et al., 2003) شاخص PET را تابعی از ارتفاع ، نوع کاربری اراضی و فاصله تا ساحل در نظر گرفتند و با استفاده از این روش نقشه زیست اقلیمی گوتنبرگ سوئد را تهیه کردند. در تحقیقاتی دیگر ارتفاع ، طول و عرض جغرافیایی به عنوان عوامل مستقل در تهیه نقشه زیست اقلیم انسانی لهستان­ (Blazejczyk & Matzarakis, 2007) و مجارستان­ (Gulyasa & Matzarakis, 2009) در نظر گرفته شد. بررسی‌های آماری و استخراج معادلات در محیط نرم افزارMinitab 16 انجام شد. اعمال معادلات رگرسیونی­ و ترسیم نقشه‌ها در محیط نرم افزار9.3 ARC GIS و با استفاده از تابعRaster Calculator  صورت گرفت. بدیهی است جهت ترسیم نقشه های مدنظر در محیط GIS می­بایست در معادله به جای عوامل مستقل شناسایی شده­ (ارتفاع از سطح دریا و طول و عرض جغرافیایی)، نقشه سلولی آنها دخالت داده شود که این امر مستلزم برخورداری از سیستم تصویر و یاخته هایی با ابعاد یکسان است. که در این تحقیق ابعاد یاخته­های20× 20 کیلومتر در نظر گرفته شده است. بنابراین با توجه به ابعاد یاخته ها و مساحت سطح کشور،­ ­هر نقشه از 4120 نقطه گره­گاهی تشکیل شده است. در نهایت نقشه­های رستری تولید شده بر حسب درجه تنش فیزیولوژیک (جدول1) کلاس بندی و ارائه شدند.[13]

 

یافته­های­تحقیق

مقادیرضریب تبیین(R2) بالا همراه با میزای خطای کم (ریشه میانگین مربعات خطاها) بیانگر دقت بالای معادلات بکار گرفته شده می‌باشد. طبق بررسی های آماری صورت گرفته شده (جدول2) معادلات در سطح 99 درصد معنادار است. کمترین میزان خطا مربوط به ماه های سرد سال می‌باشد. طی فصل گرم سال بدلیل اینکه تمامی ایران تحت سیطره پر فشار جنب حاره ای قرار دارد، از نقش عواملی همچون عرض و ارتفاع کاسته می‌شود و به همین دلیل نسبت به ماه‌های دیگر سال از ضریب تببین کمتری برخوردار است.

شاخصPET  دارای مقیاس درجه بندی 9 طبقه­ای ایست (جدول1) که مقادیر 18 الی 23 درجه سانتیگراد آن بیانگر شرایط بدون تنش یا آسایش و مقادیر بالاتر از23 درجه، تنش های گرمایی و کمتر از 18 درجه تنش هایی سرمایی را نشان می­دهد. طبق شکل 1- الف در فروردین ماه شرایط بسیار متفاوتی را از لحاظ زیست اقلیمی شاهد هستیم. در حالیکه در نواحی مرتفع واقع در عرض بالاتر از عرض 36 درجه تنش هایی سرمایی زیاد و بسیار زیاد وجود دارد، در سواحل خلیج فارس و بخصوص جنوب شرقی کشور تنش های گرمایی حاکم است. به طور مشخص قلمروهای زیست اقلیمی در طی این ماه از آرایش ناهمواریها تبعیت می‌کند، به گونه‌ای که مقادیر کم شاخص که بیانگر تنش‌های سرمایی است، منطبق بر ارتفاعات زاگرس، البرز و ارتفاعات پراکنده خراسان و کرمان می‌باشد. تقریباً یک سوم از سطح کشور برخوردار از تنش‌های سرمایی اندک است (2/33 درصد). 19درصد از مساحت کشور در شرایط آسایش قرار دارد (شکل 4) که عمدتاً در نواحی کم ارتفاع بخصوص در نواحی مرکزی و شرق کشور واقع شده است.

 

 

جدول 2- مقادیر ضریب تبیین و مقدار خطای ایجاد شده برای معادلات رگرسیونی هر ماه

ماه

 

RMSE

ماه

 

RMSE

فروردین

2/83

5/2

مهر

7/79

2/3

اردیبهشت

4/81

05/3

آبان

9/85

5/2

خرداد

6/67

6/3

آذر

5/88

2/2

تیر

7/62

9/3

دی 

6/87

3/2

مرداد

4/65

8/3

بهمن

5/87

5/2

شهریور

73

4/3

اسفند

1/86

6/2

 

 

با شدت گرفتن تابش‌های خورشیدی در اردیبهشت ماه، تنش­هایی گرمایی زیاد (PET> 41) در نوار ساحلی دریای عمان که دارای عرض جغرافیایی پایین تری است، ظهور پیدا می­کند. محدوده نفوذ تنش های گرمایی متوسط (29<PET<35) که احساس حرارتی گرم را به همراه دارد وسیع تر شده و تقریباً از عرض 30 درجه به پایین را در بر می گیرد. تنش های سرمایی متوسط(PET<13) و زیاد (PET<8) به  نوک قلل کوهها در عرض های بالا عقب نشینی می‌کنند. اما در منطقه غرب و شمال غرب کشور به دلیل وجود توده­های کوهستانی و همچنین عرض بالاتر، تنش‌های سرمایی­اندک هنوز وجه غالب زیست اقلیمی است­ (شکل1- ب). وسعت مناطق دارای شرایط آسایش (18<PET<23) نسبت به فروردین ماه گسترش می‌یابد (25درصد از مساحت) و نواحی پایکوهی زاگرس و البرز و به خصوص شمال شرق کشور در این محدوده (آسایش اقلیمی) قرار دارند (شکل 4).

خرداد ماه را باید دوره اتمام تنش های سرمایی در کشور دانست. وسعت منطقه بدون تنش­­­(آسایش) نسبت به اردیبهشت ماه کاسته می‌شود. تنش های گرمایی زیاد که احساس حرارتی داغ را تداعی می کند، نسبت به اردیبهشت ماه گسترش یافته و تمامی نوار سواحل جنوبی همراه با چاله جازموریان و مناطق پست دشت لوت را در بر می گیرد ­(شکل­1- ج). سواحل شمالی کشور­که مقصد اغلب گردشگران است دارای تنش های گرمایی متوسط (رشت، انزلی و بابلسر) و یا اندک (رامسر و نوشهر) ­است. رطوبت و درجه حرات زیاد (حالت شرجی) همراه با ارتفاع کم دلیل وجود شرایط نامطلوب زیست اقلیمی این منطقه می‌باشد. بیشترین سطح کشور( 35 درصد از مساحت) را تنش های گرمایی متوسط فرا گرفته است ­(شکل 4).

در تیر ماه در هیچ نقطه‌ای از سطح کشور تنش‌های سرمایی وجود ندارد (شکل 1-د). به جز محدوده بسیار کوچکی از ارتفاعات البرز (13/1 درصد از مساحت) که در منطقه آسایش قرار دارد، بقیه کشور را تنش های گرمایی فرا گرفته است. به دلیل تنش های گرمایی که با شدت و گستره بسیار زیاد در کشور وجود دارد، تیرماه را باید بدترین شرایط زیست اقلیمی کشور دانست. مناطقی از دشت خوزستان، نوار باریکی از سواحل جنوبی همراه با دشت لوت، چاله جازموریان و دشت زابل دارای تنش‌هایی گرمایی بسیار زیاد است (احساس حرارتی بسیار داغ). شاید بتوان وجود تنش های گرمایی زیاد را در مناطق مرکزی به شدت تابش خورشیدی و در نوار ساحلی به حالت شرجی نسبت داد.

در مرداد از وسعت تنش هایی گرمایی زیاد نسبت به تیر ماه تا حدودی کاسته می‌شود. تنش های گرمایی زیاد همانند تیر ماه در مناطق وسیعی از مناطق پایکوهی جنوب زاگرس، شرق و جنوب شرق کشور همراه با دشت کویر و سواحل شمالی کشور­وجود دارد. تنش­های گرمایی متوسط که احساس حرارتی گرم را تداعی می کند با 7/35 درصد از مساحت، بیشترین گسترش را در سطح کشور دارد (شکل 4). وسعت منطقه آسایش یا بدون تنش نسبت به تیر ماه کمی گسترش یافته است و به صورت مناطقی جدا از هم (شکل­1- ه) منطبق بر قلل دماوند، زرد کوه، سهند، ارتفاعات هزار و لاله زار در کرمان و کوه های سلماس در آذربایجان غربی دیده می‌شود.

با کاسته شدن از شدت تابش خورشیدی در اواخر فصل گرم سال،از شدت تنش های گرمایی نیز کاسته می‌شود به طوریکه در نقشه زیست اقلیم شهریور ماه، در عرض های بالای30 درجه تنش های گرمایی زیاد و بسیار زیاد (35 PET>) دیده نمی‌شود. تنش های گرمایی بسیار زیاد (41 PET>) تنها در دشت خوزستان و نوار باریکی از سواحل استان بوشهر وجود دارد. همانند مرداد ماه تنش های گرمایی متوسط با 6/35 درصد از مساحت کشور بیشترین گسترش را دارند (شکل 4). مناطق دارای آسایش اقلیمی نسبت به مرداد ماه گسترش بیشتری یافته است (11درصد از مساحت). طبق نقشه زیست اقلیم شهریور ماه تنش های سرمایی در طی این  ماه به صورت لکه هایی پراکنده منطبق بر راس قلل دماوند، سهند و هزار ظهور پیدا می کنند(شکل­1- و).

وسعت منطقه آسایش در مهر ماه به گسترده ترین حالت خود در طول سال می رسد (2/32 درصد از مساحت) و به همین دلیل می‌توان این ماه را به عنوان مطلوبترین شرایط زیست اقلیمی ایران معرفی کرد. بعد از قلمرو بدون تنش، منطقه تنش های گرمایی و سرمایی اندک به ترتیب با 24 و 8/22 درصد بیشترین مساحت کشور را در بر دارند (شکل­4). در طی این ماه شرایط زیست اقلیمی بسیار متنوع است (7 طبقه شاخص PET) در حالیکه در ارتفاعات البرز تنش های سرمایی زیاد وجود دارد، سواحل دریای عمان و تنگه هرمز تنش های گرمایی زیاد را تجربه می کند(شکل 3- ز).

با کاهش تدریجی درجه حرارت هوا، تنش های سرمایی مناطق وسیعی از شمال غرب کشور را که دارای عرض و ارتفاع بالاتری است، در بر گرفته و منطبق بر ارتفاعات زاگرس و البرز گسترش می‌یابد. تنش­های گرمایی تنها درسواحل جنوبی کشور دیده می‌شود. از وسعت منطقه آسایش نسبت به مهر ماه کاسته شده است. به طور­کلی تنش های سرمایی از آبان ماه وجه غالب زیست اقلیم کشور است. سواحل شمالی کشور بدلیل مجاورت با دریا و تاثیر تعدیل کننده رطوبت هوا و همچنین ارتفاع کمتر از مناطق مجاور و هم عرض خود، دارای شرایط متعادل­تری است. آبان ماه را باید زمان آغاز تنش‌های سرمایی بسیار زیاد (PET<4) در کشور دانست.

بر اساس نقشه زیست اقلیمی آذر ماه در هیچ نقطه ای از سطح کشور تنش های گرمایی (PET>23) وجود ندارد. تنها 5 درصد از مساحت کشور که شامل سواحل جنوب شرقی است دارای آسایش اقلیمی است. تنش­های سرمایی بسیار زیاد (PET<4) در 6/33 درصداز سطح کشور و تنش های سرمایی متوسط (4< PET<8)در 5/24 درصد، به شکل گسترده ای منطبق بر ارتفاعات البرز و زاگرس وجه غالب زیست اقلیم کشور است. در آذر ماه در سطح کشور 5 طبقه زیست اقلیمی مشاهده می‌شود که از تنوع کمتری نسبت به ماه های گرم سال برخودار است و حاکی از فراگیر بودن تنش های سرمایی در کشور می‌باشد. نکته قابل توجه دیگر وجود شرایط کاملاً متفاوت زیست اقلیمی بین سواحل جنوبی با بقیه کشور است به طوریکه در زمانی که تنش‌های سرمایی بسیار شدید اکثر کشور را فرا گرفته است، آسایش اقلیمی در سواحل جنوبی کشور وجود دارد (شکل 3- ط).

 

 

 

 

 

 

 

شکل- 1 پهنه‌بندی زیست اقلیم انسانی فروردین (الف)، اردیبهشت (ب) ،خرداد (ج)، تیر ( د)، مرداد (ه) و شهریور (و) بر اساس درجه تنش شاخص PET

 

 


پر فشار سیبری از میانه مهر تا اواسط فروردین بر آسیا حاکم است. این سامانه به سبب گستردگی زیاد از بازیگران اصلی اقلیم آسیا در نیمه سرد سال است (علیجانی،1381) اوج فعالیت این سامانه در فصل زمستان بوده و سردی و خشکی هوا از ویژگی اصلی آن است که وسعت و شدت زیاد تنش های سرمایی ماه های سرد سال را می توان به آن نسبت داد. در دی ماه تنش‌های سرمایی به شدیدترین و گسترده ترین حالت خود می رسد به طوریکه 6/57 درصد از مساحت سطح کشور را تنش های سرمایی بسیار زیاد (PET<4) فرا گرفته است (شکل 4). طبق شکل 3- ی از عرض33 درجه به بالا تمامی سطح کشور دارای تنش‌های سرمایی زیاد و بسیار زیاد است (8/92 درصد ازمساحت). نوار باریکی از منتهی الیه جنوب شرقی کشور تا جاسک از شرایط آسایش اقلیمی (بدون تنش) برخوردار­است هر چند نسبت به آذر ماه محدود تر شده است. به نظر­می­رسد سواحل جنوب شرقی کشور بدلیل عرض جغرافیایی پایین و همچنین مجاورت با آبهای آزاد اقیانوسی از شرایط مطلوب زیست اقلیمی بر خوردار است . در مجموع دی ماه را باید از لحاظ تنش‌های سرمایی بدترین حالت زیست اقلیم کشور دانست.

هر چند از شدت و وسعت تنش های سرمایی در بهمن ماه نسبت به دی ماه کاسته می‌شود، اما با توجه به اینکه تنش های سرمایی بسیار زیاد (احساس حرارتی بسیار سرد) 40 درصد از مساحت کشور را در بر دارند، همچنان وجه غالب زیست اقلیم کشور می‌باشد. نسبت به دی ماه پهنه‌های دارای تنش سرمایی بسیار زیاد (PET<4) به سمت ارتفاعات  بالاتر در زاگرس و البرز عقب نشینی می‌کنند.

با افزایش ارتفاع خورشید و به طبع آن افزایش نسبی درجه حرارت در نیمه جنوبی کشور، محدوده آسایش اقلیمی و تنش های سرمایی اندک به سمت عرض های بالا گسترش می‌یابد. در اسفند شرایط آسایش اقلیمی (بدون تنش) نسبت به ماه های قبل گسترده تر می گردد (6/10 درصد از مساحت) و به موازات نوار ساحلی از بندر چابهار در شرق تا اهواز در جنوب غرب کشیده شده است (شکل3- ل). تنش های سرمایی متوسط (8<PET<13) با 33 درصد از مساحت کشور وجه غالب زیست اقلیم اسفند ماه است. تنش های سرمایی زیاد (4<PET<8) از این حیث در رتبه دوم قرار دارد (شکل 4).

شکل 2 ضریب تغییرات مکانی شاخص زیست اقلیمی PET را طی ماه‌های مختلف نشان می­دهد. بر طبق این شکل تیرماه با 9/4 درصد دارای کمترین تغییرات مکانی شاخص PET در سطح کشور می‌باشد که بیانگر حاکمیت تنش های گرمایی در سراسر کشور است. اما با نزدیک شدن به فصل سرد سال تفاوت های مکانی شاخص زیست اقلیمی روندی افزایشی پیدا می‌کند به طوریکه در دی ماه مقدار این تغییرات حتی به 185 درصد می‌رسد. به نظر می‌رسد تناوب توده­های هوای و روی به کشور­و همچنین پررنگتر بودن نقش زاویه تابش در فصل سرد سال دلیل ضریب بالای تغییرات می‌باشد. مسعودیان (1390) مقادیر کمینه و بیشینه ضریب تغییرات مکانی دمای ایران را بترتیب در مرداد و دی ماه گزارش داده است.

 

 

 

شکل 2 ضریب تغییرات مکانی (درصد) شاخص PET در ایران

 

شکل- 3 پهنه‌بندی زیست اقلیم انسانی مهر (ز)، آبان (ح)، آذر (ط)، دی ( ی)، بهمن (ک)و اسفند (ل) بر اساس درجه تنش شاخص PET

 

 

شکل 4- درصد مساحت هر یک از طبقات شاخص PET برای ماه­ های مختلف سال

 


شکل 5 روند تغییرات روزانه شاخص PET را برای کل سطح کشور نشان می‌دهد. بر اساس این نمودار قرارگیری در منطقه آسایش اقلیمی (18<PET<23) در دو بازه زمانی مجزا صورت می‌گیرد. مرحله اول ابتدای دوره گرم سال و دوره دوم آن در ابتدای شروع فصل سرد سال واقع شده است. بنظر می‌رسد مهیا شدن شرایط آسایش اقلیمی به عنوان یک دوره کوتاه و زود گذر در عبور از از فصل سرد سال به دوره گرم سال و بالعکس حادث می‌شود. به تبعیت از روند تغییرات درجه حرارت هوا، نقطه اوج منحنیPET در تیر ماه و نقطه کمینه آن در بهمن ماه واقع شده است. یک چنین الگویی در منحنی سالانه درجه حرارت کشور نیز دیده می‌شود­ ­(مسعودیان،1390).

 

 

 

شکل 5- روند تغییرات شاخص PET در طول سال، محدوده آسایش اقلیمی (18<PET<23) به صورت رنگی مشخص شده است

 


نتیجه­گیری

نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد توزیع مکانی شاخص زیست اقلیمی (دمای معادل فیزیولوژیک) در سطح کشور از سطوح ارتفاعی و آرایش ناهمواریها تبعیت می‌کند. بر این اساس مقادیر پایین شاخصPET که تنش‌های سرمایی را تداعی می کند، منطبق بر مناطق مرتفع و کوهستانی و بالعکس تنش های گرمایی در مناطق پست و کم ارتفاع به وقوع می پیوندد. تفاوت­های قابل توجه شرایط زیست اقلیمی در توده­های کوهستانی استان کرمان، یزد و سیستان و بلوچستان با نواحی اطراف خود و یا نواحی پست و کم ارتفاع سواحل شمالی و بخصوص دشت مغان و جلگه سرخس که در عرض‌های بالای کشور قرار دارد موید این مساله است که نقش ارتفاع در توزیع مکانی شرایط زیست اقلیم کشور بسیار پررنگتر از عواملی همچون طول و عرض جغرافیایی است.

نتایج حاصل از تحلیل نقشه­های زیست اقلیمی ماهانه نشان داد از حیث مساحتی که در منطقه آسایش قرار دارد مهر ماه در رتبه اول قرار دارد و مطلوبترین شرایط زیست اقلیمی را داراست، اردیبهشت و فروردین ماه در رتبه های دوم و سوم و تیر و دی ماه از این لحاظ در رتبه آخر قرار دارند. بیشترین تنش های گرمایی (PET> 29) در تیر ماه حادث می‌شود. به طوریکه طی این ماه 85 درصد از سطح کشور دارای تنش های گرمایی است. ماه‌های مرداد با 80 درصد در رتبه دوم و خرداد و شهریور با 54 درصد در رتبه های بعدی قرار دارند. تنش های سرمایی (PET<13) در دی ماه وجه غالب زیست اقلیم ایران است. در طی این ماه 93 درصد از مساحت کشور را تنش های سرمایی فراگرفته است. ماه­های بهمن وآذر به ترتیب با 88 و 80 درصد در رتبه دوم و سوم قرار دارند. تفاوت های زیاد ارتفاعی بین مناطق مختلف کشور به همراه 15 درجه اختلاف عرض جغرافیایی باعث شکل گیری شرایط متنوع و بعضاً متضاد زیست اقلیمی در کشور شده است، به طوریکه در یک زمان واحد مثل اردیبهشت ماه در نواحی مرتفع رشته کوههای البرز و شمال غرب کشور تنش‌های سرمایی زیاد، و همزمان ساکنین سواحل جنوب شرقی کشور تنش‌های گرمایی بسیار زیاد را تجربه می‌کنند. یک چنین شرایط متفاوتی با شدت و ضعف مختلف در تمامی ماه‌‎های سال در کشور دیده می‌شود که می‌تواند به عنوان یک پتانسیل در برخی از زمینه‌های کاربردی از جمله گردشگری و توریسم مورد استفاده قرار گیرد.

بررسی ضریب تغییرات مکانی شاخص زیست اقلیمی PET طی ماه های مختلف نشان داد­ تیرماه با ضریب تغییرات 9/4 درصد دارای کمترین تغییرات مکانی در سطح کشور می‌باشد که بیانگر حاکمیت تنش‌های گرمایی در سراسر کشور است. با نزدیک شدن به فصل سرد سال تفاوت‌های مکانی شاخص زیست اقلیمی روندی افزایشی پیدا می‌کند به طوریکه در دی ماه مقدار این تغییرات حتی به 185 درصد می‌رسد. همچنین بررسی روند تغییرات روزانه شاخص PET نشان داد محدوده آسایش اقلیمی (بدون تنش) ایران به صورت دو دوره کوتاه مدت مجزا از همدیگر در ابتدا و انتهای دوره گرم سال واقع شده است.



2. Thermo physiologic

4. Munich Energy Balance Model for Individuals

6. Mean Radiant Temperature

8. Standard Effect Temperature

10. Givoni

12. Tourism climate index

 

 

1. Human Bioclimatology

3. Physiologic Equivalent Temperature

5. Rayman

7. Predict Mean Vote 

9. Olgay

11. Terjung

[13]. Inverse Distance Weighted

  1. Blazejczyk, K. and A. Matzarakis, 2007, Assessment of bioclimatic differentiation of Poland based on the human heat balance. Journal of Geographic Polonica, vol. 80 No. 1, p. 63-82
  2. Buttner, k.1938, Physikalische Bioklimatologie, AkademischeVerlagsgesellschaft.
  3. De Freitas, C.R, 2001, Theory, concepts and methods in climate tourism research. Proceedings of the first international workshop on climate, tourism and recreation. (Ed.) A. Matzarakis and C.R. De Freitas. International Society of Biometeorology, Commission on Climate Tourism and Recreation. p.3-20
  4. Esmaili, r., A.Gandomkar, and M. Habibi Nokhandan , 2011, Assessment of Comfortable Climate in Several Main Iranian Tourism Cities Using Physiologic Equivalence Temperature Index , Physical Geographical research quarterly, issue 75, PP.47-61.
  5. Esmaili, r., A. Gandomkar and M. Montazeri, 2011, The Zoning of Comfortable Climate using PET index in Khorasan Razavi province , Journal of climate research, issue 1, PP.101-114.
  6. Esmaili, R. and M. Montazeri, 2013, The Determine of the Mashhad Bioclimatic Condition Base on Hourly Data, Geography and Environmental Planning Journal, Vol. 49, No.1, PP.45-59
  7. Fanger, P. O., 1972, Thermal comfort. New York: McGraw Hill.
  8. Farajzadeh, H. and A. Matzarakis,2012, Evaluation of thermal comfort conditions in Ourmieh Lake, Iran, International Journal of Theoretical and Applied climatology, 107.PP. 451–459
  9. Farajzadeh, M. and A. Ahmad abadi, 2010, Assessment and mapping of Iranian tourism climate using Tourism Climate Index (TCI), Journal of geographical research, issue 71, PP. 31-42.
  10. Goméz, F., C. Pérez, , Valcuende, A. and A, Matzarakis, 2013, Research on ecological design to enhance comfort in open spaces of a city (Valencia, Spain). Utility of the physiological equivalent temperature (PET). Ecological Engineering 57.PP. 27-39.
  11. Gulyasa, A., and A. Matzarakis, 2009, Seasonal and Spatial Distribution of Physiologically Equivalent Temperature (PET) Index in Hungary, Quarterly Journal of the Hungarian Meteorological Service, Vol. 113, No. 3, PP. 221-231
  12. Hoppe, P., 1999, the Physiological Equivalent Temperature-a Universal Index for the Biometeorological Assessment of the Thermal Environment. Int. J. Biometeorology. 43. PP. 71-75.
  13. Jendritzky, G., and B. Tinz, 2009, the thermal environment of the human being on the global scale, Global Health Action 2009. 2009 Gerd Jendritzky and Birger Tinz. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-Noncommercial 3.0 Unported License
  14. Kasmaie , M., 1990, Climate and architecture , Nashre Khak publications, Esfahan 
  15. Kaviani,MR., 1993. The study and zonation map of human bioclimatic of Iran. Geographical research quarterly. No. 48, PP. 47-65.
  16. Massodian,A., 2011, Climate of Iran, Sharieatoos publications, first printing.
  17. Matzarakis, A., 2001, Climate and Bioclimatic Information for the Tourism in Greece. Proceedings of the 1st International workshop on climate, tourism and recreation. International society of biometeorology, commission on climate, tourism and recreation. PP.171-182
  18. Matzarakis, A., 2007, Assessment method for climate and tourism based on daily data. In: A. Matzarakis, C. R. de Freitas, D. Scott (Eds.), Developments in Tourism Climatology, 52-58 
  19. Matzarakis, A., H. Mayer, and G. Iziomon, 1999, Applications of a universal thermal index: physiological equivalent temperature. International Journal of Biometeorology, 43, PP.76-84
  20. Ndetto, E, L, and A. Matzarakis, 2013, Basic analysis of climate and urban human bioclimatic of Dar es Salaam, Tanzania. Theoretical and Applied Climatology 114, PP.213-226.
  21. Spagnolo, J., and R. De Dear, 2003, A field study of thermal comfort in outdoor and semi-outdoor environments in subtropical Sydney Australia. Building and Environment; 38, PP.721–38.
  22. Svenson, M., S. Thorsson and S. lindqvist, 2003, A Geographical Information  System Model for Creating Bioclimatology maps –Examples from a high – mid latitude city , International Journal of Biometeorology, 48.pp.102–112
  23. Thomson,M., G. Herrera Ricardo and M. Beniston, 2008, Seasonal forecasts, climatic change and human health: health and climate , Springer Science , Business Media B.V,232
  24. VDI. 1998. Methods for the human biometeorological evaluation of climate and air quality for the urban and regional planning. Part I: Climate. VDI guideline 3787.Part 2. Berlin: Beuth
  25. Zoulfaghari, H., 2008, Determination of Suitable Calendar for Tourism in Tabriz with using the Thermo-physiological Indices (PET and PMV). Physica Geographical research quarterly, 39 (62). PP.129-141