Impact of Environmental Parameters on Marathon Running Performance

PURPOSE: The objectives of this study were to describe the distribution of all runners' performances in the largest marathons worldwide and to determine which environmental parameters have the maximal impact. METHODS: We analysed the results of six European (Paris, London, Berlin) and American (Boston, Chicago, New York) marathon races from 2001 to 2010 through 1,791,972 participants' performances (all finishers per year and race). Four environmental factors were gathered for each of the 60 races: temperature (°C), humidity (%), dew point (°C), and the atmospheric pressure at sea level (hPA); as well as the concentrations of four atmospheric pollutants: NO(2)-SO(2)-O(3) and PM(10) (μg x m(-3)). RESULTS: All performances per year and race are normally distributed with distribution parameters (mean and standard deviation) that differ according to environmental factors. Air temperature and performance are significantly correlated through a quadratic model. The optimal temperatures for maximal mean speed of all runners vary depending on the performance level. When temperature increases above these optima, running speed decreases and withdrawal rates increase. Ozone also impacts performance but its effect might be linked to temperature. The other environmental parameters do not have any significant impact. CONCLUSIONS: The large amount of data analyzed and the model developed in this study highlight the major influence of air temperature above all other climatic parameter on human running capacity and adaptation to race conditions

Impact des paramètres environnementaux sur la performance au marathon

Objectif: Les objectifs de cette étude sont de décrire la distribution des performances de tous les coureurs des plus grands marathons mondiaux et de déterminer les paramètres environnementaux qui ont l'impact le plus important. Méthodes: Nous avons analysé les résultats de six marathons européens (Paris, Londres, Berlin) et américains (Boston, Chicago, New York) de 2001 à 2010 à travers les performances de 1 791 972 participants (tous les arrivants de chaque course). Les mesures de quatre facteurs environnementaux ont été recueillies pour chacune des 60 courses: température (°C), humidité (%), point de rosée (°C), et pression atmosphérique au niveau de la mer (hPA), ainsi que les concentrations de quatre polluants atmosphériques : NO2-SO2-O3 and PM 10 (µg.m-3). Résultats: Les performances annuelles de chaque course ont une distribution normale avec des paramètres de distribution (moyenne et écart type) qui diffèrent selon les facteurs environnementaux. La température de l'air et la performance sont significativement corrélées à travers un modèle quadratique. Les températures optimales auxquelles sont atteintes les vitesses maximales moyennes des coureurs varient selon le niveau de performance. Lorsque la température augmente au-delà ou diminue en deça de ces optima, la vitesse de course diminue et les taux d'abandons des coureurs augmentent. L'ozone affecte également les performances, mais son effet pourrait être lié à l'augmentation de la température. Les autres paramètres environnementaux n'ont pas d'impact significatif. Conclusions: La quantité importante de données analysées et le modèle développé dans cette étude mettent en évidence l'influence majeure de la température de l'air au-dessus de tout autre paramètre climatique sur les capacités humaine et son adaptation aux conditions climatiques

Number of starters and finishers by marathon and year (missing data points for Boston, Chicago and Paris marathons).

<p>Number of starters and finishers by marathon and year (missing data points for Boston, Chicago and Paris marathons).</p

Average and range values of all weather and pollution parameters for the six marathons.

<p>Average and range values of all weather and pollution parameters for the six marathons.</p

Distribution of performances: example of men's performances distribution for Chicago (in 2002: T°C = 5.4°C; and in 2007: T°C = 25°C); and Paris (in 2002: T°C = 7.6°C; and in 2007: T°C = 17.4°C).

<p>Distribution of performances: example of men's performances distribution for Chicago (in 2002: T°C = 5.4°C; and in 2007: T°C = 25°C); and Paris (in 2002: T°C = 7.6°C; and in 2007: T°C = 17.4°C).</p

Relationship between air temperature and the percentage of runners' withdrawals, modeled with a quadratic fit (blue curve, r² = 0.36; p<0.0001).

<p>The green curve represents the quadratic fit without the maxima (Chicago 2007: 30.74% withdrawals at a race temperature of 25°C).</p

Quadratic second degree polynomial fit for Women's P1 running speeds vs. air temperature, r² = 0.27; p<0.001; max = 9.9°C. B) Men's Q1 running speeds vs. air temperature, r² = 0.24; p<0.001; max = 6°C.

<p>Quadratic second degree polynomial fit for Women's P1 running speeds vs. air temperature, r² = 0.27; p<0.001; max = 9.9°C. B) Men's Q1 running speeds vs. air temperature, r² = 0.24; p<0.001; max = 6°C.</p