HİŞ231U-METEOROLOJİ
Ünite 2: Meteorolojik Olaylar I: Rüzgâr, Türbülans, Hava Kütleleri ve Cepheler
Giriş
Rüzgâr en basit tanımı ile havanın hareketidir. Meteorolojik olayları kontrol eden en temel bileşendir. Atmosferdeki basınç dağılımı ve hava parsellerine etkiyen kuvvetler sonucunda ortaya çıkar. Türbülans ise en basit hâli ile atmosferde meydana gelen karmaşadır, çalkantıdır. Havanın rastgele yönlerde hareket etmesi sonucunda meydana gelir. Hava kütleleri homojen meteorolojik özelliklere sahip geniş alanlar kaplayan büyük hava parsellerine denilir. Farklı sıcaklık ve yoğunluğa sahip hava kütleleri arasındaki geçiş zonu cephe olarak adlandırılır. Cephe zonları üzerinde meteorolojik bileşenlerde çok şiddetli değişimler meydana gelir ve hava taşıtının uçuşunu etkileyecek donan yağmur ve buzlanma şartları oluşabilir.
Rüzgâr
Rüzgâr Oluşumu
Hava parselleri üzerlerine etkiyen net kuvvetin yönünde hareket ederek hava akımını yani “rüzgâr”ı oluşturur. Rüzgârın hangi yönde estiğini belirleyebilmemiz için hava parsellerini hareket ettiren kuvvetleri incelememiz gerekmektedir. Bu kuvvetleri şu şekilde sıralayabiliriz:
• Basınç gradyan kuvveti • Coriolis kuvveti • Merkezkaç kuvvet • Sürtünme kuvveti
Basınç Gradyanı Kuvveti
Bir bölgedeki hava parsellerinin hareketi o bölgedeki atmosferik basıncın dağılımı ile ilişkilidir. Bu nedenle basınç gradyanı kuvveti hava parsellerinin hareketinden yani rüzgârın oluşumundan sorumlu kuvvettir.
Rüzgârın yatay yöndeki hareketi ile ilgili olarak iki noktaya dikkat çekmek gerekir.
1. Hava parselleri basınç gradyanı kuvvetinin yönünde, yanal yönde, yani yeryüzüne paralel yönde (B’ →A’ ve A→B) hareket eder. Bu yanal harekete adveksiyon adı verilir. 2. Basınç gradyanı kuvveti etkisi ile yüksek basınç merkezlerinde havanın hareket yönü her zaman merkezden dışa doğru akacak şekildedir. Havanın böyle bir merkezden uzaklaşacak şekilde hareket etmesine diverjans adı verilir.
Coriolis Kuvveti
Basınç gradyanı kuvveti ile hava parseli hareketine başladığı anda onun hareketini etkileyen bir başka kuvvet ortaya çıkar. Bu kuvvet Coriolis kuvvetidir ve hava parselini normalde hareket edeceği rotasından saptırır. Coriolis kuvvet Dünya’nın kendi ekseni etrafında dönüşü nedeniyle ortaya çıkan bir kuvvettir. Basınç gradyanı kuvveti gibi gerçek bir kuvvet olmayıp sanal bir kuvvettir. Coriolis kuvveti cismin hızının şiddetini etkilemez. Saptırıcı kuvvet olduğundan cismin sadece yönünü değiştirir ve hız vektörüne dik yönde etkir. Coriolis
kuvvetin şiddeti birim kütledeki Coriolis ivmesi ile ifade edilir ve f Corolis parametresi ile tanımlanır.
Merkezkaç Kuvvet
Merkezkaç kuvvet izobarların dairesel olması durumunda rüzgârın hareketini etkileyen bir başka sanal kuvvettir. Basınç gradyanı kuvveti, Coriolis kuvveti ve merkezkaç kuvvetin dengesi sonucunda ortaya çıkan rüzgâra gradyan rüzgârı adı verilir. Gradyan rüzgârlar, izobarların eğri olduğu atmosferik koşullarda vardır ve eğri izobarlara paralel eserler.
Merkezkaç ve merkezcil kuvvetler eğrisel bir yol takip eden cismi etkileyen sanal kuvvetlerdir. İkisi şiddet olarak birbirine eşittir. Merkezkaç kuvvet merkezden uzağa, merkezcil kuvvet ise merkeze doğru olan kuvvettir.
Sürtünme Kuvveti
Sürtünme kuvveti yer yüzeyinde rüzgârın hareketine ters yönde etki ederek rüzgârın hızını düşürür, zayıflamasına neden olur. Yer yüzeyinden yukarıya doğru çıktıkça sürtünme kuvveti azalacağından rüzgâr hızında da artış olur.
Lokal Rüzgârlar ve Küresel Rüzgâr Sistemleri
Küresel rüzgârlar tüm Dünya ölçeğinde, küresel sirkülasyona bağlı, hava hareketini ve enlemler arasındaki büyük ölçekli rüzgârları ve jet akımlarını içerirken lokal rüzgârlar daha küçük alanlarda yerel veya bölgesel atmosferik koşulların belirlediği rüzgârlardır.
Lokal Rüzgârlar
Lokal rüzgârlar küçük ölçekte bölgesel olarak etkili olan rüzgârlardır. Yer yüzeyinin eşit ısınmaması sonucunda meydana gelir ve kısa mesafelerde etkili olurlar. Yer yüzeyinde meydana gelen lokal rüzgârlar temel olarak termal sirkülasyon sonucunda oluşan rüzgârlardır. Ancak oluştukları bölgelerin topografik özelliklerine (dağ-vadi), yüzeyin kompozisyonuna (kara-deniz) bağlı olarak farklı isimler alırlar. Bu bölümde en yaygın olarak görülen lokal rüzgârların iki türünü detaylı inceleyeceğiz. Bunlar:
• Kara ve deniz meltemleri ile • Dağ ve vadi meltemleridir.
Bunlara ilaveten mevsimsel olarak esen Muson rüzgârları, Fön (Chinook) rüzgârları, Mistral rüzgârları, Santa Ana rüzgârları, Bora, Haboob gibi çöl rüzgârları, kasırgalar, hortumlar, toz fırtınaları vb. yerel ve bölgesel şartlara bağlı olarak gelişen pek çok rüzgâr türü mevcuttur.
Kara ve Deniz Meltemleri
Kara ve deniz meltemleri bir tür termal sirkülasyondur. Kara ve deniz arasındaki ısınma farklılıklarının yarattığı basınç dağılımı sonucunda ortaya çıkan ve kıyı alanlarında görülen orta ölçekli termal rüzgârlardır. Gündüz vakti kara, denize göre çok daha hızlı ısındığından ısınan kara üzerindeki havanın yükselmesi ve yukarı seviyelerde soğuk deniz tarafına doğru hareketi ile termal çevrim başlar. Bu
çevrim sonucunda gündüz vakti denizden karaya doğru esen rüzgâra deniz meltemi adı verilir.
Dağ ve Vadi Meltemleri
Dağ ve vadi meltemleri, dağların eğimli yamaçları boyunca yükselen meltem rüzgârlarıdır. Gündüz vakti ısınmadan dolayı dağın iki tarafındaki yamaçları üzerindeki hava aynı yükseklikte vadinin üzerindeki havadan daha sıcak olur ve dağ yamaçları boyunca tepeye doğru yükselir. Bu tür vadiden dağın tepesine doğru olan hafif rüzgârlara vadi meltemleri adı verilir. Geceleri ise bunun tersine dağ yamaçları vadiye göre daha hızlı soğuyacağından üzerindeki havayı da soğutur. Böylece soğuyan, yoğun hava dağın yamacından aşağıya, vadiye doğru iner. Bu rüzgâra da dağ meltemi adı verilir. Dağ ve vadi meltemleri genellikle yaz mevsiminde görülürler.
Küresel Rüzgâr Sistemleri
Genel Sirkülasyon, sıcaklık konusu anlatılırken güneş radyasyonunun günlük dağılımını vermiş, herhangi bir noktada ölçülen sıcaklığın Güneş’ten gelen ve Dünya’dan giden radyasyonun gün içerisindeki ve enlemlere göre dağılımına bağlıdır.
Genel sirkülasyon Dünya üzerindeki ısısal dağılımın nasıl gerçekleştiğini gösteren ortalama rüzgâr paternidir. Ekvator ile kutup enlemleri arasındaki ısısal dengenin nasıl oluştuğunu ve enlemler arasındaki küresel rüzgârların oluşum mekanizmaları hakkında bilgi verir. Genel sirkülasyonu açıklamak için kullanılan mevcut iki model vardır: tek hücre modeli ve üç hücreli sirkülasyon modeli.
Tek hücre modeli: Genel sirkülasyonu açıklamak için kullanılan ilk model olup, küresel boyuttaki termal sirkülasyon prensibine dayanır. Modelin kullandığı varsayımlar modelin geçerliliğinin tartışılması konusunda önemlidir. Bunlar aşağıdaki gibidir:
• Okyanuslar Dünya üzerinde homojen bir şekilde dağılmıştır. Dolayısıyla karalar ile denizler arasında ısısal farklılıklar yoktur. • Güneş her zaman ekvator üzerindedir. Yani mevsimsel rüzgârlar yoktur. c. Dünya dönmüyor. Bunun sonucu olarak hava parsellerini etkileyen tek kuvvet basınç gradyanı kuvvetidir.
Üç hücre modeli: Bu modelde tek hücreli sirkülasyon modelinde yapılan 3. varsayım çıkarılmış, sadece ilk iki varsayım vardır. Üç hücreli modelde, ısı ekvatorla kutuplar arasında üç farklı sirkülasyon hücresi ile dağıtılmaktadır. Buna göre kuzey yarım küredeki durum aşağıdaki gibi olup güney yarım kürede bunun simetrik hâli düşünülmelidir.
Jet Akımları, atmosferik jet akımları atmosferde km’lerce uzunlukta olup çok dar bir bölgede akan çok şiddetli rüzgârlardır. İlk defa 2. Dünya Savaşı sırasında askerî amaçlı bir uçak tarafından hissedilmiştir. Her yarım kürede iki tane jet akımı mevcuttur ve tropopoz seviyesinde yaklaşık 10-15 km yüksekliklerinde bulunurlar. Bir tanesi 13 km civarında 30o enlemlerinde, yer seviyesindeki
subtropikal yüksek basınç üzerinde olan “subtropikal jet”,
diğeri ise 10 km’de 60° enlemlerinde yer seviyesindeki kutupsal cephenin üzerinde bulunur ve “kutupsal jet” adını alır.
Rüzgâr Hızının ve Yönünün Belirlenmesi
Rüzgâr yönü ve şiddeti ile tanımlanır. Rüzgârın yönünü belirlemek için çok değişik modellerde rüzgâr gülü ve rüzgâr çorabı (tulumu) kullanılır. Daha çok havaalanlarına ve çevre yolları boyunca yerleştirilen rüzgâr çorapları rüzgârın yönünü ve çorabın eğiminden de şiddeti hakkında bir fikir vermektedir. Rüzgâr çorapları pilotların piste inerken yerdeki rüzgârın yönünü belirleyebilmelerinde çok faydalıdır. Rüzgâr hızını ölçen alet ise anemometredir. Günümüzde en çok kullanılan anemometreler kap anemometreleri olup bir direğe bağlanmış 3 adet yarı küre şeklindeki kaptan oluşur.
Türbülans
Türbülans uçak yolculuğunun en ürkütücü hava olaylarından biridir. Türbülans alanı içerisine düşen bir uçak bir anda 100 m’den daha fazla yükseklik kaybedebilir veya yukarı çıkabilir. Bu da uçuş emniyetini etkileyen en ekstrem durumlardan biridir.
Türbülans Nedir?
Atmosferik koşullara bağlı olarak hava akımları çok kısa mesafelerde, çok hızlı bir şekilde değişebilir. Bu tür atmosfere türbülanslı atmosfer denilir. Bu akımlar küçük ölçekli ve orta şiddetli edi hareketlerinden, daha büyük ölçeklerdeki çok daha kuvvetli hava akımlarına kadar değişik boyutlarda olabilirler. Türbülans, çok dar bir alanda, saniyeler veya dakikalar mertebesinde süren edi hareketlerinin veya ani değişen (hamleli) kuvvetli rüzgârların yarattığı hava bozuntularına verilen isimdir.
Türbülansın Oluşumu ve Sınıflandırılması
Türbülansın sınıflandırması meydana geliş şekline ve yarattığı etki derecesine (şiddetine) göre olmak üzere iki şekilde yapılabilir.
Oluşumuna Göre Türbülans Sınıflandırması, türbülans oluşumuna neden olan faktörlere göre aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:
• Termal veya konvektif türbülans • Mekanik türbülans • Dağ dalgaları (Orografik) türbülansı • Rüzgâr kaymasına bağlı türbülans • Uçak arkası (Wake) türbülansı
Termal (Konvektif) Türbülans, Termal veya konvektif türbülans yer yüzeyinin ısınmasındaki farklılıklardan meydana gelen türbülanstır. Yer yüzeyinin küçük bir bölgede aşırı derecede ısınması sonucunda, lokalize olmuş çok kuvvetli yukarı ve aşağı yönlü konvektif yani yükselici akımların yarattığı türbülanstır.
Mekanik Türbülans, rüzgârın ağaçlar, binalar, küçük tepeler, kayalar vb. engellerin olduğu araziler üzerinden geçerken oluşturduğu türbülanstır. Bu engeller nedeni ile
rüzgârın akışı çok karmaşık küçük edilere bölünür ve türbülansa neden olur. Bu tür türbülansa mekanik türbülans adı verilir çünkü çevrede esen rüzgârın bu tür engeller nedeni ile farklı yönlerde zorlanması sonucunda meydana gelir.
Dağ Dalgası Türbülansı, çok yüksek dağların veya dağ sıralarının yarattığı türbülans olup çok şiddetli olabilir. Bu nedenle havacılıkta ayrı bir öneme sahiptir. Teknik olarak dağlar rüzgâr akımına bir engel teşkil ettiğinden aynı zamanda bir mekanik türbülans oluşumuna neden olur.
Rüzgâr Kayması Türbülansı, yatay veya düşey olarak rüzgâr yönünde ve/veya rüzgâr hızında çok kuvvetli bir değişimin olması durumunu ifade eder.
Rüzgâr kaymasını atmosferik koşullara göre şu şekilde sınıflandırabiliriz:
• Sıcaklık enverziyonuna bağlı rüzgâr kayması • Cephe zonu rüzgâr kayması • Jet akımları ilişkili rüzgâr kayması ve CAT • Oraj bulutları ilişkili rüzgâr kayması
Uçak Arkası (Wake) Türbülansı, uçak havalanırken kanatlarının altındaki hava aşağı doğru itilir ve bunun sonucunda kanatların altında ve uç kısımlarında çevrimli hareketler, girdaplar meydana gelir. Bu girdaplar uçak havada uçarken ortaya çıkar ve tüm uçuş boyunca devam eder. Uçak inerken veya kalkarken yani iniş takımları kullanılmaya başlandığında kanat uçlarındaki girdaplar durur.
Şiddetine Göre Türbülans Sınıflandırması
Türbülans şiddetine göre biraz subjektif bir ölçekte sınıflandırılır. Pilotların uçuş esnasında yaşadıkları türbülans tecrübelerine dayanarak uçak ve içindekilerle ilişkili olarak meydana gelen değişiklik ve hasarlara göre oluşturdukları Pilot Raporunda (PIREP) yer alan sınıflandırmayı vermektedir.
Hava Kütleleri ve Cepheler
Hava kütleleri belli bir anda tüm ülkeyi etkisi altına alabilen büyük meteorolojik yapılar olup, özelliklerinin bilinmesi, gerek meteorolojik tahminlerin başarısı açısından ve gerekse havacılık dahil olmak üzere meteorolojik bilgiyi kullanan pek çok sektörde önemlidir. Benzer şekilde cepheler meteorolojik faktörlerin aniden değiştiği yüzeyler olarak gerek meteorolojide gerekse de diğer ilişkili meslek dallarında önemli bir yere sahiptir.
Hava Kütleleri
Bir ülkeyi etkileyen hava kütlelerinin karakterini bilmek tutarlı hava tahminleri açısından büyük önem taşımaktadır.
Hava Kütlesi Tanımı
Bir hava kütlesi, herhangi bir enlemde herhangi bir bölgede yanal yönde sıcaklık ve nem açısından aynı özelliklere sahip çok büyük hava parçalarına verilen isimdir.
Hava Kütlelerinin Kaynakları
Hava kütlelerinin oluştukları bölgelere hava kütlelerinin kaynakları adı verilir. Boyut olarak çok büyük bir hava kütlesinin homojen özelliklere sahip olabilmesi için, oluşum kaynağının düzlük ve hafif yüzey rüzgârları ile beraber üniform özelliklere sahip olması gerekir. Hava kütlesi kaynak bölgesi üzerinde ne kadar uzun süre kalırsa, sıcaklık ve nem açısından altındaki bölgenin meteorolojik özellikleri o kadar çok toplayacaktır. Hava kütlelerinin ideal kaynak bölgeleri yüksek basıncın hâkim olduğu alanlardır. Bunlar kışın, buz ve karla kaplı arktik düzlükler ve yazın da okyanuslar ve çölleri içeren subtropikal bölgelerdir.
Hava Kütlelerinin Sınıflandırması
Hava kütlelerini sınıflandırmak için birçok sistem mevcuttur. En çok kullanılanı Bergeron sınıflandırma sistemidir. Bu sisteme göre hava kütleleri kaynak bölgelerinin enlemine göre 4 ana gruba ayrılırlar ve büyük harflerle simgelenirler. Bunlar:
1. Arktik/Antartik (A) hava kütleleri: Çok soğuk Artik veya Antartik bölgelerden kaynaklanan hava kütleleridir. 2. Kutupsal (P) hava kütleleri: Soğuk kutup enlemlerinden kaynaklanan hava kütleleridir. P harfi “Polar”dan gelmektedir. 3. Tropikal (T) hava kütleleri: Sıcak tropikal ve subtropikal bölgelerden kaynaklanan hava kütleleridir. T harfi “Tropikal” den gelmektedir. 4. Ekvatoral (E) hava kütleleri: Çok sıcak ekvatoral bölgelerden kaynaklanan hava kütleleridir.
İkinci önemli sınıflandırma hava kütlelerinin sahip oldukları nem içeriği konusunda bilgi verecek olan geldikleri kaynak bölgelerin karasal veya deniz oluşuna göre yapılır. Buna göre iki gruba ayrılırlar ve küçük harflerle gösterilirler. Bunlar:
i. Karasal (c) hava kütleleri: Eğer hava kütlesinin kaynaklandığı bölge karasal alanlar ise (c) harfi kullanılır. Burada c harfi “continental” kelimesinden gelmektedir. Bu durumda hava kütlesi kurudur. ii. Denizsel (m) hava kütleleri: Eğer hava kütlesinin kaynaklandığı bölge deniz, okyanus, su yüzeyi gibi alanlar ise (m) harfi kullanılır. Burada m harfi “maritim” kelimesinden gelmektedir. Bu durumda hava kütlesi ise nemlidir.
Türkiye’yi Etkileyen Hava Kütlelerinin Dağılımları
Ülkemiz orta enlemlerde yer almaktadır. Orta enlemler yüzey şekilleri bakımından hava kütlelerinin oluşumuna uygun değildir. Ancak diğer enlemlerden gelen hava kütleleri ülkemiz üzerindeki havanın belirleyicisidir.
Cepheler
Cephe Tanımı
Tanım olarak cephe farklı sıcaklık ve neme sahip iki hava kütlesi arasındaki geçiş zonudur. Hava kütleleri hem yatayda hem düşeyde çok geniş alanlara yayıldıkları için iki hava kütlesi karşılaştığı zaman karşılaşmanın düşey yöndeki boyutuna cephe zonu veya cephe yüzeyi adı verilir.
Cephelerin Sınıflandırılması ve Özellikleri
Cepheler hava kütlelerinin özelliklerine göre 4 gruba ayrılırlar. Bunlar:
• Soğuk cepheler • Sıcak cepheler • Stasyoner cepheler • Oklüzyon cepheleri
Soğuk Cephe
Soğuk cephe, soğuk hava kütlesinin sıcak hava kütlesine doğru hareket ederek sıcak cepheyi yerden kaldırdığı durumda oluşur.
Sıcak Cephe
Sıcak cephe, sıcak havanın soğuk havaya doğru ilerleyerek karşılaştığı yerde onun üzerinde yükselmesi ile oluşur.
Durağan (Stasyoner) Cephe
Durağan bir cephe, isminden de belli olduğu gibi hareket etmez. Hava haritalarında mavi üçgen ve kırmızı yarım daireler yer değiştirerek gösterilirler.
Oklüzyon Cepheleri
Oklüzyon cephe soğuk cephenin sıcak cepheyi yakalaması ve onun yerini alması sonucunda oluşur. Mor renk ile bir üçgen ve bir daire sembolü ile soğuk havanın ilerleme yönünde, sıcak hava tarafına doğru verilir.