Klimatoloji ve Meteoroloji #
Klimatoloji ve Meteoroloji Coğrafya Bölümü Fen Edebiyat Fakültesi Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi 2
Ünite 8 Cepheler ve Hava Olayları Not: Buradaki sunum, öğrencilere «Kaynak Kitap» olarak önerilen kitaptan alınmıştır. Kaynak: Murat TÜRKEŞ (2010). Klimatoloji ve Meteoroloji, Kriter Yayınevi, İstanbul. 3
Cepheler ve Hava Olayları Yerküre atmosferindeki hidrolojik döngüyü yönlendiren yükselici hareketlerin çoğu, hava sistemleri (atmosferik karışıklıklar) olarak adlandırılan geniş ölçekli dinamik basınç ve rüzgar yapıları ile bağlantılıdır. 4
Hava Sistemleri (Atmosferik Karışıklıklar) Coğrafyacılar, hava sistemleriyle, hava koşulları ve buna bağlı olarak da güneşlenme süresi, bulutluluk, ışınım şiddeti, sıcaklık, yağış, rüzgar ve nem gibi önemli iklim öğelerinin dağılışlarının yanı sıra insan yaşamı ve etkinlikleri üzerindeki güçlü etkileri nedeniyle yakından ilgilenir. Meteorologlar ise, daha kısa sürelerde insan yaşamı ve etkinlikleri açısından olumlu ya da olumsuz çok önemli etkileri olan hava olaylarını oluşturdukları için, onları izlemek, gözlemek ve öngörmek amacıyla hava sistemleriyle yakından ilgilenir. 5
Hava Sistemleri Hava kütlelerinin orografik yükselmesi dışında, kalın hava kütlelerinin yükselmesini sağlayan başlıca düzenekler atmosferdeki dinamik karışıklıklardır (oluklar, orta enlem siklonları, tropikal siklonlar, vb.). 6
Cepheler ve Meteorolojik Özellikleri Orta enlemlerdeki günlük hava koşullarını ve dağılış desenlerini denetleyen en önemli hava olayları üreticisi, orta enlem siklonu olarak adlandırılır. Birkaç günden bir haftaya ya da on güne kadar etkili olabilen orta enlem siklonlarında rüzgar akışı, çevreden merkeze doğru saat akrep ve yelkovanının tersi yöndedir. Rüzgarlar, yüzeye yakın sürtünme katmanında izobarları 15-45 açıyla keserken, 850 hpa ve daha yukarıdaki jeopotansiyel yükseklik düzeylerinde ise yükseklik konturlarına koşut eser. İyi gelişmiş orta enlem siklonları, oluşumlarının doğası gereği, alçak basınç alanının merkezinden çevreye (yüksek basınca) doğru uzanan bir soğuk cepheye ve bir sıcak cepheye sahiptir. Oluşumunda önemli bir rol oynayan konverjans ve dinamik yükselme, bulutların gelişmesine ve etkili yağışlara neden olur. Orta enlem cephesel yağışları, mevsimine, atmosferin dikine sıcaklık profiline, hava kütlelerinin nem içeriğine ve dağılışına ve kararlılık özelliklerine göre, çeşit ve kuvvet açısından farklılık gösterir. 7
Cepheler Orta enlem (dalga) siklonunu olarak adlandırılan alçak basınç sistemlerinin ilk kapsamlı modeli, 1 inci Dünya Savaşı sırasında bir grup Norveçli bilimci tarafından (Norveç Okulu) geliştirildi. İlk Norveçli meteorolog grubu, V. Bjerknes, J. Bjerknes, H. Solberg ve T. Bergeron tan oluşuyordu. J. Bjerknes, 1918 de, kendi siklon oluşumu hipotezini, Gezici Siklonların Yapısı Üzerine (On the Structure of Moving Cyclones) başlıklı makalesinde yayımladı. Polar cephe kuramı olarak da bilinen bu yaklaşım, bir orta enlem siklonunun nasıl geliştiğini iyi açıklayan yararlı bir modeldir. 8
Cepheler Cephe, özellikle farklı sıcaklık ve nem özelliklerine sahip olmaları nedeniyle, yoğunlukları farklı iki hava kütlesi arasında beliren karşılaşma ya da süreksizlik yüzeyidir. Bir cephenin hareketi, cephenin soğuk yanındaki havanın hareketi ile yönlendirilir: Soğuk hava yaklaştığında, oluşan cephe soğuk cephe, soğuk hava geri çekildiğinde oluşan, sıcak cephe ve ilerleme ya da geri çekilme göstermeyen soğuk hava ise, stasyoner (duralar) cephe adını alır. Oklüzyon cephe ise, cephe çeşitlerinden biri, başka bir (soğuk ya da sıcak) cephe tarafından kaldırıldığında oluşur. Rüzgar, basınç, nem, sıcaklık, bulut ve yağış gibi hava öğelerinin tümü, cephelerin tanımlanması ve yerlerinin belirlenmesine yardımcı olur. 9
Cephe ve atmosferik karışıklıkları sinoptik yüzey hava haritaları üzerinde göstermek için kullanılan simgeler Cephe ve atmosferik karışıklık (renk) Haritadaki simgesi Soğuk cephe (mavi) Sıcak cephe (kırmızı) Duralar cephe (kırmızı ve mavi) Oklüzyon cephe (eflatun) Oluk (turuncu) Sağanak çizgisi (kırmızı) Kuru çizgi (kahverengi) 10
Yüzey hava haritası (03.01.07, 00:00 GMT. (MGM) 11
A 03.01.2007 06:00 GMT METEOSAT 7 Uydu Görüntüsü Avrupa (Infrared Kızılötesi) A Y A Y (b) Normal IR Deniz yüzeyleri İçin_Kara ve bulut yüzeyleri için ( o C) 12
Soğuk Cephe Soğuk cephe: soğuk hava kütlesi, sıcak hava kütlesinin kapladığı bir bölgeye belirli bir hızla ilerlediğinde, soğuk ve sıcak hava arasında gelişen süreksizlik yüzeyi. Bir orta enlem siklonunun gelişimi sırasında bir sıcak cephe ile birlikte bulunduklarında, sürtünme etkisi soğuk cephenin yüzeydeki konumunu yukarıdaki konumuna göre yavaşlatır. Ortalama koşullarda, soğuk cephelerin dikliği (eğimi), olasılıkla 1:100 oranı ile sıcak cephelerin yaklaşık iki katıdır. Ortalama bir soğuk cephe yaklaşık 35 km/saat hızla hareket ederken, ortalama bir sıcak cephe, 25 km/saat hızla yol alır. İki cephe arasında cephe yüzeylerinin eğimi ve hareket hızlarından kaynaklanan bu iki belirgin fark, bir sıcak cephede gelişen hava koşullarına göre bir soğuk cepheyle bağlantılı havanın daha şiddetli bir özelliğe sahip olmasının başlıca nedenidir. Cephenin eğimi ya da dikliği, yüksekliğin yatay uzaklığa oranıdır. 13
İyi gelişmiş bir soğuk cephenin blokdiyagramı ve cephe yüzeyi boyunca yükselen sıcak havada gelişen kümülüs tipi bulutlardan, kuvvetli sağanak ve gökgürültülü sağanak yağışların oluşması. 14
Bir Soğuk Cephenin Fotoğrafı 15
Hızlı Hareket Eden Bir Soğuk Cephe Kuşağında Gelişen Cb Bulutu ve Gökgürültülü Fırtına Olayı 16
Soğuk Cephenin Başlıca Özellikleri Soğuk cephenin yaklaşması bazen Ac ya da Cc bulutlarının bir meteoroloji istasyonunda gözlenmesi ile anlaşılabilir. Soğuk cephe genellikle siklonun kuzeybatısından yaklaştığı zaman, çeşitli kümülüs bulutları (Cu, Cb, Cu Con, vb.) uzaktan görülebilir. Cephe yüzeyi yakınında, hareketli karanlık bir bulut kuşağının bulunması yaklaşmakta olan bir kötü havanın habercisidir. Belirgin sıcaklık ve basınç düşüşü ile rüzgarın güney ya da güneybatıdan, önce batıya sonra kuzeybatıya doğru hızla değişmesi, genellikle cephenin geçişi ile bağlantılıdır. Soğuk cephenin arkasında, çöken ve görece daha soğuk bir hava kütlesi yer alır. Bu nedenle, soğuk cephe geçer geçmez, bulutlar dağılmaya ve hava açmaya başlar. 17
Soğuk Cephenin Başlıca Özellikleri Kışın, bir soğuk cephenin geçişinin ardından bölgeye sokulan bir yüksek basıncın etkisiyle oluşan açık gökyüzü, gece süresince oluşan yüksek ışınımsal soğuma nedeniyle yüzey sıcaklıklarını daha da düşürür. Bir soğuk cephenin arkasında bulunan bir cpk hava, görece sıcak ve nemli bir hava kütlesi alanına doğru hareket ederse, havanın yüzey ısınması bu hava kütlesinin içinde sığ bir konveksiyon ve kararsızlık oluşturur. Sonuç olarak, soğuk cephenin arkasındaki cpku havanın içerisinde, alçak cumulus ya da stratocumulus bulutları oluşabilir. 18
Soğuk Cephenin Bir Sinoptik Yüzey Hava Haritasında Görülen Başlıca Özellikleri Değişken ve Olaylar Geçmeden Önce Geçerken Geçtikten Sonra Rüzgar Güney, güneybatı Hamleli; ani hız ve yön değişikliği Batı, kuzeybatı Sıcaklık Görece yüksek ve değişmez ya da biraz yükselir Hızla düşer Düzenli düşer, sonra değişmez ya da biraz yükselir Basınç Düzenli düşer Düşer, sonra hızla yükselir Düzenli yükselir Bulut Artar: sırasıyla, Ci, Cc, Ac ve Cb Çoğunlukla kümülüs tipi (Cb, Cu Con, Cu, Ac,ve Sc), bazen Ns ve Cu con birlikte Cu ve Ac ya da Sc Yağış Kısa süreli yağmur ve/ya da sağanaklar Bazen dolu, gök gürültüsü ve şimşek ile birlikte kuvvetli yağmur ya da sağanaklar Sağanak ve sonra hava açıyor Görüş uzaklığı İyi, pus ile birlikte zayıf Zayıf, sonra iyileşir Sağanak anı dışında, iyi Nemlilik Bağıl nem fazla değişmez ya da düşer (doyma açığı var) Bağıl nem hızla yükselir (T, T d ye çok yaklaşır ya da eşitlenir) Bağıl nem fazla değişmez, sonra düşer 19
Sıcak Cephe Sıcak cephe: Bir cephenin yeryüzündeki konumu, bir sıcak hava kütlesinin önceden daha soğuk bir hava kütlesinin bulunduğu bir bölgeyi kaplamasını ya da işgal etmesini sağlayacak şekilde hareket ettiğinde, ortaya çıkan yeni süreksizlik yüzeyi, Türkiye de etkili olan sıcak cepheler, yılın soğuk döneminde özellikle de kış mevsiminde, bir orta enlem ya da Akdeniz siklonuyla doğuya hareket eden bir mtw ya da bir ctw hava, Balkanlar ve Anadolu üzerindeki mpk ya da cpk hava ile karşılaştığında oluşur. Bu sıcak cepheler, orografyanın da katkısı ile, uzun süreli ve etkili yağışlara neden olur. Anadolu daki soğuk hava çok soğuk bir cpks hava özelliğinde ise, yağışlar uzun süreli karla karışık yağmur ve kar ya da uzun süreli yağmur ve çisenti şeklinde düşer. Bir sıcak cephenin eğimi, ortalama koşullarda yaklaşık 1:200 dür. 20
İyi gelişmiş bir sıcak cephenin blokdiyagramı ve sıcak cephe yüzeyi boyunca yükselen sıcak hava kütlesinde gelişen St, As ve özellikle Ns bulutlarından, çisenti, hafif-orta kuvvette yağmur ve kar yağışlarının oluşması. 21
Sıcak Cephenin Başlıca Özellikleri Sıcak cephelerde, sıcak hava gerileyen soğuk hava kamasının üzerinde yükseldiğinde, adyabatik olarak soğuyarak içerisindeki su buharı yoğunlaşır, bulutlar ve çoğunlukla yağış oluşur. Tipik sıcak cephe bulutları, stratüs tipi bulutlardır (St, Ns, As, Cs, vb.). Bir sıcak cephenin yaklaştığının ilk göstergesi, Ci ve özellikle Cs bulutlarıdır. Bu yüksek düzey bulutları, sıcak havanın soğuk hava kamasının çok yukarısına çıkması ve yoğunlaşması sunucunda, yüzey cephesinin 1000 km kadar önünde oluşabilir. Yaklaşan bir sıcak cephenin bir başka göstergesi, uçak yoğunlaşma izleri olabilir. Yoğunlaşma izleri, jet uçaklarının egzoz salımlarındaki su buharının yoğunlaşması sonucunda oluşan, cirrus bulutları gibi çok ince buz kristali bulutlarıdır. 22
Sıcak Cephenin Başlıca Özellikleri Sıcak cephe yaklaştığında, Ci bulutları Cs ye dönüşür. Cs de yoğun As katmanlarına karışır. Sıcak cephenin yaklaşık 300 km önünde, St ve Ns bulutları ortaya çıkar ve büyük olasılıkla yağış gerçekleşir. Sıcak cephe yağışı, yeryüzündeki konumunun önünde oluşur. Yağış çeşidi, yükselen sıcak havanın kararlılığına, nem içeriğine, atmosferin dikine sıcaklık ve nem dağılışına ve mevsime göre değişmekle birlikte, genellikle orta kuvvette ve görece uzun süreli yağış (çisenti, yağmur, kar) sıcak cephenin tanıtıcı özelliğidir. 23
Şekil 263: Sıcak cephe yüzeyinin üzerinden donma noktasının altındaki soğuk hava boyunca düşen yağmur damlalarının aşırı soğuyarak donan yağmura dönüşmesini gösteren kararlı bir sıcak cephenin çizimsel kesiti. 24
İngiliz Kanalı Üzerinde C H Düzeyinde Oluşan Uçak Yoğunlaşma İzleri 25
Çanakkale Üzerinde C H Düzeyinde Oluşan Uçak Yoğunlaşma İzleri 26
27 Sıcak Cephenin Bir Sinoptik Yüzey Hava Haritasında Görülen Başlıca Özellikleri Değişken ve Olaylar Geçmeden Önce Geçerken Geçtikten Sonra Rüzgar Güney, güneydoğu Değişken Güney, güneybatı Sıcaklık Serin-soğuk, ısınma yavaş Düzenli yükselir Hızla yükselir, sonra değişmez Basınç Düzenli düşer Düz gider Biraz yükselir, sonra düşer Bulut Artar: sırayla, Ci, Cs, As, Sc, Ns, St, ve sis gözlenir; yazın Cu ve Cb de oluşabilir Çoğunlukla stratüs tipi (As, Sc, Ns ve St) Dağınık Sc ve As lerle birlikte parçalı az bulutlu ve açık; yazın ender olarak Cb oluşur Yağış Hafif orta yağmur, çisenti, karla karışık yağmur ya da kar Çisenti ve hafif yağmur ya da yağış olmaz Genellikle yağış yok, bazen hafif yağmur ya da sağanak Görüş uzaklığı Zayıf Zayıf, ama düzeliyor Puslu, daha iyi Nemlilik Görece yüksek; bağıl nem biraz düşer ya da değişmez Bağıl nem biraz yükselir ya da fazla değişmez Bağıl nem düşer, sonra değişmez
Oklüzyon (Kapanmış) Cepheler Yaklaşık olarak 700 hpa düzeyindeki jeostrofik rüzgar hızıyla hareket eden orta enlem siklonlarının soğuk cepheleri, sıcak cephelerinden daha hızlı hareket eder ve sonunda aralarındaki sıcak havayı yukarıya kaldırarak onu yakalar. Bir soğuk cephe, sıcak cepheyi yakalayarak onu yukarıya kaldırır ya da sıcak cephenin önündeki hava görece daha soğuk olduğunda kendisi sıcak cephe yüzeyinin üzerine yerleşirse, bir oklüzyon (kapanma) olayı ve sonuç olarak da oklüzyona uğramış (kapanmış) cephe oluşur. Oklüzyon cephenin yüzey hava haritası üzerindeki konumu, yönü, önündeki soğuk havaya doğru olan yarım daire ve üçgenler ile işaretlenmiş bir çizgidir. Oklüzyon cepheler, hava haritalarında eflatun ya da mor renk ile gösterilir. 28
Soğuk Oklüzyon Soğuk oklüzyonda, soğuk cephenin arkasındaki havanın, sıcak cephenin önünde kalan havadan (serin olarak işaretlenir) daha soğuk olduğu gözlenir. Soğuk oklüzyon: Daha soğuk ve bu yüzden ideal gaz yasasına göre daha yoğun olan hava kütlesinin, sıcak sektördeki sıcak hava kütlesini ve sıcak cephenin doğusundaki serin havayı yukarıya zorlaması sonucunda kapanan cephe. Bu oklüzyona, soğuk tip adı verilmesinin nedeni, yüzeydeki yapısının bir soğuk cepheyi çok fazla andırmasıdır. Burada, sıcak cephenin ortadan kalkmadığına, ancak, artık yeryüzünden yukarıda bulunduğuna dikkat edilmelidir. 29
9 Şubat 2006 da Orta Avrupa üzerindeki bir oklüzyon cephenin (soğuk tip), yüzey hava haritasındaki konumu 30
9 Şubat 2006 500 hpa jeopotansiyel yükseklik haritası (orta troposferde oklüzyon cephenin oluşum koşulları) A A Y Y
Soğuk (a) ve Sıcak (b) Tip Oklüzyon Cephelerinin, Örnek Yüzey Sıcaklıklarıyla Birlikte Şematik Kesitsel Gösterimleri (a) Oklüzyona uğramış (kapanmış) bir orta enlem siklonunun kesiti (soğuk tip oklüzyon cephe) (b) Sıcak tip oklüzyon cephe 32
Sıcak Oklüzyon Sıcak oklüzyon: Sıcak cephenin önündeki geri çekilen soğuk havanın, soğuk cephenin arkasından yaklaşan yeni soğuk havadan daha soğuk olmasına bağlı olarak oluşan oklüzyon. Sıcak oklüzyonda, yeni soğuk hava kütlesi sıcak sektördeki sıcak havayı yukarıya kaldırmaya ve yolundan uzaklaştırmaya yetecek kadar yoğundur. Ancak, karşılaştığı soğuk havadan daha az soğuk ve bu nedenle de daha az yoğun olduğu için, bu serin hava kütlesi önündeki soğuk havayı kaldırıp yükseltemez. Bunun yerine, bu serin hava, tıpkı bir sıcak cephede olduğu gibi önündeki daha soğuk havanın üzerine tırmanır. 33
Sıcak Oklüzyonda (Kapanmış Sıcak Cephede) Hava Bir yöreden geçen sıcak oklüzyonda gözlenen hava olayları dizisini anlamak için, A dan E ye hareket ettiğimizi kabul edelim. A da sıcak cephenin önündeki soğuk havanın en soğuk bölümünde olunur. Yukarıda ise, sıcak hava sıcak cephe yüzeyi boyunca yukarıya doğru yükselerek, Ci ve Cs bulutlarının oluşmasına neden olur. B ye doğru hareket edildiğinde, zamanla bulutlar kalınlaşır ve tipik bir sıcak cephede olduğu gibi alçalır. Sonunda düzenli ve sürekli bir yağış oluşumu gerçekleşir. 34
Sıcak Oklüzyonda Hava Yukarıdaki soğuk cephe C noktasından geçerken, soğuk cephe sağanaklarında ve orajlarında olduğu gibi, yağış daha kuvvetli olabilir. Sağanak bulutları, soğuk havanın üzerinde hareket eden sıcak havanın yayılmasıyla oluşan stratus tipi bulutların gizlemesi yüzünden yerden görünmeyebilir. D de, sıcak oklüzyon geçmiş ve öncekine göre daha ılık koşullara girilmiş olunur. Ancak, yeni hava daha fazla sokulduğunda, sıcaklıklar biraz düşer. Sıcak oklüzyonlar, Büyük Okyanus un ve Atlas Okyanusu nun kuzeybatısında, Batı Avrupa da ve Doğu Avrupa Kafkaslar bölgelerinde sıklıkla etkili olur. 35
Duralar (İstasyoner) Cephe Stasyoner (duralar) cephe: Bir cephenin iki yanındaki hava akışı ne soğuk hava kütlesine ne de sıcak hava kütlesine doğru olmayıp, yaklaşık olarak cephe çizgisinin uzanışına koşut olduğunda, cephenin yeryüzündeki yeri değişmeden kalıyorsa, ortaya çıkan cephe deseni. Duralar cepheler, yüzey hava haritalarında, cephe çizgisinin bir yanı üçgenlerle öteki yanı yarı çember biçimli simgelerle (soğuk ve sıcak cephe sembolleri) gösterilir. İstasyoner cepheler hareket etmemekle birlikte, üçgenlerin arkasında soğuk hava kütlesinin, yarım dairelerin arkasında ise sıcak hava kütlesinin bulunduğunu anlarız. 36
Duralar cepheler, Duralar - yüksek dağ sıralarının etkisiyle, sıradağlarının egemen soğuk hava akımlarının geldiği rüzgar alan yamaçlarının önünde, - bir bölgeye kuzeyden ya da doğudan daha soğuk, güneyden daha sıcak hava taşıyan iki yüksek basınç arasında basıncın görece düşük olduğu bir boyun alanında ya da - bir yüksek basınç ve yavaş hareket eden bir alçak basınç arasında gelişebilir. 37
Doğu Akdeniz ve Türkiye nin batısındaki yüksek basınç merkezi ile Doğu Avrupa ovaları ve Hazar Denizi üzerine yerleşik yüksek basınç merkezi arasındaki boyun alanı (alçak basınç) üzerinde gelişen bir duralar cephe
Kuramsal Olarak Tasarlanmış Bir Duralar Cephedeki Tanıtıcı Rüzgar ve Hava Koşulları 39
Duralar Cephenin Soğuk Yanındaki Hava Koşulları Nasıl Olabilir? Stasyoner (duralar) cephede sıcak hava cepheye doğru estiğine göre, bu durumda neden kuzeye doğru olan bu hava hareketi bir sıcak cephe olarak kabul edilemez? Bunun yanıtı, sıcak havanın soğuk havadan daha az yoğun olmasıdır. Daha yoğun olan soğuk hava, cephenin hareketini denetler. Soğuk hava izin vermedikçe, sıcak hava gün boyunca cepheye doğru esse bile, cepheyi hareket ettirmeyi başaramayabilir. Bunun yerine, sıcak hava soğuk çevresinde, tıpkı bir sıcak cephede olduğu gibi yükselir. Bu bilindiğinde göre, karakteristik bir duralar cephenin soğuk yanındaki hava koşulları olasılıkla kestirilebilir: stratüs tipi bulut katmanları ve oldukça sürekli yağış dönemleri. Cephe duralar olduğu için, bu koşullar uzun sürebilir ve geniş bir kuşakta, günlerce gri ve sıkıcı bir gökyüzü egemen olur. Sonuç olarak, duralar cephedeki hava koşulları, soğuk cephedeki havadan çok sıcak cephedekine benzer. 40
Duralar Cephe ve Şiddetli Hava Duralar cepheler, düzenli ve sürekli yağışlarla nitelenmekle birlikte, bazen gökgürültülü fırtınalar da oluşabilir. Hareketsiz soğuk hava kütlesine doğru ilerleyen ve yükselen sıcak hava kararsız ise, bu yükselme nedeniyle gökgürültülü fırtınalar oluşur. Cephenin ve buna bağlı olarak gelişen yağış deseninin bir yerde uzun bir süre kalma eğilimi, taşkınlara neden olan kuvvetli yağmur yağışıyla sonuçlanabilir. Bir sinoptik yüzey hava haritasında duralar bir cephenin geliştiği görüldüğünde, havanın sakin olacağı düşünülmemelidir. 41
Hava kütlelerinin kararlılığına bağlı olarak cepheler boyunca bulut tipleri 42