Seyfullah Çelik Telekomünikasyon Şube Müdürlüğü Ankara Eylül 2008
Meteoroloji Meteoroloji, atmosferde meydana gelen hava olaylarının oluşumunu, gelişimini ve değişimini nedenleri ile inceleyen ve bu hava olaylarının canlılar ve dünya açısından doğuracağı sonuçları araştıran bir bilim dalıdır. Dünyada Meteoroloji biliminin tarihçesi oldukça eskiye dayanır. Meteoroloji biliminde yapılan keşiflerin tarih sıralaması bu konudaki gelişmeleri ayrıntılı olarak ortaya koymaktadır. Tablo-1 Meteorolojinin Bilimindeki Keşiflerin Tarihi Gelişimi 1500 lü yıllar 1643 1650 Galileo Evangelista Toriçelli Blaise Pascal Rene Descartes Su termometresi icadı Civalı barometrenin keşfi Basıncın yükseklikle değişiminin tespiti 1667 Robert Hooks Rüzgar yönünü ölçen Anemometreyi İcat etti 1719 Gabriel Fahrenheit Sıcaklık ıskalasını geliştirdi 1742 Anders Celsius Santigrad ıskalasını geliştirdi 1780 Horace de Saussure Saç telinden nemölçeri, higrometreyi icat etti 1787 Jacques Charles Havanın hacmi ve sıcaklık ilişkisini geliştirdi. 1835 Gaspard Coriolis Dünyanın dönüşünün atmosferik hareketlere olan etkisini (koriyolus kuvvet) gösterdi 1840 lı yıllar Rüzgar ve fırtına kısmen anlaşıldı 1843 Telgrafın icat edildi 1848 Lord Kelvin Kelvin ıskalasını geliştirdi 1869 Eş basınçları birleştiren izobar eğrisinin keşfi 1920 li yıllar Hava kütlesi cephe kavramı keşfedildi 1940 lı yıllar Yüksek atmosfer balonu ile sıcaklı, basınç ve nem ölçüldü. Askeri uçaklar jet akımlarını keşfetti 1950 li yıllar Atmosferin davranışları Yüksek hızlı bilgisayarlarla, matematik formüller yoluyla tanımlanmaya başladı 1960 İlk meteoroloji uydusu Tiros uzaya yerleştirildi Hava tahmininde Sayısal modeller kullanılmaya başlandı 1990 lı yıllar Konvensiyonel radarların yerini Doppler radarlar alarak fırtına bulutlarının ayrıntısı keşfedildi
Özellikle son yüz yılda gerçekleşen uydu ve bilgisayar teknolojilerindeki hızlı gelişmeye bağlı olarak atmosferin bütün özellikleri keşfedilmiş, hemen hemen bilinmeyen bir özelliği kalmamıştır. Bundan sonra bilim adamlarının üzerinde çalışacağı konular ayrıntılar ve daha iyisini hesaplamak ve keşfetmek olacaktır. Atmosfer Meteoroloji biliminin daha iyi anlaşılması için atmosferin fiziksel ve kimyasal özellikleri ile bunların hava, su ve toprakla olan ilişkilerinin çok iyi bilinmesi gerekmektedir. Atmosferin bileşimi Atmosferde bulunan ve canlıların yaşamasını sağlayan en önemli gazlar; Nitrojen, Oksijen, Su buharı, Karbondioksit, Metan, Diazot monoksit ve Ozondur. Tablo-2 den görüldüğü gibi Nitrojen ve Oksijen bu gazların %99 unu teşkil etmektedir. Her iki gazda canlılar için çok önemli ve yaşamsaldır. Tablo-2 Yerden 25 km ye kadar Atmosferin ortalama bileşimi Gaz adı Kimyasal Yüzde değeri formül Nitrojen (Nitrogen) N2 78.08 % Oksijen (Oxygen) O2 20.95 % Su (Water) (*) H2O 0 to 4 % Argon(Argon) Ar 0.93 % Karbondioksit CO2 (Carbon Dioxide) (*) 0.0350 % Neon (Neon) Ne 0.0018 % Helyum (Helium) He 0.0005 % Metan (Methane) (*) CH4 0.00017 % Hidrojen(Hydrogen) H2 0.00005 % Diazotmonoksit (Nitrous Oxide) (*) N2O 0.00003 % Ozon (Ozone) (*) O3 0.000004 % (*) Değişebilir gazlar Şekil-1 Atmosferde bulunan gazların dağılımı (%)
Atmosferin tabakaları Atmosferin tabakaları birçok özelliğe göre sınıflandırılır. Sıcaklığa göre olanı şekil-2 deki gibidir. Atmosferin sıcaklığa göre sınıflandırılmasında dört tabaka vardır. Sırasıyla, Troposfer. Stratosfer, Mezosfer ve Termosferdir. Troposfer yeryüzüne en yakın içinde yaşadığımız tabakadır, kalınlığı 6-20 km dolayındadır. Kutuplarda daha ince ekvatorda kalın olan troposferde, şiddetli hava olayları tropiklere yakın alanlarda gerçekleşmektedir. Şekil-2 Atmosferin Tabakaları Troposfer tabakası içerisinde yükseklikle sıcaklık her 100 metrede 0.65 drece azalır ve tabakanın sonunda -56.5 dereceye kadar düşer. Stratosfer tabakası ise 11-50 km arasında yer alır. Atmosferdeki gazların yüzde 19 ile çok az miktarda su buharı bu tabakada bulunmaktadır. 20 ila 50 nci
km ler arasında bizleri güneşin zararlı etkilerinden koruyan ozon gazı tabakası bulunur. Mezosfer tabakası ise atmosferin en soğuk katmanıdır. Sıcaklık -120 dereceye kadar düşer. Tabakanın üst sınırı ise 85 km ye ulaşmaktadır. Bu tabakadaki gazların kalınlığı uzaydan gelen meteorları yavaşlatıp yakacak kadar kalındır. Atmosferin son tabakası ise termosferdir, yüksekliği yaklaşık 690 km ye kadar ulaşmaktadır burada sıcaklık yaklaşık 1200 derecedir. Bu tabakadaki gazların kalınlığı mezosferden daha incedir,yüksek sıcaklığa rağmen cildimizi ısıtacak enerji bulunmamaktadır. Atmosferin fiziksel davranışı ve gaz kanunları Atmosferde bulunan gazların birbiriyle olan ilişkilerinde ve tanımlamalarda; sıcaklık, basınç, yoğunluk ve hacim önemlidir. 1- Eğer sıcaklık sabit ise, gazın yoğunluğu basınçla doğru orantılıdır, hacim ise basınçla ters orantılıdır. Bundan dolayı basınç yükseldikçe yoğunluk artar ve hacim azalır. 2- Eğer hacim sabit olursa, gazın birim kütlesindeki basınç sıcaklıkla doğru orantılıdır. Sıcaklık artarsa hacim sabit olduğu için basınçta artacaktır. 3- Eğer basınç sabit ise; gazın sıcaklığı hacimle doğru orantılı yoğunlukla ters orantılı olacaktır. Birim hacimdeki gazın sıcaklığı yükseltilirse hacim artar,yoğunluk azalır. Yukarıdaki tanımlamalar İdeal Gaz Kanunlarıdır ve aşağıdaki formüllerle izah edilir. BASINÇ x HACİM =SABİTE x SICAKLIK BASINÇ=YOĞUNLUK x SABİTE x SICAKLIK Atmosferik basınç Yerçekimi bütün atmosferik işlemlere etki etmektedir. Havanın ağırlını oluşturan basınç ortalama deniz seviyesinde 1013 milibardır. Şekil-3 de görüldüğü gibi basınç ve yoğunluk yükseklikle azalmaktadır.
Şekil-3 Yükseklikle Hava Basıncı ve yoğunluğunun azalması Atmosferik basınç ölçümü Hava basıncını ölçen alete barometre denir. İlk ölçüm Evangelista toricelli tarafından Şekil-4 dekine benzer sistemle 1643 yılında yapılmıştır. Şekil-4 Torriçelli Barometresi Yeryüzündeki basınç merkezleri Dünyanın birçok bölgesinde büyük ölçekli basınç merkezleri vardır. Bunlar genellikle geniş deniz ve kara parçaları üzerinde oluşur. Ülkemizi yazın sıcak karakterli Basra alçak basınç merkezi ile Azor yüksek basınç merkezi etkiler. Kışın ise soğuk karakterli Sibirya yüksek basınç merkezi ile İzlanda alçak basınç merkezi etkiler. Basınç merkezleri dünyanın her bölgesi üzerinde etkisini mevsimlere göre sürdürmektedir. Mevsim değişimi ile basınç merkezlerinin de konumu değişmektedir. Yaz mevsiminde batı Avrupa üzerinde bulunan Azor (Bermuda) yüksek basınç merkezi, kış mevsiminde daha fazla yağışlara neden olan İzlanda alçak basınç merkezine yol açmak için daha aşağı enlemlere kayar (Şekil-5). Yaz mevsiminde sıcak ve kuru özelliğe sahip termal karakterli Basra alçak basınç merkezi Türkiye genelinde etkili olmaktadır, kış mevsimi geldiğinde ise daha güney enlemlere çekilir ve yerini daha soğuk karakterli Sibirya yüksek basıncına bırakır (Şekil-6).
Şekil-5 Kış mevsimi basınç merkezlerinin dağılımı Şekil-6 Yaz mevsimi basınç merkezlerinin dağılımı
Isı enerjisi transferi Bizim yaşadığımız gezegenin ısı kaynağı güneştir. Güneşten gelen enerji uzay ve atmosferi geçerek yeryüzüne ulaşır. Yeryüzüne ulaşan enerji, yeryüzünü ve atmosferi ısıtır. Atmosferin ısınması üç şekilde olur. Radrasyon, kondüksiyon ve konveksiyon. Başka bir deyişle ısı iletimi üç yolla gerçekleşir. Elektromağnetik radyasyonun çoğu güneşten yeryüzüne görünür ışık (visible) olarak ulaşır. Işık değişik frekanslara sahip dalga boylarından oluşmuştur. Bizim beynimiz farklı frekansları renk olarak algılar. Ancak tüm renkler aynı anda görüldüğünde beyaz ışık olarak tanımlanır. Güneşten gelen ve bizim göremediğimiz dalgalar kızılötesidir (infrared). Şekil-7 Elektromanyetik dalga boyları Kondüksiyon Isı enerjisinin bir maddeden diğer maddeye transferidir. Metal bir kaşığın sıcak bir çorba içinde ısınması kondüksiyon yoluyla ısı transferidir. Özellikle metallerde ısı transferinde oldukça etkin bir yoldur.
Şekil-8 Isı iletim çeşitleri Konveksiyon Konveksiyon ısı enersisinin sıvı içerisindeki transferidir. En iyi örnek mutfakta kaynayan bir su gösterilebilir. Hava atmosfer içerisinde hareket eden bir sıvıdır. Güneş ışınlarının yeryüzünü ısıtmasıyla yeryüzünden buharlaşma meydana gelir, bu konveksiyon yoluyla lokal bulutların oluşum şeklidir. Radyasyon Eğer kamp ateşinin yanında duruyorsanız vücudunuzun ateşe dönük olan tarafı diğer taraftan daha fazla ısınacaktır, işte sizin hissettiğiniz ısınma radyasyon yoluyla ısı transferidir.radyasyon olarak ısı enerjisi transferi uzayda elektromağnetik radyasyon yoluyla gerçekleşmektedir. Şekil-9 Radyasyon kaybı nedeniyle yeryüzündeki sıcaklık değişimi
Suyun fiziksel özellikleri Su yaşamın ana kaynağıdır. Yaşadığımız gezegenin yüzde 70 i suyla kaplıdır. Su fiziksel olarak üç halde bulunur, katı, sıvı ve gaz hali. Molekül yapısı aşağıdaki gibidir, iki hidrojen ve bir oksijen atomundan meydana gelmiştir (Şekil-10). Katı halde düzenli, gaz halinde düzensiz molekül dizilişleri görülmektedir (Şekil-11). Şekil-10 Su molekülünün yapısı Şekil-11 Su moleküllerinin gaz, sıvı ve katı haldeki dizilişleri Suyun aşağıdaki özellikleri de çok önemli ve benzersizdir. a) Su spesifik ısıya sahiptir. Bu ısı maddenin sıcaklığını değiştirmek için gerekli olan enerji miktarıdır. Su ısınıp soğurken büyük miktarda enerji depolar ve verir, böylece yeryüzü iklimini ayarlamada önemli görevler yapar. Şekil-12 Suyun hal değişimi ve enerji transferi
b)su saf haldedir,asidik ve bazik özelliği yoktur.yağmur sularının ph değeri 5,6 dır. c)su civa hariç, ısıyı temas yoluyla en iyi ileten sıvı özelliğine sahiptir,bu da göl ve okyanuslardaki suyun düzenli bir dikey sıcaklık profiline sahip olmasını sağlamaktadır.. d)su molekülleri 0-100 derece gibi geniş bir aralıkta sıvı halde bulunmaktadır, buda suyun yeryüzünün birçok alanında bulunmasına neden olmaktadır. e)su çok iyi bir çözücüdür. Yüzey akışı, sızma ve yeraltı suyu akışının sağlanmasında bu özellik çok önemlidir. f)su molekülleri yeryüzünde üç halde bulunur, katı, sıvı ve gaz hali. Hal değişimleri ısı değişimlerini de gerektirir. Atmosferdeki bu hal değişimleri ısı dengelemesinde önemli bir rol oynar. g)temiz su en yüksek yoğunluğa +4 derecede ulaşır. Tablo-3 Su moleküllerinin değişik sıcaklıklardaki yoğunlukları Sıcaklık ( C) Yoğunluk (gr/cm3) 0 (Katı) 0.9150 0 (Sıvı) 0.9999 4 1.0000 20 0.9982 40 0.9922 60 0.9832 80 0.9718 100 (Gaz) 0.0006
Hidrolojik döngü Hidrolojik döngü; suyun yeryüzü-atmosfer sisteminde depolanmasını ve hareketini gösteren bir sistemdir. Su atmosfer, okyanuslar, göller, nehirler, toprak, buzullar, karla kaplı alanlar, yeraltı suları gibi alanlarda tutulmaktadır. Şekil-13 Hidrolojik döngü Tablo-4 Yeryüzündeki Suyun Dağılımı Depolama Alanı Hacim (km3 x 1,000,000) Yüzde Okyanuslar 1370 97.25 Buzullar 29 2.05 Yer altı Suyu 9.5 0.68 Göller 0.125 0.01 Toprak Nemi 0.065 0.005 Atmosfer 0.013 0.001 Nehirler 0.0017 0.0001 Biyosfer 0.0006 0.00004
Atmosferik nem Nem atmosferdeki su buharı miktarıdır. Havadaki nem miktarı yoğunlaşma ve buharlaşma faktörüne göre azalır ya da artar. En çok bilinen nem miktarı nisbi nemdir ve şu andaki havanın doymuş haldeki havaya oranının yüzdesi olarak tanımlanır. Nisbi nem higrometre ya da hiğrograf denilen aletlerle ölçülür. Şekil-14 Nisbi nemin sıcaklığa göre değişimi Bulutlar Bulut nemli ve sıcak havanın atmosferde yükselerek soğumasından oluşan küçük su damlacıklarından meydana gelir. Eğer bulut iyice soğumuşsa içerisinde buz kristalleri oluşur. Bulutların sınıflandırılması Bulutlar Luke Howard tarafından 1803 yılında aşağıdaki Latince kelimeler kullanılarak ayrılmıştır -sirrüs (Cirrus)-püskül -Kümülüs (Cumulus)-yığın, küme -Stratüs (Stratus)-tabaka -Nimbus (Nimbus)-yağmur getiren On adet bulut ismi vardır ve bunların bazıları ortak kelimelerden oluşmuştur. Alto kelimesi orta anlamına gelmektedir. Bulutlar yerden olan yüksekliklerine göre üç gruba ayrılmaktadır.
Alçak bulutlar Orta bulutlar 2000 metrenin altında genellikle su damlacıklarından oluşan bulutlardır. Stratocumulus Stratus Cumulus Cumulonimbus (Dikine gelişimi en fazla olan bulut) Genellikle 2000-7000 metre yükseklikte su damlacıklarından oluşan bulutlardır. Altocumulus Altostratus Nimbostratus Yüksek bulutlar Buz kristallerinden oluşmuştur, yükseklikleri 5500-14000 metre arasındadır. Cirrus Cirrostratus Cirrocumulus Şekil-15 Kümülüform (küme) tipi bulutlar
Şekil-16 Stratiform (tabaka) tipi bulutlar Şekil-16 Bulutların genel sınıflandırılması
Yağış Yağış oluşabilmesi için yer ve yağışın oluştuğu seviye arasında belirli bir sıcaklık farkının olması ve yeterli nemin bulunması gerekir. Yer seviyesi sıcak yukarı seviyelerde sıcak ise burada yağış yoktur ve yaz durumudur. Keza yer soğuk, yukarıda soğuk ise bu ayaz kış durumudur. Yağışın olduğu durumlar yer sıcak yukarı seviyelerde de yeterli soğuk havanın bulunması gerekir. Elbette yoğunlaşmanın oluşabilmesi için ya yerden ısınarak yükselme, ya dağ ya da tepelere çarparak oroğrafik yükselme, yada bir alçak basınç merkezine bağlı dinamik yükselmeyle yoğunlaşmanın sağlanması gereklidir. Bu yağış türleri; konvektif, oroğrafik ve cephesel olarak tanımlanır. Şekil-17 Yağış Oluşumu Şekil-18 Dikey sıcaklığa göre yağış oluşumu
Şekil-19 Hava tahmincileri gökyüzüne her zaman farklı bir gözle bakarlar, havanın durumu onlar için çok şey ifade eder. Güneşten gelen ışınlara atmosferin etkisi Güneşten gelen solar radyasyonun yüzde 51 i yeryüzüne direk ulaşır, bu enerji yeri ve yere yakın atmosferi ısıtır. Buharlaşmayı sağlar, bitkilerin fotosentez olayını gerçekleştirir. Geriye kalan yüzde 49 un, yüzde 4 ü yer yüzeyinden yansır, yüzde 26 sı bulutlar ve atmosfer tarafından yansıtılır, Yüzde 19 ise atmosferik gazlar, partiküller ve bulutlar tarafından emilir. Şekil-20 Güneşten gelen ışınların dağılımı
Sera etkisi Sera etkisi yeryüzünün ve atmosferin ısınması sonucu doğal olarak oluşan bir işlemdir. Karbondioksit, Metan ve Su buharının yeryüzünden gelen uzun dalga radyasyonu tutması sonucu gerçekleşmektedir. Özellikle karbondioksit oranındaki değişim bu süreci hızlandırmıştır. Şekil-21 Küresel ısınmaya neden olan sera gazları Tablo-5 Küresel ısınmaya neden olan sera gazlarının değişimleri ve kaynakları Sera Gazları Yoğunluk Yoğunluk 1750 2003 Değişim % Doğal ve Suni Kaynaklar Karbon dioksit 280 ppm 376 ppm 34% Organik çürüme, orman yangınları, volkanlar, fosil yakıtların yanması, ormanların tahrip edilmesi, yanlış toprak kullanımı. Metan 0.71 ppm 1.79 ppm 152% Islak alanlar, organik çürüme, termitler, doğal gaz ve petrol çıkartılması, pirinç üretimi. Diazot monoksit 270 ppb 319 ppb 18% Ormanlar, yeşil alanlar, okyanuslar, toprak işleme, gübreleme, fosil yakıtların yanması. Kloroflora karbon (CFCs) 0 880 ppt - - Atmosferde enlemlere ve yükseltiye bağlı olarak değişmektedir. Ozon Soğutucular, spreyler, kimyasal çözücüler stratosfer tabakasında Güneş ışınlarının direkt olarak oksijen azalmakta, molekülleri üzerine olan etkisi ile doğal yeryüzüne olarak gerçekleşmektedir. yakın alanlarda artmaktadır.
Küresel ısı dengesi Yıllık yeryüzüne ulaşan kısa ve uzun dalga radyasyon değerlinden görüldüğü gibi ekvatordan 35 nci kuzey ve güney enlemlere kadar olan alanlarda ısı enerjisi fazlalığı, kutuplara yakın alanlarda ise ısı enerjisi azlığı söz konusudur. Enerji fazlalığı olan ekvator alanlarından, azlık olan kutuplara doğru bir enerji transferi vardır buna boylamsal transfer denir. Bu enerji transferi atmosferik ve okyanus sirkülasyonunu oluşturur. Şekil-22 Ekvatordan kutuplara ısı transferi Okyanuslar Yeryüzünün yüzde 71 okyanuslarla kaplı, yeryüzündeki suyun ise yüzde 97 si okyanuslarda bulunmaktadır. Dünya nüfusunun yarısından fazlası sahillere 100 km mesafede yaşamaktadır. Dolayısıyla okyanusun etkilerini ve hava ile olan ilişkilerini çok iyi bilmeliyiz. Okyanusun yüzey sıcaklıklarındaki değişme el nino ve la nina gibi büyük ölçekli iklim olaylarına sebep olmaktadır. Ayrıca büyük oranda okyanuslardaki sıcaklık değişim kaynaklı harekeyn, tayfun, seller, kuraklık oluşumu sebze ve tahıl üretimini ve fiyatlarını da doğrudan etkilemektedir.
Şekil-23 Okyanus alanları Şekil-24 Okyanus yüzey akıntıları Okyanus Pasifik Atlantik Hint Güney Arktik Yüzey Alanı Yüzde km2 166,000,000 45.0% 82,000,000 22.2% 73,600,000 20.0% 35,000,000 9.5% 12,173,000 3.3% Şekil-25 Okyanus alanlarının büyüklüğü ve okyanus suyu akıntıları
Sıcaklık kavramı Sıcaklık ve ısı Sıcaklık ve ısı kavramları aynı değildir. Sıcaklık yoğunluğun ölçüsü ya da bir cismin sıcaklık derecesidir. Teknik olarak ise cismin moleküllerinin ortalama hızının tanımlanmasıdır. Isı ise bir cismin sahip olduğu ısı enerjisi miktarının ölçüsüdür. Sıcaklığın uzaydaki dağımı cisimlerdeki ısı akışını belirler. Isı daima sıcak alandan soğuk alana doğru akar. Isı kalori gibi enerji birimi ile, sıcaklık ise derece ile ifade edilir. Sıcaklık ıskalası Günümüzde sıcaklığı ölçmek için değişik ıskalalar kullanılmaktadır. Bunlardan en önemlisi, Derece, Fahrenhayt ve Kelvindir. Tablo-6 Sıcaklık ıskalası Ölçüm Iskalası Kaynama Noktası Donma Noktası Mutlak Sıfır Fahrenheit 212 32-460 Celsius 100 0-273 Kelvin 373 273 0 Sıcaklık ölçülmesi Sıcaklık ölçülmesi Dünya Meteoroloji Teşkilatının öngördüğü standartlara göre yerden 1,5 metre yükseklikte, gölgede ve hava akımı alan bir yerden ölçülür, bunun için hazırlanan rasat siperleri dünyanın her yerinde aynı standarttadır. Meteoroloji termometrelerinin içinde genellikle civa ve alkol bulunmaktadır. Donma derecesi daha düşük(-112 derece) olan alanlarda termometre içine alkol konulmaktadır. Yeryüzünün Farklı Isınması Güneş ve Yeryüzü arasındaki ilişki Yeryüzünün kutuptan kutuba farklı ısınması birçok sonuca neden olur. Burada temel ilke güneşin açısının enlemlere ve mevsimlere göre değişimidir. Dünya güneş etrafındaki dönüşünü 365 günde, kendi ekseni etrafındaki dönüşü ise 24 saatte tamamlar. Dünya 23 derecelik eğik bir eksen üzerinde dönmektedir. Eğer bu eğim olmasaydı mevsimlerde olmayacaktı ve kutuplar dışında birçok alanda yıl boyu 12 saat günışığı olacaktı. Güneşten gelen ışınlar farklı enlemleri farklı ısıtır. Aynı enerji kuplara yakın alanları daha az (B), ekvatora yakın alanları daha yoğun ısıtır (A). Çünkü aynı enerji miktarı kutuplara yakın bölgede daha geniş alanı, ekvatorda ise daha dar bir alanı ısıtmaktadır.
Şekil-26 Güneşten gelen enerjinin ekvatora ve kutuplara etkisi Güneşten gelen radrasyonun kullanımı Güneşten gelen radyasyon miktarının hava ve iklime olan etkisi belirleyen yardımcı faktör yeryüzünün ısıyı emme(absorbe) oranıdır. Yeryüzünden olan yansıma miktarı albedo olarak tanımlanır. Yeryüzündeki albedosu düşük olan alanlar, daha fazla enerji absorbe eden alanlardır. Kutuplarda bulunan buz kütleleri güneşten gelen kısa dalga radyasyonu etkin olarak yansıtmakta ve sıcaklığın yükselmesi için çok az ısınmaktadır. Çöller ise güneşten gelen radyasyonun sadece yüzde 25 yansıtmaktadır, bu yüksek emme oranı nedeniyle çöller fazla ısınmaktadır. Tablo-7 Albedo oranları (cisimlerin güneş enerjisini yansıtma oranı) ALBEDO TİPLERİ (%) Albedo Su (Güneş Açısı 90 ) 3 Su (Güneş Açısı 30 ) 7 Su (Güneş Açısı 10 ) 24 Deniz Buzu 30-40 Taze Kar 75-95 Eski Kar 55 Ormanlar 5-10 Kuru Kum 20-30 Koyu Toprak 5-15 Çim 15-20 İnce Bulut 35-50 Kalın Bulut 70-90
Hava sıcaklığının günlük değişimi Dünyanın kutup ekseni üzerinde 23 derecelik bir açıyla 24 saatte dönmesinden dolayı güneşten gelen ışınların miktarı hem güneşlenme süresi hem de net radyasyon olarak farklılıklar göstermektedir. Şekil-27 ve 28 45 nci enlem üzerinde bulunan bir istasyona ait en uzun ve en kısa günlerle, gündönümündeki günlere ait bilgiler verilmektedir. Şekil-27 Günlük güneşlenme şiddeti Şekil-28 Günlük net radyasyon değişimi
Hava sıcaklığının mevsimsel değişimi Dünyanın güneş etrafında dönmesinden dolayı mevsimler meydana gelmektedir. 20-21 mart ilkbahar noktası gün eşitliğini 22-23 eylül ise sonbahar noktası gün eşitliğini göstermektedir.21-22 haziran ve 21-22 aralık ise yaz ve kış gündönümünü göstermektedir Şekil29. Şekil-29 Mevsimlerin oluşumu ile gece ve gündüz sürelerinin değişimi Global sıcaklık dağılımı Eğer dünya homejen bir yapıya sahip olsaydı yani karalar ve denizler olmasaydı, kutuba yakın alanlar soğuk, ekvatora yakın alanlar sıcak olurdu, başka bir deyişle enlemsel bir sıcaklık dağılımı olurdu. Ancak yeryüzü karalar ve denizlerden oluşan karmaşık bir yapıya sahiptir. Karaların denizlerin farklı ısınıp soğuması enlem ve yükselti faktörleri yeryüzünün her noktasının farklı ısınmasına neden olmaktadır. Ocak ve temmuz ayı ile ortalama global sıcaklık dağılımları Şekil 30-31 de görülmektedir.
Şekil-30 Ocak ayı küresel sıcaklık dağılımı Şekil-30 Ocak ayı küresel sıcaklık dağılımı
Rüzgar oluşumu Rüzgar en basit anlatımla yatay hava hareketidir. Şekil 31 de görüldüğü gibi yüksek basınçtan alçak basınca doğru olan hava akımıdır. Şekil-31 Rüzgar oluşumu Rüzgâr hızı anemometre ile ölçülür, ancak artık meteorolojik ölçümlerin çoğu sensörler yoluyla otomatik meteoroloji istasyonları tarafından yapılmaktadır. Şekil-32 Otomatik meteoroloji istasyonu
Rüzgâr, doğu, batı, kuzey (yıldız) ve güney (kıble) olmak üzere dört ana, kuzeydoğu (poyraz), kuzeybatı (karayel), güneydoğu (keşişleme) ve güneybatı (lodos) ara yönleri ile tanımlanmaktadır. Meteorolojik ölçümlerde ise daha da hassas ara yönler kullanılmaktadır. Şekil-33 Rüzgar yönleri Rüzgâr yüksek basınçtan alçak basınca doğru akar. Basıncın etrafına göre yüksek olduğu merkezler, yer seviyesinde yüksek basınç merkezini gösterir. Yüksek basınç basınç merkezi kuzey yarıkürede saat istikametinde bir dönüş yapar. Alçak basınç merkezi ise kuzey yarıkürede saat istikametinin tersine bir dönüş yapar. Güney yarıkürede ise dönüşler kuzey yarıkürenin tersinedir.
Şekil-34 Basınç merkezlerinin dönüşü Eş basınç (izobar) değerleri birleştirilerek, yeryüzüne ait en önemli bilgileri veren yer haritaları elde edilir. Bu haritalar tüm dünyayı gösterdiği gibi yalnız ülkelere ve bölgelere ait hazırlanabilir. Bu haritalar üzerinde alçak ve yüksek basınç alanları soğuk ve sıcak cepheler (Şekil-36 37) yağışlı ve sisli bölgeler gibi birçok ayrıntılar yanında bu haritanın daha sonra nasıl olacağına dair ipuçları vardır. Meteorolojistler tüm bu ayrıntıları hassas bir şekilde değerlendirerek tahmin yapar. Eğer izobarlar birbirine yakınsa bu noktada rüzgar hızı daha fazladır Şekil-38. Şekil-35 11.09.2008 00 UTC Yer haritası
Şekil-36 Cephenin yatay kesiti Şekil-37 Cephenin dikey kesiti
Şekil-38 İzobarlar arasındaki mesafe rüzgar hızı hakkında fikir verir Atmosferin yukarı seviyelerini anlamak için dünya üzerinde 1000 den fazla istasyonda 12 sattte bir(bazı özel istasyonlarda saatlik, üçer ve altışar saatlik) balonla ölçüm yapılmaktadır. Yaklaşık 40 km ye kadar ulaşan derinlikte olan sıcaklık, nem, yükseklik. ve rüzgar bilgileri elde edilmektedir. Elde edilen bilgiler yoluyla atmosferin standart seviyelerine (1000, 850, 700, 500, 300, 250, 200, 100 hpa) ait haritalar elde edilmektedir. Bu haritalardan en önemlisi 500 hpa haritasıdır, yaklaşık yerden 5500 metre yukarıdaki sıcaklık, nem rüzgâr dağılımı ile bu seviyedeki havanın kalınlığını (yüksekliği) göstermektedir. Bu haritaların çiziminde eş yükseltileri birleştiren kontur ve eş sıcaklıkları birleştiren izotermler kullanılmaktadır (Şekil 39). Haritalar üzerindeki sıcaklık değerleri mevsime göre, atmosferin yukarı seviyelerindeki sıcak yada soğuk havayı belirlemektedir. Ayrıca konturların bükülüşü ve rüzgâr yön ve şiddeti de hava tahmincileri için önemli ipuçları sağlamaktadır. Alçak ya da yüksek merkezlerin hareketi birçok faktöre bağlı olarak değişir. Bunlardan en önemlileri; basınç gradyan kuvveti, merkezkaç kuvveti ve koriolis kuvvetidir (Şekil-40). Şekil-39 11.09.2008 tarihli 500 hpa 00 UTC haritası
Şekil-40 Basınç merkezlerini etkileyen kuvvetler Lokal ve bölgesel rüzgar sistemleri Yeryüzünün farklı ısınmasından dolayı yatay ve dikey rüzgâr akımları oluşmaktadır. Şekil-41 Lokal rüzgar oluşumu Karaların ve denizlerin farklı ısınıp farklı soğumasından kıyı meltemleri oluşur (Şekil-41). Karalar denizlere göre daha çabuk ısındığından, ısınan hava yükselir ve yerinde alçak basınç merkezi oluşur, deniz üzeri henüz ısınma olmadığı için buradaki basınç karaya göre daha fazladır yani yüksek basınçtır. Gündüzleri denizden karaya, (Şekil-42) geceleri ise karadan denizlere Şekil - 43 doğru olan kıyı rüzgârları dünyanın değişik noktalarında değişik isimlerle adlandırılır. Ayrıca soğuk havanın hafif olup yükselme, sıcak havanın ağır olup çökme özelliklerine göre dağ, yamaç ve vadilerde de gece gündüz sıcaklık farkından dolayı rüzgar akışları vardır
(Şekil-44,45). Aslında kartalları ve planörleri enerji kullanmadan yüksek sevilere çıkaran sıcak havanın yükselmesidir. Kıyı meltemleri sakin havalarda görülür, bunlardan daha kuvvetli alçak ya da yüksek basınç etkisi görülen alanlarda basınç merkezlerinin akışı hâkimdir. Musonlarda çok büyük ölçekli kıyı meltemidir, yazın okyanustan yağışlı hava, kışın Himalayalardan soğuk ve kuru hava kıyıları etkiler Şekil-46. Şekil-42 Gündüz meltemi Şekil-43 Gece meltemi
Şekil-44 Vadideki gündüz rüzgar akışı Şekil-45 Vadideki gece rüzgar akışı Şekil-46 Yaz ve Kış musonları
Enverziyon Dikey olan yükselen havanın sıcaklığı her 100 metrede 0,65 derece azalır(normal lapse-rate).eğer sıcaklık yükseklikle azalmıyor artıyorsa bu duruma (negatif lapse rate) enverziyon denir. Enverziyon genellikle kış mevsiminde, büyük şehirlerde çok belirgin olarak görülür ve hava kirliliğine neden olur. Özellikle kış mevsiminde, yüksek basıncın hakim olduğu sakin gecelerde yeryüzü radyasyon kaybı nedeniyle havadan daha çabuk soğur ve yere yakın seviyelerde soğuk, yerin biraz üstünde ise sıcak hava bulunur. Bu durumda yerdeki soğuk hava hapsolur ve yükselemez, ne zaman yer sıcaklığı ısınarak yukarı seviyelerden yüksek hale gelir o zaman oluşan radyasyon sisi ve enverziyon ortadan kalkar Şekil-47. Şekil-47 Yükseklikle sıcaklık değişimi ve enverziyon
Sis Sis stratus bulutunun yere inmiş halidir. Başka bir deyişle görüş mesafesi 1000 metrenin altında ise sis vardır. Sisli havalarda genellikle yüksek basınç nedeniyle sakin bir hava vardır. Radyasyon sisi; Genellikle kıs mevsiminde yerin havadan daha hızlı soğuması nedeniyle oluşur. Adveksiyon sisi: Soğuk bir yüzey üzerine sıcak havanın gelmesiyle oluşur. Yamaç ve Vadi sisi: Oroğrafik yükselme ve çökme nedeniyle oluşur. Yağış sisi: Yağış esnasında görüş mesafesinin altına düşmesiyle oluşur, zaten bu durumda hava doymuş hale yakındır. Buhar sisi ; Sıcak su yüzeyine soğuk havanın gelmesiyle oluşur. Şekil-48 Sis çeşitleri Şimşek Ve Gökgürültüsü Bir bulut içerisinde hidrometeorlar olarak adlandırılan parçacıklar gelişir ve etkileşime girer, çarpışma sayesinde de yüklenir. Daha büyük parçacıkların daha fazla negatif yük kazanma, daha küçük parçacıkların ise daha fazla pozitif yük kazanma eğilimde oldukları düşünülmektedir. Bu parçacıklar, bulutun yukarı bölümünün tamamen pozitif yük kazanması ve bulutun aşağı kesimlerinin negatif olarak yüklenmesine kadar, dikey hareketler ve yer çekiminin etkisiyle ayrılma eğilimindedir. Bu yük ayrılması, hem bulut içerisinde hem de bulut ile yer arasında çok büyük bir elektrik potansiyeli oluşturur (Şekil-49). Bu potansiyel milyon voltlar seviyesinde olabilir ve sonunda havadaki elektriksel direnç bozulur ve parlama (şimşek çakması) başlar. Yani şimşek orajın negatif ve pozitif bölgelerindeki elektriksel boşalmadır.
Gök gürültüsü, elektriksel boşalma ile 20.000 C (Güneş yüzey sıcaklığının üç katı) ye varan sıcaklık ile atmosferin ısıtılması sonucu ışık (parlama) kanalları boyunca oluşmaktadır. Bu bir şok dalgası üreten çevredeki açık havayı sıkıştırır, ardından da şimşek kanallarından dışarı doğru yayılırken akustik dalgaya dönüşür. Aslında şimşek (parlama) ile gök gürültüsü aynı zamanda oluşmasına rağmen, ışık 186.000 mil/sn hızla ulaşır ki bu ses hızının hemen hemen bir milyon katıdır. Böylece parlama, eğer bulut tarafından gizlenmemişse işitilen gök gürültüsünden önce görülür. Şimşeğin görülmesi ile gök gürültüsünün duyulması arasında geçen sürenin (sn.) 5 e bölünmesi ile şimşek çakmasının olduğu yere olan uzaklık (deniz mili) tahmin edilebilir. Şekil-49 Şimşek oluşumu Gökkuşağı Güneş ışık yayar ve biz o ışığı beyaz ışık olarak tanımlarız. Gerçekte beyaz ışık birçok değişik dalga boyuna sahip renklerden oluşmaktadır. Ana renkler, kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, lacivert ve mordur. Dalga boyu en büyük olan kırmızı en küçük olan mor(menekşe)dur. Gökkuşağı yağmur sonrası güneşin ışınlarının prizma özelliği gösteren, yağmur damlacıklarından geçmesiyle oluşur.
Şekil-50 Gökkuşağı renklerinin oluşumu Aynı şekilde gökyüzünün renginin de mavi olması, atmosferdeki gaz moleküllerinin kısa dalga radyasyonunu tutması ve mavi ışığın değişik yönlere daha fazla dağılması sonucu oluşmaktadır. Şekil-51 Gökyüzü renginin oluşumu Şekil-52 Çift gökkuşağı
Küresel rüzgar sistemleri Konunun daha iyi anlaşılması için dünyanın dönmediği ve yer yüzeyinin homejen olduğu var sayılarak küresel yeryüzü ve yukarı seviyeler akışı incelenir Şekil-53 Tek hücreli rüzgar akışı Buradaki durum ekvator sıcak ve alçak basınç kuşağı, kutuplar ise soğuk ve yüksek basınç bulunduruyor. Hava akımı yada rüzgarlar yüksek basınçtan alçak basınca doğru akıyor (Şekil-53). Ancak dünyanın dönmesiyle birlikte oluşan basınç merkezleri nedeniyle küresel rüzgar akışları aşağıdaki yapıdadır (Şekil-54). Ekvatorda Termik (sıcaktan dolayı) bir alçak basınç kuşağı, Kutuplarda ise termik (soğuktan dolayı) yüksek basınç merkezleri bulunmaktadır.60ncı enlemlerde dinamik (dünyanın dönüşü ile ilgili) alçak basınç merkezleri, 30 ncu enlemlerde ise dinamik yüksek basınç kuşağı bulunmaktadır. Dünyanın dönmesi ve yeryüzünün farklı ısınması bu merkezlerin günlük ve mevsimlik konumlarını değiştirmektedir. Ekinoks durumunda her iki yarıküredeki sistemler birbirine simetrik durumda iken, yazın ekvator kuşağı ve buna bağlı sistemlerin kuzey yarıküreye doğru kaydığını yani kuzey yarıkürede yaz mevsiminin özellikleri gösterdiğini, kışın ise ekvator ekseninin güney yarıküreye kaydığını görüyoruz. Ekvatorda görülen bu eksen değişikliği tüm alçak ve yüksek basın ile jet rüzgârlarının da konumunu enleme bağlı olarak değiştirmektedir.
Şekil-54 Atmosferin genel sirkülasyonu Şekil-55 Atmosferin genel sirkülasyonunun mevsimlere göre dikey görünümü
Yüksek seviye rüzgârları ve jet akımları Atmosferin yukarı seviyelerinde bulunan kuvvetli rüzgâr akımları (jet stream) birçok meteorolojik olay ve parametreleri etkileyen önemli bir etkendir. Şekil-56 Atmosferin yukarı seviyelerindeki rüzgar akışı Şekil-57 Atmosferin yukarı seviyelerindeki jet akışı
Hava kütleleri ve geçiş alanları Hava kütleri binlerce kilometrekarelik büyük kara ve deniz parçaları üzerinde aynı nem ve sıcaklığa sahip alanlar üzerinde oluşur. Oluştuğu kaynağa göre; Ekvatoral, Tropikal, Polar ve Arktik olarak tanımlanır. Hava kütlesi neme göre de karasal ve denizsel olarak tanımlanır. Örneğin Türkiye yi yazın Sıcak ve karasal hava kütleleri(continental tropical ct,),kışın ise çok soğuk havalarda cp, çok soğuk ve karasal hava kütleleri(continental artic ca) etkiler. Bu hava kütlelerinin birbiriyle karşılaştıkları alanlar ise cephe zonları olarak kabul edilir. Soğuk ve sıcak cepheler bu alanlarda oluşur ve basınç sistemlerine göre hareket ederek yağış, rüzgar gibi en önemli meteorolojik hadiselere neden olurlar. Orta enlem siklonları ve kasırgalar Orta enlem siklonları oluştukları anlardan sonra 2000 km ye kadar geniş olanlar üzerinde etkili olurlar. Dünyadaki genel siklon akış yollarından görüldüğü gibi dünyanın batıdan doğuya doğru dönmesiyle sistemlerde genellikle batılı istikametlerde olmaktadır. Siklonlarla birlikte soğuk ve sıcak cephelerde gittiği bölgeler üzerine yağış, rüzgar sıcak ve soğuk havalar taşımaktadır (Şekil-58). Tropikal hava Ekvatora yakın sıcak karakterli alçak basınç kuşağı (ITCZ-iki dönence arasında yer alan yükselme zonu) ve subtropikal yüksek basınç kuşağındaki rüzgâr akışı nedeniyle ekvatora yakın okyanuslar üzerinde kasırgalar oluşmaktadır. Kasırgalar ekvatora yakın okyanuslar üzerinde büyük ölçekte oluşup geçtiği bölgelerde çok büyük can ve mal kayıplarına neden olmaktadır (Şekil-58). Şekil-58 Orta enlem siklonları ve kasırgaların yönleri
Şekil-59 Gelişmiş bir kasırga Şekil-60 Kasırganın uzaydan görünümü
Şekil-61 Kasırga sonrası afet durumu Oraj bulutları ve fırtınalar Gökgürültülü sağanak yağışlara neden olan kumülonimbus bulutları, yer yüzeyinin farklı ısınması, oroğrafik yükselme ve cephesel sistemlerde dinamik olarak yükselmeyle meydana gelir. Elbette bu bulutların oluşması için yer ve yukarı seviyelerde gerekli soğuk hava ile neme gereksinim vardır. Bu bulutlar yerden 20km yüksekliğe kadar ulaşabilir, dolu, kuvvetli rüzgar, gök gürültüsü,şimşek,kuvvetli yağış ve hortumlara neden olur.hortumlarda dönen havanın hızı saatte 500 km ye kadar ulaşabilir.gök gürültüsüne neden olan bu bulutlar orta enlemde yazın,tropiklerde ise
yıl boyunca görülür.orta enlem siklonlarında bulunan soğuk cephe üzeri ve onun 100 ila 300 km ilerisi (dry line) bu bulutların oluşum alanlarıdır. Şekil-62 Gelişmiş bir oraj bulutu, kümülonimbus Şekil-63 Oraj bulutunun dikey yapısı
Hortum olayı ülkemizde nadir de olsa görülmekte büyük hasarlara neden olmaktadır.19 haziran 2004 tarihinde Ankara nın Çubuk ilçesinin Sünlü köyünde meydana gelen hortumda 4 kişi hayatını kaybetmiştir. Şekil-64 19 Haziran 2004 tarihinde Ankara-Çubuk ta meydana gelen hortum sonrası Çubuk-Ankara karayolu üzerinde, ilçeye 3 kilometre mesafede, anayoldan 1 kilometre kadar içeride bulunan Sünlü Köyü nde, saat 13.00 sıralarında hortum meydana geldi. Köyün belirli bir bölgesinden geçen ve yaklaşık 25 dakika kadar süren hortum, bütün evlerde ağır hasara yol açtı. Kutupsal yörüngeli NOAA-16 uydusundan alınan görüntülerde, Türkiye nin kuzey kesimlerinde ısınmaya ve atmosferin yukarı sevilerinde bulunan soğuk hava bağlı olarak kuvvetli dikey faaliyetler sonucunda konvektif bulutlar oluşmuştur.ankara civarında iyi gelişmiş Kümülonimbus bulut kümeleri görülmektedir.
Şekil-65 Çubuk ta meydana gelen hortumun uydu görüntüsü Dünyadaki iklim bölgeleri ve iklim sınıfları Köppen iklim sınıflama sistemi dünyada en çok kullanılan yöntemdir.bu yöntemde iklimin iki ana parametresi sıcaklık ve yağış kullanılmaktadır.yıllık ve aylık ortalamalara göre sınıflamada,tropikal nemli iklim-yıl boyu sıcaklık 18 derecenin üzerinde,kuru iklim-yıl boyu yağış yetersiz,nemli orta enlem iklimi- kışları ılıman,nemli orta enlem iklimi- kışları soğuk,polar iklimi- yaz ve kış çok soğuk.haritada gösterilen sınıflama ise A,B,C,D,E,F,H yağış ve sıcaklığa göre temel bölümleri göstermektedir. İkinci harfler f:yıl boyu nemli s:kuru yaz mevsimi w:kuru kış mevsimi m:muson Üçüncü harfler ise a:çok sıcak yaz b:sıcak yaz c:serin yaz d:çok soğuk kış ı göstermektedir. Haritada Türkiye Csa olarak yani; Akdeniz iklim kuşağında yazları sıcak ve ılıman iklim özelliklerini taşımaktadır.
Şekil-66 İklim sınıflandırması Yeryüzü iklimi Yeryüzü iklimi, karalar, okyanuslar ve atmosfer arasındaki etkileşime bağlı olarak oluşmaktadır. Bulunduğunuz enlem ve buna bağlı güneş açısının gelişi, yükselti ve denize olan mesafe iklimi belirleyen temel faktörlerdir. Yeryüzü iklimine etki eden ana bileşenler Şekil-67 de görülmektedir. Şekil-67 İklime etki eden faktörler
Hava ve iklim İklim uzun dönem kayıtları (yaklaşık 30 yıl), ortalamaları ve değerleri gösterir, hava ise günlük tecrübelerdir.iklim ve havayı daha açık ve net tanımlayıcı tanımlarda mevcuttur. Bunlar; İklim sizin umduğunuz, hava ise bulduğunuzdur İklim hangi elbiseyi alacağınızı, hava ise hangi elbiseyi giyeceğinizi söyler Hava saat ise, iklim takvimdir Küresel ısınmanın etkileri ve iklim değişikliği Hava sıcaklıklarının artışı, karbondioksit oranının yükselmesi, buzulların erimesi, fırtınaların artması, kuraklık ve çölleşmenin artışı artık herkesin kabulleneceği netlikte iklim değişikliği gerçeğini ortaya çıkarmıştır (Şekil-68, 69,70). Bilim adamları özellikle son 100 yılda sanayi devriminin tamamlanması, fosil yakıtlarının artması ve atmosfere salınan karbondioksit başta olmak üzere diğer sera gazların artışı nedeniyle sıcaklıkların artışını buzulların erimesini ve birçok meteorolojik ve hidrolojik anomalileri tespit etmiştir. Yapılması gereken bilim adamlarının hazırladığı en kötü senaryolara Şekil-71 e göre tedbirleri almak ve bunları desteklemektir. Bu olaylarının hızını arttıran en büyük faktör enerji üretimidir, dolayısıyla dünyaya ve çevreye yapılacak kişisel en güzel yardım enerji tasarrufudur. Şekil-68 Küresel ortalama sıcaklık artışı Şekil-69 Karbondioksit artışı
Şekil-70 Buzulların erimesi Şekil-70 de Kuzey kutbundaki buzul örtüsünün 2005 ve 2007 yıllarına ait görüntüleri yer almaktadır. Sınır çizgileri ise 1979-2000 yıllarına ait ortalama alanları göstermektedir. Şekil-71 Gelecekteki iklim senaryoları
Hava tahmini Hava tahmini yapılması için gözlem, analiz ve tahmin aşamalarının değerlendirilmesi gerekir. Şekil-72 Küresel Gözlem Sistemi Gözlem şebekesinden elde edilen bilgi ve datalar modern tahmin yöntemleri kullanılarak değerlendirilir. Şekil-73 Modern hava tahmini
Sonuçta elde edilen bilgiler ve tecrübeler ilgili birimlere ve kullanıcılara ulaştırılır. Şekil-74 Meteorolojik bilgilerin dağıtımı Kaynaklar http://www.dmi.gov.tr/ http://www.srh.noaa.gov/srh/jetstream/ http://geog-www.sbs.ohio-state.edu/courses/ http://geog-www.sbs.ohio-state.edu/courses/ http://www.ucar.edu/learn/ http://www.clas.wayne.edu/