SICAKLIK DEĞİŞİMLERİ KARARLILIK – KARARSIZLIK

 SICAKLIK DEĞİŞİMLERİ KARARLILIK – KARARSIZLIK VE SICAKLIĞIN ANLATIM BİÇİMLERİ

Sıcaklığın dikey yönde değişiminin meteorolojik anlamda bir çok önemli sonucu bulunmaktadır. Değişimin kuvvetli yada zayıf oluşu, yada zemin ile üst atmosfer arasında sıcaklık farkının az yada çok oluşu, hava kütlesi içinde kuvvetli konvektif hareketlerin, fırtınaların, bulutlanmanın, sağanak yada orajlı havanın nedeni olabilir. Bu açıdan havadaki dikey sıcaklık değişim oranının takip edilmesi önemlidir.

Havanın dikey yöndeki sıcaklık değişimi, havanın nem miktarı ile de ilgilidir. Çünkü nemli hava kuru havaya göre daha hafiftir ve alttan ısınma ile daha hızlı bir şekilde yükselebilir. Sıcaklığın dikey yöndeki değişimi bu açıdan hava kütlesi özellikleri ile de ilgilidir. Nemli havanın sıcaklık değişim oranı ile kuru havanın sıcaklık değişim oranı aynı değildir. Bu farkların da meteorolojik anlamda önemi bulunmaktadır.

Dikey yöndeki sıcaklık değişiminde havanın dışarıdan ısı alış verişi yapmadan geliştirdiği bir süreç vardır ki buna adyabatik sıcaklık değişimi denmektedir. Bu durum hava kütlesinin kararlılık ve kararsızlık durumu açısından da önemlidir.

Dikey Sıcaklık Gradyanı

Sıcaklık değişimlerinin bir yönü de daha önce de açıklandığı gibi yükselimle olan değişimlerdir. Yani atmosfer içerisinde yükselimle gerçekleşen sıcaklık değişimleri yaşanmaktadır. Bu değişimlerin seyri atmosfer içindeki dinamik süreçlerin de nedeni olmaktadır. Zeminde olan kuvvetli ısınma neticesinde hızla yükselen havada oluşan değişimler, ortaya çıkan oraj ve kuvvetli yağışlar buna bir örnek olarak verilebilir. Örneğin Ekvator çevresinde bu şekilde oluşan yükselimlerin gün içerisinde oluşturduğu orajlar, bu bölgeler için atmosferin dinamik bir karakteri olmuştur.

Bu açıdan atmosfer içinde yükselimle olacak sıcaklık değişiminin miktarı önemlidir. Bu miktar zemin koşullarına, atmosferin karışımına veya yükselimin serbest atmosferde yada zemine bağlı gelişmesine göre farklılıklar gösterebilmektedir. Bununla birlikte havanın yükselmesi ile sıcaklığın ortalama azalması konusunda genel kabul gören değer her 100 m.de 0.56 ^oC soğuduğudur. Buna karşılık alçaldıkça da aynı derecede ısındığı varsayılmaktadır. Bu değişim oranına “sıcaklık değişme oranı (Lapse Rate)” yada “dikey sıcaklık gradyanı” denilmektedir. Bu ortalama bir değer olup genel değerlendirmelerde sıkça kullanılan bir ifadedir. Ancak bu değişimin zaman ve yere bağlı olarak farklı değerler gösterebildiği de bilinmektedir. Nem miktarı olarak ortalama bir değerde olan havada farklı kaynaklarda verilen değişim değeri 0.65 ^oC / 100m dir.

Deniz seviyesinde hava ortalama bir nem değerinde her 100 m’lik yükselimde 0.65 ^oC soğumaktadır. Ancak bir seviyeye gelindiğinde yaşanan yoğuşma nedeniyle hava doymuş (saturated) bir hal alır. Bu seviyeden itibaren, yani hava doyma noktasına ulaştıktan sonra, dikey sıcaklık değişim oranı 0.55 ^oC / 100 m olarak soğumaya devam edecektir. Bu durum havanın rüzgar üstü yamacı aşmasına kadar sürecektir. Bu sırada havada soğuma yaşanmaya devam edecektir. Havada yükselim sona erip dulda yamaçta (gölge yamacı) alçalmaya başladığı anda artık içindeki nemini yağış olarak büyük ölçüde bırakmış, mutlak nem bakımından değişim yaşanmıştır. Bu şekilde hava alçalıma geçtiğinde artık sıcaklık değişim oranı, nemli havaya göre değil kuru havaya göre gerçekleşmektedir. Buna göre dulda yamaçta dikey sıcaklık gradyanı 0.98 ^oC / 100 m olarak gerçekleşmektedir. Ayrıca alçalan havanın adyabatik olarak ısındığı da hesaba katılmalıdır.

Böylece dulda yamaca geçtiğinde hava daha sıcak bir hal almaktadır. Ayrıca yamaç aşağı doğru eserken hızı da artarak dağ eteğinde sıcak, kuru ve hızlı esen rüzgarların oluşmasına neden olacaktır. Bilindiği gibi bu rüzgarlara Fön Rüzgarı adı verilmektedir.

Bu genel değişim tablosu içerisinde dünyanın değişik alanlarında farklı dikey sıcaklık gradyanları görülebilmektedir. Örneğin farklı dağlık alanlarda bu değişime 0.35 ^oC – 0.75 ^oC /100m arasında değerler verilmektedir. Bu değişim oranı yere bağlı olmakla birlikte aynı zamanda zamana da bağlı olmaktadır. Diğer bir ifade ile yaz ve kış aylarında dikey sıcaklık gradyanı farklı olmaktadır. Mevsimlik farklılıklar ile alansal farklılıklar birlikte işleyerek dünya üzerinde farklı alanlarda farklı dikey sıcaklık gradyanlarının görülmesine neden olabilmektedir. Ancak bu farklılıkların ondalık değerlerle ifade edildiğini de hatırda tutmak gerekir.

Bu koşullar altında yükselti farklılıkları ve karasal özellikler nedeniyle orta enlem karalarında kış aylarında dikey sıcaklık gradyanının daha az, yazın daha çok olduğunu ifade etmek mümkündür. Bu nedenle bu bölgelerde yaz aylarında konveksiyonlara ve orajalara sıkça rastlanmaktadır. Bunun bir örneği ülkemizin İç Anadolu bölgesinde görmek mümkündür. İç Anadolu Bölgesine, karasal koşulların etkisi altında konvektif hareketlere ve oraj yağışlarına sıkça rastlanmaktadır.

Havanın durgun olduğu zamanlarda dikey sıcaklık gradyanı ve havanın o an taşıdığı nem miktarı, hava içindeki denge durumunu, yoğuşma seviyesini ve bulut oluşumu ile yağış durumunu kontrol eden etmenlerdir. Bu açıdan havanın “kararlılık” yada “kararsızlık” durumu olarak açıklanan özellikleri mevcuttur. Kararlılık ve kararsızlık bir hava içinde görülebilecek meteorolojik hadiseler için önemli bir etkendir ve hava durumu tahminlerinde dikkate alınan önemli faktörlerden biridir. Bu konuya geçmeden önce dikey sıcaklık gradyanı kavramı ile daima birlikte ele alınan adyabatik sıcaklık değişimlerini de değerlendirmek gerekmektedir.

Adyabatik Sıcaklık Değişimleri

Hava sıcaklığını ve bu sıcaklığın değişimini belirleyen bir çok faktör bulunmaktadır. Önceki konularda bu faktörler ele alınmıştır. Hava sıcaklığı ve değişimi ile ilgili yapılan değerlendirmeler hatırlandığında, havanın üzerinde bulunduğu zeminden etkilendiği ve sıcaklık özelliklerinin buna göre belirlendiğini ifade etmek mümkündür. Gerçekten hava, üzerinde bulunduğu zeminden ısınmakta veya sıcaklığını kaybetmektedir. Bu açıdan havanın üzerinde bulunduğu zeminin özellikleri, mevsimel özellikler, enlem derecesi, karasallık-denizellik durumu ve atmosferin o alandaki karışımı, bu sıcaklık alış verişini belirleyen temel faktörlerdir. Buna göre hava sıcaklığının azalıp çoğalmasında yukarıda sayılan faktörlerin rolü ve önemi bulunmaktadır.

Ancak hava her zaman bu çevresel koşullara göre ısınıp soğumamaktadır. Havadaki dikey hareketler sırasında, yani yükselim ve alçalım sırasında hava dışarıdan ısı alıp vermeden de kendi koşulları içinde ısınıp soğuyabilmektedir. Bu şekilde havanın yükselip alçalması sırasında dış ortam ile ısı alış verişinde bulunmadan gerçekleştirmiş olduğu ısınma veya soğumaya “adyabatik sıcaklık değişimi” denilmektedir.

Böylece hava iki şekilde ısınıp soğumaya uğramaktadır. Biri, dış çevre ile etkileşim halinde olan ısınma ve soğuma, diğeri dış çevre ile ısı alış verişi olmadan gerçekleşen ısınıp soğumadır. Birinci şekle “nonadyabatik (adyabatik olmayan)”, ikinci şekle ise “adyabatik” sıcaklık değişimi denilmektedir.

Adyabatik olarak yükselen hava soğumakta, alçalan hava ise ısınmaktadır. Çünkü hava yükseldikçe, üst atmosferde basıncın daha az olması nedeniyle genişler. Hava bu genişlemeyi sağlamak üzere sahip olduğu iç enerjisinin bir bölümünü kullanır. Aynı zamanda daha geniş bir hacme ulaşmış hava kütlesinde gaz moleküllerinin birbirine çarpma hareketleri de azalır. Sonuçta hava dışarıdan herhangi bir alış verişi yapmadan kendiliğinden soğur.

Havanın alçalması ile bu süreç tersine gelişir. Hava kütlesi alçaldıkça zeminde basıncın daha fazla olmasıyla sıkışmaya başlar. Bu şekilde daralan hava kütlesindeki moleküller birbirleri ile tutunmak için enerji harcamazlar ve hava bu suretle dışarıdan ısı alışverişi olmaksızın ısınır.

Adyabatik sıcaklık değişimine neden olan havanın alçalıp yükselim hareketinde, değişim her zaman aynı oranda olmamaktadır. Sıcaklığın adyabatik değişimi herşeyden önce hava kütlesinin sahip olduğu nem derecesine, yada nemli / kurak oluşuna göre değişmektedir. Böyle bir durumda da adyabatik sıcaklık değişim oranı da değişmektedir. Kuru adyabatik sıcaklık değişim oranı 0.98 ^oC / 100m dir. Bazı hallerde bu değer 10 ^oC / 1000 m yi geçmektedir. Böyle bir duruma ise süperadyabatik denir. Süperadyabatik koşullar genellikle yüzeyin yoğun bir şekilde güneş ışını alarak ısınmasıyla oluşurlar. Ayrıca bu oluşuma durgun rüzgar koşulları da yardımcı olur. Böylece kuvvetli güneş ışını altında zemin kurur ve hafif rüzgar nedeniyle karışıma uğramaz. Süperadyabatik koşullar aynı zamanda mutlak kararsızlık durumuna da neden olmaktadır. Bu koşullar daha çok zemine yakın ve sığ alanlarda gelişmektedir. Ayrıca zeminden alçalan hava kütleleri içinde de süperadyabatik koşullar gelişebilmektedir.

Nemli ve kuru havanın adyabatik sıcaklık oranlarının farklı oluşu nemli havanın daha hafif olarak daha kolay bir şekilde yükselmesi, yükselip yoğuşmaya başladığı noktadan itibaren de üst atmosfere nem ile taşıdığı ısının bu yoğuşma neticesinde açığa çıkarak o seviyede bir ısınmaya neden olması ile ilgilidir. Böylece nem adyabatikte değişim daha az olabilmektedir. Çünkü kuru hava alçalıp yükselim sırasında nemli havaya göre daha fazla ısınır yada soğur.

Kararlılık – Kararsızlık

Havanın kararlılık ya da kararsızlık özellikleri, o hava kütlesinin dış etkilere ne kadar açık olup olmadığı ile ilgilidir. En basit ifadesi ile eğer hava o an itibariyle taşıdığı özelliklerini dış ortamın bozucu etkilerine karşı koruyabiliyorsa kararlı, koruyamayıp taşıdığı özelliklerin değişimine izin veriyorsa kararsızdır, denilmektedir.

Hava, dış etkenlere kapalı yani kararlı, yada en az etkilenecek bir durumda ise, şekil 56’da kararlı hava örneğinde olduğu gibi, çanağın içindeki top misali nereye doğru itilirse itilsin yine eski haline dönecektir. Böyle durumda olan hava, kararlı hava olarak ifade edilmektedir.

Buna karşılık hava dış etkenlere açıksa, bir çanağın üzerindeki top gibi itildiği yöne doğru düşecek ve bir daha eski haline dönmeyecektir.

Bununla birlikte hava dengeli bir yapıda ise, etki kadar bir sonuç geliştirir. Diğer bir ifade ile çanak ve top örneğinden açıklamak gerekirse itildiği yere kadar gidecek ve orada duracaktır (Indifferent).

Havanın kararlı yada kararsızlığı, o hava kütlesinin sıcaklık, bulutluluk, yağış, rüzgar durumunu belirleyen en önemli süreçtir. O nedenle meteorolojik çalışmalarda, günlük hava durumları ile ilgili değerlendirmelerde en çok dikkat edilen konulardan biridir. Çünkü kararsız hava, özelliklerini değiştirmeye çok yakın bir hava tipidir ve meteorolojik hadiseler bakımında ani, hızlı yada şiddetli değişimleri de beraberinde getirebilir.

Havanın kararlılık kararsızlık durumunun anlaşılmasında sıcaklık değişme oranının bilinmesi gerekmektedir. Meteorolojide balonlarla yapılan üst atmosfer gözlemleri ile bu değişim oranı tespit edilebilir.

Diğer bir ifade ile sıcaklık değişim oranı kuru adyabatik sıcaklık değişme oranından (0.98 ^oC / 100 m) fazla olan hava kütlesi, dengesini yitirmeye, durumunu bozmaya hazır demektir. Bu şekildeki hava kütlesi örneğin zeminden daha da ısındığında konvektif hareketler daha da kuvvetlenecek, böylece kümülünimbüs oluşumu ile birlikte şimşekli, sağanaklı, orajlı hava koşulları oluşacaktır. Bu şekilde dengesiz hava kütleleri, özelliklerini değiştirmek için küçük bir hadisenin gelişmesini beklemektedirler.

Atmosferdeki kararsızlık durumunun aksine eğer atmosferin alt ve üst katmanları arasındaki sıcaklık farkı az ise dengenin bozulması kolay olmayacaktır. Bu özelliklere sahip hava kütlelerine ise kararlı hava kütlesi denilmektedir. Bu hava kütlelerinde sıcaklık profili alt ve üst katmalar arasında fazla olmadığından, dış etkenlere dirençlidirler ve dengededirler. Bununla birlikte bir de söz konusu hava kütlesi içinde sıcaklık terselmesi (inversiyon) varsa, bu durumda hava tam dengede demektir ki buna da mutlak kararlılık denmektedir. Bu türlü havalar sakin, fırtınasız yada orajsızdırlar.

Bununla birlikte sadece sıcaklık farkı hava kütlesinin kararlılık – kararsızlık durumunu belirlemez. Hava içindeki nem miktarı da önemli bir işleve sahiptir. Çünkü nemli hava kuru havaya oranla daha hafif olduğundan, sıcaklık farklılıkları nedeniyle oluşan dikey hava hareketlerinin daha da güçlenmesine neden olur. Ayrıca havanın içindeki nem üst atmosferde yoğuşurken içindeki ısıyı (gizli ısı – latent heat) da açığa çıkarmak suretiyle üst atmosferde sıcaklığı arttırarak kararsızlığın daha da artmasına neden olmaktadır.

Sonuç olarak havanın kararlılık kararsızlık hali, başta meteorolojik koşullar olmak üzere, bir hava kütlesinin tanımlanmasında karakteristik olarak önemli bir özellik içermektedir. Havanın kararlı hali içinde güçlü fırtınaların, sağanak ve orajların gelişmesine imkan vermezken kararsızlık durumunda etkili hava hadiseleri gelişmektedir. Bu nedenle meteorolojik çalışmalarda havanın bu durumu takip edilmektedir.

Alıntıdır.