Klimatoloji ve Meteoroloji. Prof. Dr. Hasan TATLI

Transkript

1 Klimatoloji ve Meteoroloji Prof. Dr. Hasan TATLI

2 Klimatoloji ve Meteoroloji Prof. Dr. Hasan TATLI Coğrafya Bölümü Fen Edebiyat Fakültesi Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi 2

3 Ünite 4 Atmosferik Kuvvetler ve Rüzgar Genel Dolaşım (Sirkülasyon) Prof. Dr. Hasan TATLI 3

4 Newton un Birinci Hareket Denklemi Duran bir cisim durmaya devam eder. Eğer hareket eden bir cisim üzerindeki net kuvvet sıfır ise sabit hızla hareketini sürdürür. Sir Isaac Newton Bir cismin yönü veya hızını değiştirmek için bir dış kuvvete gerek vardır. (Bu durum atmosferdeki hava için de geçerlidir). Prof. Dr. Hasan TATLI 4

5 Newton un İkinci Hareket Denklemi Bir cisim üzerindeki net kuvvet o cismin kütlesi ile ivmesinin çarpımına eşittir. KUVVET = KÜTLE X İVME F = ma SI biriminde: Newton (kg m s -2 ) Sir Isaac Newton Hız vektörel bir büyüklüktür. Hızın değişmesi sadece büyüklüğünün değişmesi anlamına gelmez. Hızın sadece yönü değişmiş olsa da hız değişmiş olur (vektörel). Prof. Dr. Hasan TATLI 5

6 İvmenin iki nedeni Hızın büyüklüğünün (t) zaman aralığındaki değişimi. Yönün (t) aralığındaki değişimi. Sadece yön değişti!! V 1 V 2 Başlangıç Hızı Son Hız Başlangıç hızı V 1 V 2 Son Hız V 1 V 2 V 1 v 2 v1 a = İVME t V 2 v 2 v1 a = İVME t

7 HAVAYI HAREKET ETTİREN KUVVETLER Yerçekimi kuvveti: Dünyanın normaline doğrudur. Hava kütlesi ile yerçekimi ivmesinin çarpımına eşittir: mg Prof. Dr. Hasan TATLI 7

8 Yatay Atmosferik Hareketin Basit Denklemi Toplam Kuvvet = 1 p n + 2 V sin + V r 2 + F r (1) (2) (3) (4) Terim Kuvvet Neden 1 Basınç gradyan kuvveti Mekansal olarak basınçtaki fark 2 Coriolis kuvveti Dünyanın dönüşü 3 Merkezcil kuvvet Akışın eğriselliği 4 Sürtünme kuvveti Yüzey ile etkileşimden dolayı hareket yönüne ters yönde etki eder. Prof. Dr. Hasan TATLI 8

9 BASINÇ GRADYANI KUVVETİ Basınç farkı ve havanı özkütlesinin (yoğunluğunun) bir fonksiyonudur: BGF = (1/ρ) p/ n BGF = Birim kütlenin basınç gradyanı kuvveti ρ = Havanın özkütlesi (yoğunluk) p = Basınç n = İzobarlara olan dik uzaklık Newton un hareket yasası: kuvvet = kütle x ivme F (kuvvet) birim kütle için ivmeye eşittir..! Prof. Dr. Hasan TATLI 9

10 Basınç Y Gradyanı Kuvveti (BGF) A Prof. Dr. Hasan TATLI 10

11 ATMOSFERDE GÖRÜNEN KUVVETLER Coriolis (Koriyolis) Kuvveti Santrifüj Kuvveti / Merkezkaç ivmesi Prof. Dr. Hasan TATLI 11

12 CK = 2ΩV sin φ CORIOLIS ETKİSİ Coriolis kuvveti, dönen bir platformun merkezinden karşı tarafına yürümeye çalışan biri tarafından anlaşılabilir. Yürümek istediği tarafa doğru dik açıyla itildiğini görür. Benzer şekilde, dönen yer kürenin yüzeyi üzerinde hareket eden hava, kuzey yarım kürede hareket yönünün sağına, güney yarım kürede soluna saptırır. Bu saptırma gücüne coriolis kuvveti denir. Fransız matematik ve fizikçisi, Gustave Gaspard Coriolis ( ) onuruna atfen bu ad verilmiştir. Prof. Dr. Hasan TATLI 12

13 Coriolis Sapması: X ve Y şehirleri aynı meridyen üzerinde yer almaktadırlar. X şehri aynı zaman diliminde daha fazla yol alır. Prof. Dr. Hasan TATLI 13

14 CORIOLIS ETKİSİ Hava haritası, rüzgarların izobarlara dik değil, düşük basınç alanın etrafında hareket ettiğini gösterir. Bu sapma, Dünya'nın rotasyonunun bir sonucudur ve Coriolis etkisi (koriolis kuvveti) olarak adlandırılır. Bu kuvvet her zaman hareket yönüne dik olacak şekilde etki eder. Prof. Dr. Hasan TATLI 14

15 Coriolis Kuvveti Coriolis Kuvveti (CK) Ve Rüzgar Hızı (V) CK = 2ΩV sin φ Coriolis kuvveti rüzgar hızı ile orantılıdır. Rüzgar hızı artarsa Coriolis kuvveti de artar. Ayrıca bulunan noktanın enlemine de bağlıdır. Enlem Prof. Dr. Hasan TATLI 15

16 Coriolis Kuvvet Ve Rüzgar Hızı KUZEY YARIKÜRE RÜZGAR GÜNEY YARIKÜRE CORIOLIS KUVVETİ (SOLA) CORIOLIS KUVVETİ (SAĞA) RÜZGAR Prof. Dr. Hasan TATLI 16

17 Yatay Atmosferik Hareketin Basit Denklemi Toplam Kuvvet = 1 p n + 2 V sin + V r 2 + F r (1) SON İKİ (2) TERİME (3) ODAKLANALIM..! (4) Terim Kuvvet Neden 1 Basınç gradyan kuvveti Mekansal olarak basınçtaki fark 2 Coriolis kuvveti Dünyanın dönüşü 3 Merkezcil kuvvet Akışın eğriselliği 4 Sürtünme kuvveti Yüzey ile etkileşimden dolayı hareket yönüne ters yönde etki eder. Prof. Dr. Hasan TATLI 18

18 Merkezcil kuvvet ve sürtünme kuvveti mertebe olarak küçüktürler, ancak 2 nedenden dolayı çok önemlidirler 1. Kütlenin diverjansı ve konverjansının nedeni, 2. Meteorolojik olarak bazı durumlarda önemli olan, yani özel durumlarda, göreceli olarak daha büyük olabilir. Prof. Dr. Hasan TATLI 19

19 KÜTLE DİVERJANSI KÜTLE KONVERJANSI YUKARIDAN ALÇALAN HAVA YUKARIYA YÜKSELEN HAVA BAŞLANGIÇ RÜZGARI DAHA HIZLI RÜZGAR BAŞLANGIÇ RÜZGARI DAHA YAVAŞ RÜZGAR AŞAĞIDAN YÜKSELEN HAVA AŞAĞIYA ALÇALAN HAVA KÜTLE KAYBI KÜTLE KAZANIMI Prof. Dr. Hasan TATLI 20

20 Merkezcil Kuvvet = V 2 r Bu kuvvet, hızı sabit (v) rüzgar yönünün, yarıçapı (r) olan akışın eğriliğinden dolayı değişmesinden kaynaklanır. Çember merkezi Merkezcil ivme (a) (çemberin merkezine) -V 1 V 1 Başlangıç hızı V 2 Son hızı v 2 v1 a = t a V 2 Merkezcil ivme her zaman dönüş eksenin merkezine doğrudur. Fiziksel olarak doğru olduğuna dikkat edin, ifadenin negatif işaretli olması +V 2 /r nin santrifüj ivmesi olmasındandır. Prof. Dr. Hasan TATLI 21

21 Merkezcil Kuvvet SENTRİFÜJ (MERKEZ KAÇ) KUVVET MERKEZCİL KUVVET Hız değişikliği olmaksızın, örneğin eğimli ve karmaşık bir karnaval yolculuğunda ivme yaşarsınız. Kuvvet tekerleğin merkezine doğrudur. Eşit ve ters (hayali) bir santrifüj kuvveti, vücudunuzun tekerleği üzerindeki ataletiyle etkilenir; böylece üst üste bindiğinizde bile yere düşmezsiniz. Eğrisel akışların durumunda ise dikkatli olmak gerekir, daha sonra bu konuyu göreceğiz... Prof. Dr. Hasan TATLI 22

22 Santrifüj Kuvveti (CENTK) Akış oluklarda ve sırtlarda olduğu gibi eğrisel ise, santrifüj kuvveti kuvveti devreye girer. Bu kuvvet, merkezcil ivme olarak da bilinir. Santrifüj kuvveti, dönüş merkezinden dışarıya doğru itme hareketi yapar. Örneğin, bir arabada bir köşeye tutunursanız, dönüşten uzaklaştığınız hissine kapılırsınız. Santrifüj kuvveti şu şekilde yazılabilir: CENTK = V2 R Prof. Dr. Hasan TATLI 23

23 Merkezcil ivmesi akış eğriliğinin hesaba katılması için gereklidir. Jeostrik dengedeki rüzgar Prof. Dr. Hasan TATLI 24

24 JEOSTROFİK RÜZGAR MEKANİZMASI Prof. Dr. Hasan TATLI 25

25 JEOSTROFİK AKIŞ Basınç gradyanı kuvveti ile Corilious kuvveti arasında bir denge oluşur. Bu denge, eğer ortamda sürtünme yoksa hava parseli izobarlara paralel hareket ettiğinde oluşur. Bu noktadan sonra, hava parseli üzerindeki net kuvvet sıfırdır ivmelenme yok parsel sabit hızla hareket eder. Prof. Dr. Hasan TATLI 26

26 JEOSTROFİK AKIŞ Bu ideal koşullar altındaki hava akışına, Jeostrofik dengededir denir. Meydana gelen rüzgara Jeostrofik rüzgar denir. Normalde yukarı seviyedeki rüzgarlar için geçerlidir. Yüzey rüzgarları sürtünmeye maruz kalır. Prof. Dr. Hasan TATLI 27

27 Antisiklon Kuzey Yarıküre Siklon Saat yönünde BGK Jeostrofik rüzgar Saatin tersi Coriolis kuvveti Prof. Dr. Hasan TATLI 28

28 Yukarı atmosfedeki rüzgarlar BGK A BGK CK Y CK Prof. Dr. Hasan TATLI 29

29 Yukarı atmosferdeki rüzgarlar - BGK ve Coriolis kuvveti (CK) dengede olduğunda; rüzgar, yükseklik kontürlerine paralel olarak yön değiştirmeden sabit bir hızda eser (diğer bir deyişle, net ivme sıfırdır). A BGK A BGK Y CK Y CF Prof. Dr. Hasan TATLI 30

30 Yukarı atmosferdeki rüzgarlar Jeostrofik Denge: Kuzey Yarıküre A Y - Bu ivmesiz akış, Jeostrofik akış (veya jeostrofik rüzgar) olarak adlandırılır ve BGK ve Coriolis kuvveti eşit ve terstir. Prof. Dr. Hasan TATLI 31

31 Jeostrofik Denge: - Kuzey Yarımküre'de, jeostrofik rüzgarın soluna alçak basınç ve sağında yüksek basınç olacak şekilde eser. KUZEY L GÜNEY H H L - Güney Yarımküre'de, jeostrofik rüzgarın sağında alçak basınç ve solunda yüksek basınç yeralır. Prof. Dr. Hasan TATLI 32

32 İzobar 2 İzobar 1 BASINÇ GRADYAN KUVVETİ RÜZGAR CORIOLIS KUVVETİ ZAYIF JEOSTROFİK RÜZGAR İzobarlar birbirinden uzaktalar İzobar 2 İzobar 1 BASINÇ GRADYAN KUVVETİ CORIOLIS KUVVETİ Prof. Dr. Hasan TATLI RÜZGAR KUVVETLİ JEOSTROFİK RÜZGAR İzobarlar birbirine yakınlar 33

33 Yatay Hareketin Basit Denklemi Tüm Kuvvetler = JEOSTROFİK: 1 p n V + 2 V sin + X2 + F r r (1) (2) (3) (4) Merkezcil ve sürtünme yok Terim Kuvvet Neden 1 Basınç gradyan kuvveti Mekansal olarak basınçtaki fark 2 Coriolis kuvveti Dünyanın dönüşü 3 Merkezi kuvvet Akışın eğriselliği 4 Sürtünme kuvveti Yüzey ile etkileşimden dolayı hareket yönüne ters yönde etki eder. Prof. Dr. Hasan TATLI 34

34 GRADYAN RÜZGAR - Akışkanın eğrisel konturları takip edebilmesi için sürekli değişen yönü olmalıdır. - Akışkan yön değiştirirken, akış üzerinde etkili olan net bir ivme ve net bir kuvvet olmalıdır. Y A - Bu yön değişiminin meydana gelebilmesi için basınç gradyanı kuvveti ile Coriolis kuvvetleri arasındaki denge bozulmalıdır. - Bu durumda, akışkan jeostrofik denge içinde olamaz. Bunun yerini, "gradyan dengesi" alır. Prof. Dr. Hasan TATLI 35

35 GRADYAN RÜZGAR Yüksek veya alçak basınç merkezleri etrafındaki rüzgarlar, izobara paralel kalabilmek için eğrisel yörüngeyi takip eder. Bu rüzgarlara gradyan rüzgarları denir. Alçak basınç merkezleri siklon olarak adlandırılır dönüş saat ibresinin tersinedir dünyanınkiyle aynıdır. Yüksek basınç merkezleri antisiklon olarak adlandırılır. Güney yarıkürede bu dönüşler terstir. Prof. Dr. Hasan TATLI 36

36 Gradyan Denge: Eğrisel Akış Yükseklik 1 ükseklik 2 ALÇAK BASINÇ ETRAFINDAKİ RÜZGAR Santrifüj + BGK = Coriolis CENK BGK BGK RÜZGAR CENK Coriolis BGK Coriolis RÜZGAR Coriolis RÜZGAR YÜKSEK BASINÇ ETRAFINDAKİ RÜZGAR Santrifüj+ Coriolis = BGK Prof. Dr. Hasan TATLI 37

37 Gradyan dengesinden dolayı alçaklar ve yüksekler etrafındaki rüzgarlar ALÇAK BASINÇ ETRAFINDAKİ RÜZGAR Santrifüj + BGK = Coriolis VEYA, daha iyi bir yaklaşım BGK = Coriolis Santrifüj YÜKSEK BASINÇ ETRAFINDAKİ RÜZGAR BGK = Santrifüj + Coriolis Basınç gradyan kuvvetini etkili bir şekilde arttırır. Basınç gradyan kuvvetini etkili bir şekilde azaltır. Prof. Dr. Hasan TATLI 38

38 Yükseklik 1 ükseklik 2 ALÇAK BASINÇ ETRAFINDAKİ RÜZGAR Santrifüj + BGK = Coriolis CENK BGK BGK RÜZGAR CENK Coriolis BGK Coriolis ŞİDDETLİ RÜZGAR Coriolis YAVAŞ RÜZGAR OLUK TABANINDA EN YAVAŞ RÜZGAR Prof. Dr. Hasan TATLI YÜKSEK BASINÇ ETRAFINDAKİ RÜZGAR Santrifüj+ Coriolis = BGK SIRT TEPESİNDE EN ŞİDDETLİ RÜZGAR 39

39 Merkezcil kuvvetin (Santrifüj) etkisi nedeniyle rüzgar hızı oluğun doğusunda artar ve bir sırtın doğusunda ise azalır. BGK ŞİDDETLİ RÜZGAR Yükseklik 1 ükseklik 2 CENK BGK CENK Coriolis YAVAŞ RÜZGAR Coriolis OLUĞUN VE SIRTIN ÖTESİNDEKi BU RÜZGARLARIN HIZ DEĞİŞİMİ DÜŞEY RÜZGAR İLE TELAFİ EDİLMESİNİ GEREKTİRİR. Prof. Dr. Hasan TATLI 40

40 Yukarı seviye oluk ve sırtların düşey hareketle ilişkisi BGK ŞİDDETLİ RÜZGAR Yükseklik 1 ükseklik 2 CENK BGK CENK Coriolis YAVAŞ Oluğun ilerisinde RÜZGARYükselen Hareket Sırtın ilerisinde Alçalan Hareket Coriolis Prof. Dr. Hasan TATLI 41

41 Yukarı seviye oluk ve sırtların düşey hareketle ilişkisi YUKARI SEVİYE ~300 mb Yüzeyde Yüksek ALÇALAN HAVA GENELDE KARARLI Yüzeyde Alçak YERYÜZÜ YÜKSELEN HAVA ŞARTLI KARARSIZ OLABİLİR (eğer hava doymuş ve bulut oluşmuşsa) Prof. Dr. Hasan TATLI 42

42 Bu haritada, oluklar ve sırtlar ile ilgili olarak yükselen ve alçalan havayı nereden bulmayı düşünürüz? Prof. Dr. Hasan TATLI 43

43 YUKARI SEVİYE YERYÜZÜ Prof. Dr. Hasan TATLI 44

44 Gradyan denge ve alçaklar ile yüksekler etrafındaki akış (Kuzey Yarıküre) SİKLONİK AKIŞ ANTİSİKLONİK AKIŞ CENK. CENK Hava parseli Alçaklar etrafındaki akış saatin ters yönündedir Yüksekler etrafındaki akış saat yönündedir Prof. Dr. Hasan TATLI 45

45 Alçak basınç etrafındaki akış KUZEY YARIKÜRE GÜNEY YARIKÜRE Saatin tersi yönündeki akış Saat yönündeki akış (çünkü Coriolis kuvveti rüzgar yönüne göre ters döner) Prof. Dr. Hasan TATLI 46

46 Eğer Coriolis kuvveti çok küçük veya sıfıra yakınsa başka bir kuvvet dengesi olasılığı ortaya çıkar, bu durumda Coriolis kuvveti ihmal edilebilir. Bu durumda basınç gradyan kuvveti merkezcil kuvvet ile dengelenir. Prof. Dr. Hasan TATLI 47

47 Siklostrofik Denge L BGK Bu özel denge türü neden önemlidir? CENK BGK + Santrifüj= 0 VEYA BGK = Santrifüj Basınç gradyan kuvveti Santrifüj kuvveti ile dengelenir. Akışın, Coriolis kuvvetinin ihmal edilebileceği kadar küçük bir ölçekte olduğu yerde meydana gelir. Prof. Dr. Hasan TATLI 48

48 Siklostrofik Akış Örnekleri TORNADOLAR Kasırgalar (HURRICANES) Peki ya bu?? Prof. Dr. Hasan TATLI 49

49 Ele alacağımız son bir kuvvet... Sürtünme Prof. Dr. Hasan TATLI 50

50 Başlangıç rüzgarı Sürtünme kuvveti Sonuç rüzgarı Prof. Dr. Hasan TATLI 51

51 Yükseklik Sürtünmenin etkisi (yeryüzünde) 3000 metre Yukarıdaki rüzgar Sürtünme yerdeki rüzgarı yavaşlatır. Yavaş rüzgar, Coriolis kuvvetinin büyüklüğünü azaltır. 0 metre Zayıf Coriolis kuvveti artık basınç gradyan kuvvetini dengelemiyor. Rüzgar, izobarları keser ve yönü de daha çok basınç gradyanı kuvvetine doğrudur. Prof. Dr. Hasan TATLI 52

52 Yüzeydeki sürtünme ve yüzeydeki yüksekler ve alçaklar etrafındaki akış D i v e r j a n s K o n v e r j a n s Hava, yüzeydeki düşük basıncın içine doğru yönelir. Hava, yüzeydeki yüksek basıncın dışına doğru yönelir. Kütke konverjansı ve yükselen hareket Kütle diverjansı ve çöken hareket. Prof. Dr. Hasan TATLI 53

53 YÜZEYDEKİ RÜZGARLAR Sürtünme sadece yeryüzüne yakın rüzgarları etkiler. Burada 3 kuvvetin dengesi sözkonusudur: Coriolis, Basınç gradyan ve Sürtünme. Net etki, bir siklonun etrafında içeriye doğru bir net akışı meydana getirir, buna konverjans denir. Bir antisiklonun etrafında dışa doğru bir akış görülür, buna da diverjans denir. Prof. Dr. Hasan TATLI 54

54 GENEL SİRKÜLASYON (DOLAŞIM) Prof. Dr. Hasan TATLI 55

55 Atmosfer Hareketlerinin Ölçekleri Ve Yaşam Evreleri Ölçek Zaman Ölçeği Uzaklık Ölçeği Örnekler (a) Makro ölçek - Gezegensel - Sinoptik Haftalardan yıllara Günden haftalara km km - Batı ve ticaret rüzgarları - Siklonlar (orta enlem siklonları ve tropikal siklonlar) ve antisiklonlar (b) Mezo ölçek Dakikalardan güne km Kara-deniz meltemleri, orajlar ve hortumlar (c) Mikro ölçek Saniyeden dakikalara <1 km Türbülans, toz şeytanları ve hamleli rüzgarlar Prof. Dr. Hasan TATLI 56

56 Atmosfer Hareketlerinin Ölçekleri Ve Yaşam Evreleri (a) (b) (c) (a) Makro ölçekli atmosfer dolaşımına örnek: Katrina kasırgasının (23-31 Ağustos 2005 te Amerika Birleşik Devletleri nin (ABD) New Orleans kentini yerle bir ederek, çok büyük can ve mal kayıplarına neden olan tropikal fırtına) uydu görüntüsü; (b) Mezo ölçekli rüzgar sistemine örnek: ABD den yıkıcı bir tornadonun (hortum) fotoğrafı; (c) Mikro ölçekli rüzgarlara örnek: Bir toz şeytanının fotoğrafı (kurak ve yarı kurak bölgelerde, sıcak mevsimde havanın çevresine göre daha fazla ısınması sonucunda oluşan çok küçük ölçekli ve kısa süreli siklonik toz burgacı). Prof. Dr. Hasan TATLI 57

57 Bir yıldaki radyasyon enerjisi Genel sirkülasyon neden var? Dünyanın net radyasyon dengesi Denge Denge Ekvator mütemadiyen sıcak olmaya devam etmiyor..! Açık Fazlalık Açık Yüksek enlemler sürekli soğumaya devam etmiyor. Transfer Transfer Bu nedenle, ısının ekvatordan kutuba aktarılan yolları olmalıdır. Kuzey Enlem Güney Bu nasıl oluyor? Kırmızı eğri: Gelen güneş radyasyonu Mavi eğri: Giden uzun dalga radyasyon Prof. Dr. Hasan TATLI 58

58 Su-dünyası: Komplikasyonsuz (karmaşasız) genel dolaşım Kutup bölgesi Az ısınma Evatoral bölge Çok ısınma Kutup bölgesi Az ısınma Su-dünyasının özellikleri: Dünya ekseni eğik değildir, bu nedenle güneş her zaman ekvatora tepeden gelir. Dönüş yok, bu nedenle rüzgarı meydana getiren tek kuvvet basınç gradyanıdır. Kıtaya sahip olmayan bir su gezegenidir. Prof. Dr. Hasan TATLI 59

59 Su-dünyasının genel dolaşımı: HADLEY HÜCRESİ İngiliz meteorolog George Hadley dönmeyen bir dünyada, hava hareketinin, her iki yarım kürede de gelişen tek bir konveksiyon hücresi biçimini aldığını kabul ediyordu. Daha şiddetli ısınan ekvatoral hava, yükselir ve kutuplara doğru harekete geçer. Sonra bu yüksek düzey akışı kutuplara ulaşır. Burada alçalan hava yeryüzünde oluşan soğuk kutup yüksek basıncından çevreye doğru yüzeyde yayılır ve sıcak ekvatoral alçak basınç kuşağına geri döner. Daha soğuk polar hava ekvatora yaklaştığında, yeniden ısınır ve tekrar yükselir. Dönmeyen ve türdeş yüzeyli bir dünya için önerilen Hadley dolaşımı, yüksek atmosferde ekvatordan kutuplara doğru gelişen meridyonal bir üst hava akışı ile yerde kutuplardan ekvatora doğru gelişen meridyonal bir yüzey hava akışından oluşur Prof. Dr. Hasan TATLI 60

60 Şimdi dünyanın dönüşünü de ekleyelim. Durum daha karmaşık hale gelir Prof. Dr. Hasan TATLI 61

61 Üç-hücreli genel dolaşım modeli Bu mekanların her birinde nasıl bir mekanizma ısıyı kutuplara taşır? ORTA-ENLEMLER Orta-enlemler: arasındaki alanlar TROPİKLER Tropikler: 0-30 enlemler arasındaki alanlar Prof. Dr. Hasan TATLI 62

62 Üç Hücreli İdeal Dolaşım Modeli ve Büyük Basınç ve Egemen Yüzey Rüzgarı Sistemleri Basınç hücreleri, polar yükseği, suppolar alçağı, subtropikal yükseği ve tropiklerarası yaklaşma kuşağını (ekvatoral alçak basınç oluğunu); yüzey rüzgarları ise, polar doğu rüzgarlarını, orta enlem batı rüzgarlarını, tropikalsubtropikal kuzeydoğu (KD) ve güneydoğu (GD) alize rüzgarlarını içerir. Prof. Dr. Hasan TATLI 63

63 Genel dolaşım: Tropiklerdeki Hadley Hücresi Hücreden geçen yörünge 1. Ekvator: Hava, yüzeyde birleşir ve hava yükselerek Tropiklerarası Yaklaşma Kuşağı Bölgesi (ITCZ) olarak adlandırılan bir bulut kümesi oluşturur. Gizli ısı açığa çıkar. 2. Üst seviye rüzgarlar ısıyı taşıyarak ekvatordan uzaklaştırır. 3. Hava uzundalga radyasyon yayılmasından dolayı soğur ve yaklaşık 30 enleminde kuru adyabatik olarak çökerek subtropikal yükseği oluşturur. 4. Hava yüzeyde ekvatora doğru geri döner ve doğulu ticaret rüzgarlarını oluşturur. Prof. Dr. Hasan TATLI 64

64 SUBTROPİKAL YÜKSEK ITCZ ITCZ Gerçek dünyada, ITCZ süreklilik arz eden bulutlar kuşağından oluşmaz. Öyle ki, gökgürültülü fırtınaların (thunderstorm) meydana geldiği düzensiz bölgelerinden oluşur. Diğer ilgi çekici nokta ise: SUBTROPİKAL YÜKSEK TROPİKAL SİKLON Meteosat Uydusu IR Görüntüsü ITCZ ekvatordan yeterince uzaklaştığında tropik siklonların oluşmasına yardımcı olur- Tıpkı Madagaskar kıyılarındaki tropik siklonlar gibi...

65 Hint Okyanusundan bakış (2007, İlkbahar) ITCZ Hindistan ITCZ Kuzey yarımkürede henüz yaz gelmediğinden, bu nedenle Hindistan'da kuru bir mevsim ve bulutlar yok TROPİKAL SİKLON GAMEDE

66 Subtropikal jet akımı: Açısal momentumun korunumu sonucu oluşur Açısal momentum = mvr Hadley hücresinin kutupsal kısmında, subtropikal bir jet akımı oluşur. Oluşum Nedeni: Kutuba doğru olan hava Dünya'nın dönme eksenine (r) daha yakın hareket eder. Açısal momentumun korumu gereği, rüzgar hızı (v) artmalıdır. Çünkü mvr = sabit, olduğundan yarıçap (r ) küçüldüğünden hız (v) artmalıdır (kütle sabit). Örneğin, bir bir buz patencisi dönerken, kollarını içeriye doğru katladığında daha hızlı döner...

67 Orta-Enlemlerdeki Genel Dolaşım Hava, subtropikal yüksekten kutup cephesine doğru veya sıcak subtropikal hava ile soğuk polar hava arasındaki sınırdan akar. Coriolis kuvveti nedeniyle rüzgarlar batıdandır. 2. Hava kutup cephesinde birleşir ve yükselir. Orta-enlem siklonları (veya alçak basınç alanları) kutup cephesi boyunca gelişirler. Orta-enlem siklonları sıcak havayı kutuba ve soğuk havayı ise ekvatora doğru taşırlar. 3. Havanın bir kısmı subtropilere doğru dönerek dolaylı bir termal dolaşımı tamamlar (Ferrel Hücresi).

68 Orta-enlem siklon örneği (Başlıca Orta-batı fırtınası) HAVA KUTUBA DOĞRU HAVA EKVATORA DOĞRU

69 Kutup Jet Akımı: Kutup-cephesinin sınır tabakası sonucudur. Kutup cephesi boyunca sıcak ve soğuk hava arasındaki hızlı değişimler, güçlü basınç gradyanına neden olur ve kuvvetli rüzgarları meydana getirirler. Bu yukarı seviyedeki rüzgar, kutupsal jet akımı olarak adlandırılır.

70 Bulaşık Makinesi Deneyi Dönen bulaşık makinesinden görünüş (dönen ortam içinden) Soğutan silindir (kutup) Isıtıcılar (ekvator) Dönen tabla Dış taraf ısıtılıyor (ekvator) İç taraf soğutuluyor (kutup) Sıvıya birazcık izleyici (kimyasal madde) eklenir... (Kaynak: Holton, Dinamik Meteoroloji) TIPKI orta-enlemler! Girdaplar ısıyı dış-halkadan alıp iç-halkaya iletmektedir (konveksiyon)

71 300-mb Yüksekliği Ve Rüzgar Kuzey Kutbundan aşağıya bakış Dönen Bulaşık makinesi Her iki durumda da girdaplar ne yapıyor??

72 Bir örnek: Orta-batı fırtınadaki Polar jet akımı SOĞUK HAVA Alçak basınç olukların etrafındaki çok kuvvetli rüzgarlara dikkat ediniz..! SICAK HAVA

73 Temsili jet akımı ve üç hücreli genel sirkülasyon modeli. Jet akımları tropopoz yakınında meydana gelirler. Subtropikal jet, Hadley Hücresinin sınırını belirler. Kutup-jeti kutup cephesinden ekvatora doğrudur.

74 Dünya'dan çok daha hızlı dönme hızlarına sahip oldukları için, devasa gezegenlerin genel dolaşımı, bir dizi süper güçlü jet akımları mevcu, dolayısıyla Dünya'dan daha bantlı bir yapıya sahiptirler. Neptün, saatteki hızı 1500 mil olan güneş sistemindeki en güçlü rüzgarlara sahip gezegendir. Diğer taraftan: Başka gezegenlerde ne oluyor? JUPITER: gün uzunluğu 10 saat NEPTUNE: gün uzunluğu 16 saat

75 Mevsimlerin eklenmesi + Kara-Deniz dağılımı: Yap-boz bulmacasının son Bu ne yapabilir?? parçaları Temel fikir (yine...), kara sudan daha hızlı ısınır ve soğur. Neden?? Kış Karalar üzerinde soğuk hava, okyanuslar üzerinde sıcak hava Karalar üzerinde yüksek basınç, okyanuslar üzerinde düşük basınç Yaz Karalar üzerinde sıcak hava, okyanuslar üzerinde soğuk hava Karalar üzerinde alçak basınç, okyanuslar üzerinde yüksek basınç

76 KUZEY YARIKÜRE: KIŞ Ortalama deniz seviyesi basıncı(mb)

77 Ortalama deniz seviyesi basınç dağılımı (mb): Kış (a) Prof. Dr. Hasan TATLI 78

78 Kış Durumu: İdeal zonal basınç deseninden olan sapmalar, KY de daha belirgindir. Değişimlerin başlıca nedeni, özellikle orta ve yüksek enlem karalarında beliren mevsimlik sıcaklık değişiklikleridir. Kışın, donmuş Sibirya üzerinde çok kuvvetli bir YB merkezi durumundaki Sibirya YB nin ve çok soğuk Kuzey Amerika anakarası üzerinde daha zayıf bir YB merkezinin yerleştiği görülür. Soğuk çekirdekli YB ler karalar üzerinde geliştiği zaman, KY okyanuslarında yerleşik subtropikal antisiklonlarda bir zayıflama gözlenir. Subtropikal YB ler KY kışı boyunca özelliklerini korumalarına karşın, okyanuslar üzerindeki dolaşım, Aleutian (Kuzey Pasifik) ve İzlanda (Kuzey Atlantik) alçak basınçları olarak bilinen iki soğuk çekirdekli ve derin siklonik sistem tarafından denetlenir. Bu iki yarı sürekli AB hücresinin etkili olduğu alan, gezegensel olarak batıdan doğuya hareket eden ve bu alanlarda birbirlerine yaklaşan çok sayıda orta enlem siklonunun izlediği yolların istatistiksel ortalamasına karşılık gelir. Prof. Dr. Hasan TATLI 79

79 KUZEY YARIKÜRE: YAZ Ortalama deniz seviyesi basıncı(mb)

80 Ortalama deniz seviyesi basıncı (mb) Yaz (b) Prof. Dr. Hasan TATLI 81

81 Yaz Durumu: Yazın kıtalar üzerinde gözlenen yüksek yüzey hava sıcaklıkları, kışın oluşan soğuk çekirdekli ve sığ yüksek basınçların yerini alçak basınçların almasına neden olur. Bu alçak basınçlar, yukarıdaki sıcak diverjansın yüzeyde konverjansa neden olduğu termik alçak basınç hücrelerine karşılık gelir. Termik oluşumlu alçak basınçların en etkili ve derin olanı, yazın Hindistan ın kuzeyinde, orta-güney Asya üzerinde gelişir. Bunun dışında, Kuzey Amerika nın güneybatısında da zayıf bir termik alçak basınç oluşur. Ayrıca, yaz ayları süresince, KY deki YB merkezleri, kış aylarına göre daha kuvvetlidir. Bu geniş alanlı basınç ve rüzgar sistemleri, okyanuslar üzerindeki yaz dolaşımını belirler ve bu mevsim süresince ana karalara doğru gelişen genel bir hava girdisi sağlar. Prof. Dr. Hasan TATLI 82

82 Küresel ölçekteki yağışın dağılımı büyük ölçüde "genel sirkülasyon" ile açıklanmaktadır.

83 Tüm mevsimleri kuru Tüm mevsimleri yağışlı Kuru yaz/yağışlı kış Tüm mevsimleri kuru Kuru yaz/yağışlı kış Tüm mevsimleri yağışlı Yağışlı yaz/kuru kış Tüm mevsimleri kuru Kuru yaz/yağışlı kış Tüm mevsimleri yağışlı Tüm mevsimleri kuru ITCZ'nin Çevresi Hemen hemen hep yağışlı Tropikal yağmur ormanları Subtropikler Islak-kuru iklimler Subtropikal savanalar (ağaçlı bozkır) Subtropikal yüksek altında Çöller: kuru ve sıcak Orta-enlemlerde Kuvvetli mevsimsellik, ancak mevsimlerin büyük bölümünde ıslaktır. Kutup Kuru ve soğuk

84 Subtropikal Yüksek Basınçlar ve Yeryüzündeki Çöller Arasındaki İlişki Prof. Dr. Hasan TATLI 85

85 SAHEL SAHARA DESERT SAHEL SAHARA ÇÖLÜ CONGO RAIN FOREST KONGO KALAHARI DESERT SARENGETI (UNC Charlotte) KALAHARI ÇÖLÜ

86 Musonlar Prof. Dr. Hasan TATLI 87

87 Etki Alanlarının Mevsimlik Değişimi Küresel atmosfer dolaşımının yedi yüzey bileşeni, mevsimlerin değişimine uyarak enlemsel olarak yer değiştirir: - Yazın güneş ışınımı buna bağlı olarak da yüzey ısınması KY de kuvvetlendiğinde, tüm bileşenler kuzeye doğru, - kış mevsiminde ise, güneye doğru kayar. - Basınç ve rüzgar sistemlerindeki yer değiştirme, tropiklerde en büyük, polar bölgelerde ise en küçüktür. Örneğin; ITCZ, yazın ekvatorun 25 kuzeyine kadar çıkabilirken, kışın ekvatorun 20 güneyine yerleşebilmektedir. Hava, ekvatoral ve Arktik-Antarktik bölgelerde çok az etkilenirken, etkiler orta enlemler ve çevrelerinde oldukça önemli olabilir. Örneğin; yaklaşık enlemleri çevresinde gelişmiş olan Akdeniz makro iklim bölgeleri, subtropikal yüksek basınç hücrelerinin etkisi altında sıcak ve yağışsız bir yaza sahip olmasına karşın; kışın, batı rüzgarları ve polar cepheye bağlı orta enlem siklonları ekvatora doğru kayarak, bu bölgelere değişken, yağışlı ve fırtınalı hava koşulları taşır. Prof. Dr. Hasan TATLI 88

88 Musonlar Muson, genel olarak yazın denizlerden karaya gelişen bir nemli hava akışı; kışın ise karadan denize gelişen kuru bir kıyı ötesi akışı şeklinde beliren rüzgarların mevsimlik zıtlığı olarak tanımlanabilir. Başka sözlerle, musonlar, esiş yönleri mevsimlik olarak belirgin bir şekilde birbirine zıt olan bölgesel ölçekli rüzgar sistemleridir. Prof. Dr. Hasan TATLI 89

89 (a) (b) Güney Asya muson dolaşımı, muson rüzgarları ve yağış rejimi, özellikle Hindistan ve Güneydoğu Asya adalarında dikkat çeker. Bu bölge rüzgarları, güneşin görünürdeki hareketine bağlı olarak, güneş ışınlarının yengeç dönencesi ve çevresine dik geldiği yaz aylarında güney Asya nın geniş kara yüzeylerinin fazla ısınmasının yanı sıra, ITCZ nin bu aylarda yaklaşık 30º kuzey enlemlerine, (Hindistan ve Hindiçini), kış aylarında ise Hint Okyanusu nda 10º güney enlemlerine kadar inmesi sonucunda oluşan tropikal hava sirkülasyonunun bir yansımasıdır Prof. Dr. Hasan TATLI 90

90 Yağış (mm) Yağışlı gün sayısı Cherrapunji Dünyanın En Yağışlı Yeri Cherrapunji: Yağış ve Yağışlı Gün Sayısı 0 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Aylar Yağış 3272 mm 29 gün Yağışlı gün sayısı Dünyanın en yağışlı bölgelerinden birisi Himalayaların Hint Okyanusu na dönük güney yamaçları üzerinde bulunur. Örneğin, aletli yağış gözlemlerine göre, muson dolaşımının egemen olduğu bir bölgede bulunan ve yükseltisi 1313 m olan Cherrapunji istasyonu, yeryüzünün en yağışlı yerleşim yeridir. Cherrapunji nin en yağışlı ayı, 3272 mm aylık ortalama toplam yağış ile Temmuzdur. Bu ayda ortalama yağışlı gün sayısı 29 gündür. Başka bir deyişle, ortalama koşullarda bile Temmuz da hemen her gün kuvvetli muson yağışları gerçekleşmiştir. Prof. Dr. Hasan TATLI 91

91 Cherrapunji Dünyanın En Yağışlı Yeri Prof. Dr. Hasan TATLI 92 Cherrapunji kasabası, Bengal Körfezi nden kuzeye doğru uzanan derin bir vadinin kuzeyinde yer alan Khasi Tepeliklerinin güney yamaçlarında kurulmuştur. Muson mevsiminde (yaz musonu), Bengal Körfezinden gelen nemli muson rüzgarları bu vadi boyunca kuzeye yönelir ve Himalayaların eteğinde bulunan Cherrapunji kasabasının dünyanın en yağışlı yeri olmasını sağlar. Muson mevsiminde, özellikle yaz aylarında (Haziran-Temmuz- Ağustos) çok büyük tutarlardaki yağışlar, Cherrapunji de ve vadinin aşağı bölümlerinde çok yıkıcı taşkınlara ve sellere neden olur. Cherrapunji, yıllık yağış ekstremleri açısından da, dünyanın en ilgi çekici kasabasıdır. Örneğin, 1861 yılında kaydedilen yıllık toplam yağış, yaklaşık 26 metreye (26,000 mm) ulaşmıştır.

92 Asya Musonunu Ve İlişkili süreçler (a) ITCZ nin mevsimlik göçü: Muson sistemindeki değişiklikler, ITCZ nin yıl içinde gerçekleştirdiği mevsimlik büyük göç hareketi ile yakından bağlantılıdır. Bu göç hareketi, normal Alize rüzgarlarının yerini batıdan ve güney-batıdan bölgesel rüzgarların almasını sağlar. Yazın ITCZ kuzeye doğru göçerek, nemli ve sıcak okyanusal havayı (mt) kara üzerine çeker ve bölgede maksimum yağışlar gerçekleşir. Bölgenin kış dolaşımında egemen olan termik kökenli kuvvetli Sibirya YB ı ve onunla ilişkili antisiklonik dolaşıma bağlı diverjansın ve sübsidansın yerini, yaz aylarında AB, konverjans ve konveksiyon alır. Bölgesel basınç koşullarında gözlenen bu önemli bölgesel kaymanın başlıca nedeni, yazın hem bölge üzerinde gelişen termik AB, hem de ITCZ nin kuzeye doğru gerçekleştirdiği harekettir. Kışın, orta-güney Asya üzerinde gelişen kuvvetli ve soğuk çekirdekli YB, yağışsız kış musonunu oluşturan soğuk ve kuru karasal havaya (cp) kaynaklık yapar. Prof. Dr. Hasan TATLI 93

93 (b) Jet akımlarındaki değişiklikler Yazın, Tibet platosu, subtopikal YB kuşağının bir parçası durumundaki bir YB ın egemenliği altındadır. ITCZ ile bağlantılı ekvatoral oluk, yazın Hindistan üzerinde yaklaşık 25 K enlemine kadar kaydığında, bölge üzerinde kuvvetli bir kuzey-güney basınç gradyanı gelişir. Bölgedeki belirgin kuzey-güney sıcaklık gradyanının etkisiyle kuvvetlenen bu basınç gradyanı, yüksek troposferde yaklaşık 12 km yükseltide bir doğudan jet akımının gelişmesine neden olur. Bu ekvatoral jet akımı, güneydoğu Asya ve orta Hindistan yoluyla, Güney Çin Denizi nden Umman Denizine kadar uzanır. Ekvatoral jetin batıdaki uzantısı, kuzey Afrika daki yaz musonun oluşumuna da katkı sağlar. Yazın güney Asya üzerinde oluşan bu ekvatoral jet ile bağlantılı dinamik etkiler, Hindistan ve güneydoğu Asya üzerindeki ana jet ekseninin kuzeyinde yağışın artmasına yol açar. Jet ekseninin güneyinde kalan Umman Denizi ve Somali Yarımadasında ise, yağış daha azdır. Yazın bir ısı kaynağı özelliği gösteren Tibet Platosu üzerinde ise, batıdan subtropikal jet akımı egemendir. Prof. Dr. Hasan TATLI 94

94 (b) Jet akımlarındaki değişiklikler Sonbahar ile birlikte, güney Asya da birbiriyle ilişkili iki önemli değişiklik gerçekleşir. Değişikliklerin birincisi, kara ve deniz arasındaki sıcaklık zıtlığının azalması ve bu yüzden tropikal muson dolaşımının zayıflamasıdır. İkincisi, özellikle kışın, orta enlem yüksek batı rüzgarlarının güneye kaymaya başlamasıdır. Bu değişikliklere bağlı olarak, batıdan subtropikal jet, Himalayaların güneyine doğru sokulur ve tropikal dolaşımı, buna bağlı olarak da yaz musonunu tümüyle kesintiye uğratır. Sonuç olarak, kışın, Himalayaların hem güneyinde (Hindistan ve güneydoğu Asya), hem de kuzeyinde (Tibet üzerinde), iki ayrı yüksek düzey batıdan subtropikal jet akımı oluşur. Yüksek atmosfer dolaşımı ve jet akımları, ITCZ nin kuzeygüney doğrultulu mevsimlik yer değiştirmesinde ve muson sisteminin oluşmasında çok önemli rol oynamaktadır. Prof. Dr. Hasan TATLI 95

95 ITCZ nin mevsimlik kaymalarıyla ilişkili olarak, Avustralya musonunun oluşumu ve mevsimlik hareketleri. (a) Kışın, anakaranın kurak iç bölgelerinden ITCZ ye yönelen güneydoğudan kuru hava akımları, Avustralya nın kuzey bölgesinde kurak ya da az yağışlı koşulların; Prof. Dr. Hasan TATLI (b) yazın, Hint Okyanusu ndan ITCZ ye yönelen kuzeybatıdan nemli hava akımları ise, yükselici hava akımlarını destekleyerek ITCZ boyunca yağışlı koşulların egemen olmasını sağlar. 96

96 ITCZ nin mevsimlik kaymalarıyla ilişkili olarak, Batı Afrika musonun oluşumu ve mevsimlik hareketleri. (a) Kışın, kurak Sahra bölgesinden esen kuzeydoğudan kuru rüzgarlar, Batı Afrika da kurak ya da az yağışlı koşulların; (b) yazın, Atlas Okyanusu ndan esen güneybatıdan nemli rüzgarlar yağışlı koşulların oluşmasını sağlar. Prof. Dr. Hasan TATLI 97

97 Ünite 4 ün sonu Prof. Dr. Hasan TATLI 93