Ünite 2: Oraj

Oraj

Oraj gök gürültülü yağmur demektir. Atmosferde şiddetli rüzgârların, gök gürültülü, şimşekli ve yıldırımlı çok şiddetli yağmurların olduğu gökyüzü durumunu anlatmak için kullanılır. Bu tür fırtınalara “oraj fırtınaları” adı verilir.

Oraj Getiren Bulutlar ve Bulut Tipleri

Bulutlar yüksekliklerine ve oluşma sebeplerine göre iki grupta incelenecektir.

1. Yüksekliklerine Göre Bulut Tipleri ve Özellikleri

Kutup enlemlerinde bulutlar daha aşağı seviyelerde, ekvator enlemlerinde ise daha yukarı seviyelerde oluşurlar.

• Yüksek Bulutlar: Yüksek bulutların tabanları 4.000-4.500 metre arasında değişir. Buz kristallerinden oluşmuşlardır. İnce, tüy gibi görünen bulutlardır. Kendi içlerinde Sirrüs, Sirrokümülüs ve Sirrostratüs olarak ayrılırlar. Yüksek bulutların uçuş üzerine etkisi yok denecek kadar azdır. Belki bazen orta şiddette türbülansa neden olabilirler. Yağmur veya kar yağmadan hemen önce görünürler.
• Orta Bulutlar: Orta bulutların taban yükseklikleri 2.000-7.000 metre arasında değişir. Sıcaklıklar donma derecesinin altına düştüğünde veya aşırı soğumanın olduğu durumlarda oluşurlar ve buz kristalleri ile su damlalarından meydana gelirler. Eğer kümülüs bulutları orta bulutlar içerisinde gelişiyorsa veya altokümülüs bulutları söz konusu değil ise orta bulutlar çok az türbülansa neden olur.
• Alçak Bulutlar: Alçak bulutların tabanları yer yüzeyinden başlayarak 2.000 metre kadar yükselir. Aşırı soğumuş su damlalarından veya bazen buz kristallerinden oluşurlar.

2. Oluşum Mekanizmalarına Göre Bulutlar

Oluşma mekanizmalarına göre bulutlar aşağıda belirtildiği gibi iki gruba ayrılırlar:

1. Kümülüs (veya kümülüform)
2. Stratüs (veya stratiform)

Kümülüform tipi bulutlar düşey olarak büyüyen pamuk gibi bulutlardır. Stratiform tipi bulutlar ise yatay yönde çok geniş alanlara yayılan koyu renkli kalın bulutlardır. Kümülüs tipi bulutlar konvektif olarak yükselen akımların olduğu kararsız havalarda oluşurlar. Stratüs tipi bulutlar kararlı havalarda meydana gelirler. Kararlı hava bulutun yükselmesini engeller. Bu nedenle geniş yatay tabakalar hâlinde ve genellikle nemli havanın doyma noktasının altında soğuduğu zamanlarda oluşur.

Stratüs bulutlarının içinde çok az türbülans meydana gelir. Alçak bulutlar özellikle görüş mesafesini azaltır. Bu bulutlar olduğunda görerek şartlardaki uçuş operasyonları ya çok güçtür veya mümkün değildir.

Düşey gelişimli (dikey gelişimli olarak da ifade edilmektedir) kümülüform tipi bulutların tabanları alçak seviyelere inebilir. Sıcaklık donma derecesinin üzerinde ise su damlacıklarından ve buz kristallerinden ve sıcaklık donma derecesinin altında ise aşırı soğumuş su damlacıklarından oluşmuşlardır.

Oraj Tipleri

Oraj fırtınaları kararsız bir atmosferde sıcak ve nemli bir hava parselinin yükselmesi sonucunda meydana gelir. Hava parselini yukarı doğru harekete başlatan tetikleyici neden ise yer yüzeyinin eşit olmayan ısınması, arazinin sekli (topografya), sıcak havanın cephe zonu boyunca yükselt ilmesidir. Eğer yukarı seviyelerde yukarı yönlü akımların olduğu diverjans alanları var ise bu alanlar da oraj fırtınalarının oluşumu için en uygun şartları sağlar. Çünkü bu tür rüzgârlar hemen altlarındaki havayı yukarı seviyelere taşıyarak oraj fırtınasının gelişmesine yardımcı olurlar.

Oraj fırtınaları oluşum nedenlerine göre iki gruba ayrılır:

1. Hava kütlesi oraj fırtınaları
2. Şiddetli oraj fırtınaları

Yazın oluşan tekil oraj fırtınaları hava kütlesi orajlarıdır. Çünkü bu fırtınalar cephe zonlarından uzakta, sıcak, deniz kökenli tropikal hava kütleleri (mTw) içinde gelişmeye meyilli oraj fırtınalarıdır. Bu oraj fırtınaları genelde kısa süreli olup çok nadiren çok şiddetli rüzgârları ve doluyu beraberinde getirir. Buna karşılık şiddetli oraj fırtınaları çok şiddetli ve türbülanslı rüzgârlara, sel olaylarına, hasar veren dolu olaylarına ve tornado oluşumlarına neden olurlar.

• Hava-Kütlesi Oraj Fırtınaları: Hava kütlesi oraj fırtınalarının gelişimi üç safhada olur: Oluşma (Kümülüs) safhası, Olgunlaşma safhası ve Dağılma safhası.
  Oluşma safhası kümülüs safhası olarak da bilinir. Nemli hava kütlesi yükselir, yükselirken soğur, yoğunlaşır ve tek bir kümülüs bulutunu veya bir kaç tane sıra ile tekil kümülüs bulutları grubunu oluşturur.
  Bulut geliştikçe, bulut içerisindeki su buharının sıvı veya katı bulut parçacıklarına dönüşümü büyük miktarlarda gizli ısı açığa çıkarır. Bu da bulutu çevresindeki havadan daha sıcak tutar. Bulut aşağıdan gelen hava ile beslendiği sürece kararsız havada büyümeye devam eder. Kümülüs bulutları dakikalar içerisinde hızlı bir şekilde çok yükseklere çıkacak şekilde gelişebilir. Kümülüs aşamasında, bulutun içerisindeki kuvvetli yukarı yönlü hava akımları yağmur damlalarının yeryüzüne düşmesine engel olur. Bu safhada yıldırım veya gök gürültüsü olmaz.Bulut donma derecesinin altındaki sıcaklıklarda iyice geliştikçe, bulut içerisindeki yağmur damlaları giderek büyür ve ağırlaşırlar. Sonunda yukarı yönlü hava akımları onları yukarı seviyelerde tutamaz olur ve düşmeye başlarlar. Bu damlacıklar aşağı düşerken bir kısım havayı da kendileri ile birlikte aşağı doğru sürükleyerek aşağı yönlü akımları oluşturlar. Bu aşağı yönlü akımlar bulut alt tarafından kuru hava aldıkça kuvvetlenir ve yağmur damlalarının bir kısmının buharlaşmasına neden olur. Bu da bulut içerisindeki havayı çevresindekinden daha soğuk ve daha ağır yapar. Aşağı ve yukarı yönlü bulut içi akımları bir “ hücre ” oluşturur. Hava kütleli oraj fırtınalarının çoğu birden fazla kümülüs hücresinden meydana gelir. Her bir kümülüs hücresi yarım saat veya biraz daha uzun yasar. Aşağı yönlü akımların başlaması ve bulutun hücre yapısına erişmesi oraj bulutunun olgunlaşma aşamasının başladığını gösterir.
• Şiddetli Oraj Fırtınaları: Şiddetli oraj fırtınaları büyük boyutlarda dolu olaylarına, şiddetli yüzey rüzgârlarına, sellere ve tornadolara yol açar. Hava kütlesi oraj fırtınalarında olduğu gibi nemli havanın karasız havada yükselmesi sonucunda oluşurlar. Ancak hava kütlesi oraj fırtınalarından farklı olarak, şiddetli oraj fırtınaları çok kuvvetli rüzgâr kaymalarının olduğu bölgelerde de oluşur. Rüzgâr kaymaları, olgunlaşma safhasında görülen bulut içerisindeki yukarı yönlü akımların eğilmesine neden olur. Bulutun tabanından giren sıcak yukarı yönlü akımlar, soğuk aşağı yönlü akımlar üzerinden eğik eksen boyunca yükselir. Bu durum bulut sistemi için çok önemlidir. Bulut içerisindeki yağmur yukarı yönlü akımların tutamayacağı kadar ağırlaştığında, yağmur aşağı yönlü akımlarla beraber düşer. Hava kütlesi oraj fırtınalarında olduğu gibi yukarı yönlü akımlara karsı hareket etmezler. Bu nedenle yukarı yönlü akımlar kuvvetlidir ve kolayca dağılmazlar. Bu hava akımlarının şiddetleri 50 knot’tan daha büyüktür. Bu yukarı yönlü akımlar o kadar kuvvetlidirler ki bulutların tavanları kararlı stratosfer tabakasına (10-12 km) kadar ulaşabilir. Hatta bazı durumlarda yer yüzeyinden 18 kilometreye kadar çıkabilir. Çok kuvvetli yukarı yönlü akımlar nedeni ile dolu parçacıkları uzunca bir süre bulutun içerisinde kalabilir ve bu şekilde çok büyük boyutlara ulaşırlar.
• Süre Hücreli Oraj Fırtınaları: Süper hücreli oraj fırtınaları, kendilerini tek bir varlık olarak saatlerce tutabilecek kadar şiddetli aşağı ve yukarı yönlü akımların olduğu oraj fırtınalarıdır. Bu tür süper hücreli oraj fırtınaları çok büyük dolu hasarlarına ve tornadoların oluşmasına neden olur.
• Sağanak Hatlı Oraj Fırtınaları: Sağanak hatlı oraj fırtınaları veya kısaca sağanak hatları şiddetli oraj fırtınasının fırtına zonu (gust front) boyunca meydana gelen oraj ve şiddetli yağmur getiren fırtınalardır. Sağanak hatları birden fazla oraj fırtınasının soğuk cephenin önünde oluşmasından meydana gelir. Bir sağanak hattı bazen soğuk cephe boyunca veya sıklıkla soğuk cephenin biraz ilerisinde, 100-300 km ötesinde, oluşur. Soğuk cephenin ötesinde oluşan sağanak hatlarının nedeni soğuk cephe üzerinde gelişen hava dalgasıdır.

Oraj Fırtınalarının Global Dağılımı

Tüm dünyada her gün 40.000’den fazla ve her sene 14 milyonun üzerinde oraj fırtınası olduğu tahmin edilmektedir. Sıcaklığın ve nemin bir kombinasyonunun sonucu olarak ekvatoral karasal hava kütleleri oraj fırtınasının oluşumu için en muhtemel kaynaklardır. Bu bölgelerde her üç günde bir oraj fırtınası oluşabilir. Oraj fırtınaları aynı zamanda okyanuslar üzerinde, yükselici hareketi sağlayacak alçak seviye konverjans hattının olduğu Tropiklerarası Konverjans Zonu (ITCZ) boyunca da görülürler. Bu fırtına bulutlarının içerisinde açığa çıkan ısı enerjisi Hadley sirkülasyonuna enerji vererek dünyanın ısı enerji dengesinin sağlanmasına yardımcı olur. Oraj fırtınaları kutup bölgeleri ve subtropikal bölgelerdeki çöl alanları gibi kuru iklimlerde çok nadir oluşurlar.

Ülkemizin Doğu Karadeniz, Doğu Anadolu, İç Anadolu’nun batısı, Trakya, Ege Bölgesi’nin batısı ve Akdeniz Bölgesi’nin doğusunda yıllık ortalamalara göre orajlı gün sayısı 20-30 arasındadır. Biraz daha az sıklıkta 10-20 arasında ise İç Anadolu’nun ortası, Güneydoğu Anadolu ve Marmara bölgesinin doğusunda oluşmaktadır. En sık oraj fırtınaları ise daha çok lokalize olmuş bölgelerde, Akdeniz Bölgesi’nin güney batısı, Kars ve Iğdır’da görülmektedir.

Yıldırım ve Şimşek

Yıldırım oraj fırtınalarının (Cb bulutları) olgunlaşma safhalarında meydana gelen çok büyük elektrik boşalmasıdır. Bulut içerisinde, buluttan buluta veya buluttan yere doğru oluşabilir. Yıldırımın oluşması için oraj fırtınası bulutlarının içerisinde elektrik yüklerinin ayrışması gereklidir. Bu tür bir yük ayrışmasının nasıl olduğu kesin olarak bilinmemekle beraber bazı teoriler vardır.

• Bulutlarda Yük Ayrışımı: Bu konudaki en yaygın teori, dolu tanelerinin bulut içinde aşağıya doğru hareket ederken etrafındaki buz kristalleri ve damlacıkları elektriklendirdiği teorisidir. Sıvı damlacıklar dolu ile çarpıştıklarında dolu parçacığı üzerinde donarlar. Bu esnada gizli ısı açığa çıkar. Bu ısı dolu tanesinin yüzeyini çevresindeki buz kristallerine göre daha sıcak tutar. Elektronlar sıcak cisimden soğuk cisme doğru akar. Buna göre dolu taneciği buz kristali ile temas ettiğinde, dolu üzerindeki elektronlar buza doğru hareket eder. Böylece dolu taneciği negatif yüklenirken, buz kristali pozitif yüklü hâle gelir. Benzer etki aşırı soğumuş su damlacıkları dolu tanecikleri üzerinde dondukları zaman da meydana gelir. Dolu taneleri ve pozitif yüklü küçük küçük buz parçacıkları bu etkileşim sırasında ayrışırlar. Bu daha küçük, daha hafif olan pozitif yüklü parçacıkları yukarı yönlü akımlarla bulutun üst kısımlarına taşınır. Daha büyük dolu parçacıkları ise aşağı seviyelerde kalır ve bulut tabanına doğru düşerler. Bu şekilde bulutun üst kısımları pozitif alt kısımları ise negatif yüklü olacak şekilde yük ayrışması olur.
• Yıldırım Düşmesi ve Şimşek Çarpması: Zıt yükler birbirini çekeceğinden negatif yüklü bulut tabanı yerde pozitif yüklerin toparlanmasına neden olur. Oraj bulutu hareket ettikçe yer yüzeyindeki bu pozitif yüklü bölge de bulut ile beraber hareket eder. Pozitif yük yerden yukarı doğru çıkan, binalar, ağaçlar, direkler vb. sivri uçlu objeler üzerinde en yoğun hâlde bulunur. Bulut tabanı ile pozitif yüklü yer arasında elektrik potansiyeli farkı oluşur. Kuru havada, hava çok iyi bir yalıtkan olduğundan, akım oluşmaz. Bulut tabanı ile yer arasında yavaş yavaş elektrik potansiyeli artar. Elektrik alanı 3 milyon V/m’i aştığında havanın yalıtkanlık özellikleri kalmaz. Elektrik akımı meydana gelir ve yıldırım oluşur.
• Gök Gürültüsü: Yıldırım boşalması sırasında elektronların hareket ettiği hat boyunca sıcaklık 30.000oC’ye kadar yükselir ve bulut içerisinde o bölgedeki hava ısınır. Bu aşırı ısınma havanın çok gürültülü bir şekilde genleşmesine ve bu şekilde genişleyen bir ses dalgasına neden olur. Bu ses dalgası duyduğumuz yıldırıma mahsus tipik “gök gürültüsü” oluşturur. Yıldırımın olduğu noktadan uzağa doğru ışık sesten daha hızlı hareket ettiğinden ışık oluşur oluşmaz anında görülür. Ses onu takip eder. Atmosferde ses hızı saniyede 380 kilometredir. Işık parlamasını gördükten sonra hemen saymaya baslarsanız, yıldırımın bulunduğunuz yerden ne kadar uzağa düştüğünü belirleyebilirsiniz. Ses bir kilometreyi üç saniyede alır. Eğer ışık parlamasını gördü iseniz ve 15 saniye sonra da gök gürültüsünü duydu iseniz, bu yıldırımın 5 kilometre uzakta oluştuğunu gösterir.