Ünite 7: Hava Basıncı ve Hareketi

Hava Basıncı

Atmosferdeki havanın altında bulunan nesnelere uyguladığı itme kuvvetine hava basıncı adı verilir. Hava çeşitli gazlardan oluştuğundan, yapılan basınç bu gazların teker teker yaptıkları basıncın toplamına, yani bir noktadaki hava basıncı o noktadaki havanın ağırlığına eşittir. O hâlde atmosferde yukarılara çıkıldıkça üstümüzdeki hava tabakasının kalınlığı azalacağından, hava basıncı düşecektir. Hava basıncının en yüksek olduğu yer 760 mm Hg sütunu yüksekliği ile deniz seviyesidir. Yükseklere çıkıldıkça hava basıncı dengeli bir biçimde düşmemektedir. Hava basıncı başlangıçta hızlı düşmekte zamanla bu hızın azaldığı görülmektedir. Örneğin yerden 2 km, 3 km, 4 km ve 5 km yüksekteki hava basınçları sırasıyla 596 mm, 525 mm, 461 mm ve 404 mm’dir. Bu değerler yukarılara çıkıldıkça, hava ağırlığının azaldığını göstermektedir.

Hava Basıncının Ölçülmesi

Hava basıncı ilk defa Toriçelli tarafından ölçülmüştür. Toriçelli 1 cm ² ’lik yüzey üzerindeki hava sütununun bu alana yaptığı basıncı, 760 mm yüksekliğindeki cıva sütununun yine 1 cm ² yüzeye yaptığı basınca eşit bulmuştur. Bu nedenle hava basıncını, cıva yüksekliği olarak ölçmek gelenek haline gelmiştir. Bu basıncı g, kg cinsinden ifade etmek gerekirse: Cıva; 1 cm ² alan üzerine 76 cm yükseklik oluştuğuna göre;

Hacmi= 1 x 76 =76 cm ³ dür,

Civanın özgül ağırlığı= 13,6 g/cm ³ olduğuna göre yaptığı basınç;

76 x 13,6 = 1.033,6 gr = 1,0336 kg. Bu basınca atmosfer (Atü) basıncı adı verilir.

Hava basıncının tanımlandığı ikinci bir birim de “bar”dır. Bar, kuvvet esasına dayalı olarak çıkarılmıştır.

1 Bar = 10^6 g cm/sn ² = 0,9869 Atü

1.000 mb = 750,08 mm Hg

1 mbar = 10^-3 bar

760 mm = 1.013 mbar = 1 Atü

Havanın basıncı genel olarak barometre denilen aletlerle ölçülür. Barometreler arasında en hassas olanı cıva barometresidir. Fakat taşıma güçlüğü nedeniyle, madeni ve yazıcı barometreler (barograf) uygulamada daha fazla kullanılır (Şekil 7.1).

Hava basıncı ölçüm sonuçlarına göre, aynı basınca sahip noktaların birleştirilmesiyle elde edilen eğrilere izobar eğrileri adı verilir. Bu haritalar üzerinde alçak ve yüksek basınç alanları, soğuk ve sıcak cepheler (Şekil 7.2), yağışlı ve sisli bölgeler gibi birçok ayrıntılar yanında bu haritanın daha sonra nasıl olacağına dair ipuçları vardır. Eğer izobarlar birbirine yakınsa bu noktada rüzgâr hızı daha fazladır.

Hava Basıncının Zamanla Değişimi

Hava basıncı, diğer iklim faktörlerinde olduğu gibi gün boyunca bazı değişiklikler gösterir. Fakat bu değişiklik, diğerlerinde olduğu gibi çok fazla değildir. En fazla değişiklik tropik alanlarda günlük 2-3 mm olarak görülmektedir. Çünkü bu gibi yerlerde periyodik olmayan değişiklikler az olduğundan, günün akışı düzenli bir biçimde saptanabilmektedir. Enlem dereceleri büyüdükçe, günlük farklılık miktarı azalmaktadır. Örneğin 60° enlemde farklılık yalnızca mm’nin onda biri kadardır. Daha yüksek enlemlerde ise, değişikliği saptamak oldukça güçtür. Günlük değişiklik, grafik olarak gösterilirse iki dalgalı bir durum ortaya çıkar. Yaklaşık olarak saat 10.00 ve 22.00’de iki kez maksimum, 4.00 ve 16.00’da ise minimum değerler görülür. Gün boyunca meydana gelen bu değişikliği, atmosferin dalgalı olarak kıpırdanışına bağlayabiliriz. Yeryüzündeki değişiklikler de, günlük basınç değişimini etkilemektedir (Çizelge 7.1). Hava basıncının yıllık değişimi ekvatorda azdır. Yüksek enlemlere çıkıldıkça artar. Orta ve yüksek enlemlerdeki yıllık değişikliklerde kışın bir maksimum hava basıncının yazın bir minimum hava basıncının olduğu karasal tip ve yazın bir maksimum ve kışın bir minimum hava basıncının gözlendiği okyanus tipi olmak üzere iki tip göze çarpar.

Hava Hareketi (Rüzgar)

Yeryüzünün farklı şekilde ısınması farklı basınç değerlerini ortaya çıkarır. Buna bağlı olarak da basıncı yüksek olan yerden basıncı düşük olan bölgeye dengeleyici akımlar meydana gelir. Hava hareketinin oluşumu Şekil 7.3’deki gibi gerçekleşmektedir.

Şekil 7.3’de, B noktasındaki hava tabakası aşırı ısındığında genleşecektir. B’deki basınç aynı olurken yükseklerde B1’deki basınç A1’e göre dp kadar artacaktır. Bu şekilde, A1B1 arasında bir basınç eğimi meydana gelecektir. Böylece, B1’den A1’e doğru hava hareketi oluşacaktır. A bölgesindeki hava basıncı yükselmeye başlarken B bölgesindeki azalacaktır. Meydana gelen basınç farkı ile soğuk bölge “A1” den, sıcak bölge olan “B”ye doğru denge sağlanıncaya kadar, hava akacaktır. Bu harekete rüzgâr adı verilir. Hava hareketinin oluşmasında basınç farklılığından doğan kuvvet yanında başka kuvvetler de vardır. Bu kuvvetler; yer dönü kuvveti (Koriyolis), sürtünme kuvveti ve merkezkaç kuvvetidir. Hava hareketini ikinci derecede etkileyen yer dönü kuvvetidir. Bu kuvvet hareket eden kütleyi Kuzey Yarım Küre’de sağa, Güney Yarım Küre’de sola çevirir. Koriyolis kuvveti basınç farkı ile meydana gelen hareketi saptırıcı yöndedir. Şekil 7.4’te görüldüğü gibi, D hava kütlesine önce B basınç kuvveti etki etmektedir. Bu kuvvet, izobar eğrilerine dik yöndedir. Hava kütlesi harekete geçtiği anda, yer dönü kuvveti etki etmeye başlar. Bu kuvvetin yönü basınç kuvvetine dik doğrultudadır. Böylece, hava kütlesini sağa çevirir ve rüzgâr hızını artırır. Hız artışı kütlenin başlangıç yönüne dik olacak biçimde (90°) dönünceye kadar sürer. Rüzgâr yönü izobarlara paralel duruma gelince, iki kuvvet birbirini dengelemiş olur.

Araştırmalar, toprak yüzeyinden 500 m yukarılarda bu ifadenin doğru olduğunu göstermiştir. Toprak yüzeyine yakın yerlerde, basınç eğimi ile rüzgâr yönü arasındaki açı 60°’ye ulaşabilmektedir. Çünkü toprağa yakın katmanlarda, yer dönü kuvvetini engelleyen sürtünme kuvveti vardır ve hava hareket yönüne ters olarak etki yapmaktadır (Şekil 7.4). Sürtünme kuvvetinin büyüklüğü, rüzgâr hızına bağlıdır. Atmosferin alt katlarında hava hareketinin hızı sürtünme nedeniyle düştüğünden ve de rüzgâr yönü alçak izobarlara doğru olduğundan, rüzgârlar kısa sürelidir. Okyanuslarda sürtünme kuvveti daha az olduğundan, basınç dengelemesi ve rüzgâr daha uzun ömürlüdür. İzobarların eğri olmaları durumunda, hava hareketlerini merkezkaç kuvvetleri de etkiler. Eğer izobar eğrileri içeriye doğru azalıyorsa, merkezkaç kuvveti rüzgâr hareketini azaltıcı, eğriler dışarıya doğru azalıyorsa, rüzgâr hareketini hızlandırıcı olarak etki yapar.

Alçak ve Yüksek Basınç Merkezleri

Rüzgâr oluşumunda açıklandığı gibi, yeryüzünün farklı ısınması sonucunda, alçak ve yüksek basınç merkezleri oluşur. Bu merkezlerde izobar eğrileri kapalı durumdadır. Kapalı eğrilerde basınç çevreden içeriye doğru azalıyorsa, bu merkeze alçak basınç merkezi (siklon), artıyorsa yüksek basınç merkezi (antisiklon) merkezi adı verilir. Belirli yerlerde oluşan ve atmosferde meydana gelen hava olaylarının gelişmesinde rol oynayan bu merkezler aksiyon merkezleri olarak da tanımlanır. Bu merkezlerin oluşmasında sıcaklık farklılıklarının büyük rolü vardır. Toprak seviyesindeki alçak basınç merkezlerinde hava hareketi yatay olarak içe, dikey olarak yukarı doğru, yüksek basınç merkezlerinde ise yatay hava hareketi dışa düşey hava hareketi ise aşağı doğrudur. Toprak yüzeyinde oluşan alçak ve yüksek basınç merkezlerinin kendilerine özgü sonuçları vardır. Yeryüzündeki alçak basınç merkezlerinde hava hareketi yukarıya doğru olduğundan, yoğunlaşmayla bulut ve yağışlar oluşur. Yüksek basınç merkezlerinde ise hava hareketi aşağı doğru olduğundan, aşağı inen hava yukarıdaki duruma göre ısınır, bulutlar çözülür dolayısıyla güneşli havalar oluşur. Bu bölgelerde hava kütleleri sakindir. Yazın sıcaklık yüksek iken kışın düşüktür. Ülkemiz iklimi üzerinde etkili olan bazı siklon ve antisiklon merkezleri vardır. Bu merkezlerden başlıcaları şunlardır.

• Yüksek Basınç merkezleri; Sibirya, Azor, Afrika’nın kuzeyi
• Alçak Basınç merkezleri; Basra, İzlanda, Akdeniz ve Karadeniz’in doğusu.

Atmosferdeki Genel Hava Hareketi

Basınç farkı nedeni ile hava hareketleri yüksek basınca sahip izobarlardan alçak basınca sahip izobarlara doğru olacaktır ve izobarlara diktir. Ancak yerin kendi çevresinde batıdan doğuya doğru olan hareketi nedeniyle rüzgârlar yönlerinden saptırılmaktadır. Bu sapışlar kuzey yarım küresinde daima sağa, güney yarım küresinde ise daima soladır. Ekvator bölgesine güneş ışınları, yeryüzüne devamlı dik veya dike yakın geldiğinden, ısınma diğer yerlerden daha fazladır. Bu nedenle, ekvator yöresinde ısınan hava yükselecek ve yükseklerde yüksek basınç alanları oluşacaktır. Bunun sonucu olarak da kuzey ve güney yönlerinde hareketler meydana gelecektir. Yükseklerdeki bu hava hareketine kontralize adı verilir. Kontralizelerin yönleri yukarıda açıklandığı gibi dünyanın kendi çevresindeki dönüşü ile belirli bir sapmaya uğramaktadır. Bu sapmalar belli bir zaman sonra aşağıdaki hava kütleleri üzerine bir basınç yapmaya başlar. Bu basınç ve sıkıştırma 30°-40° enlemlerde bir yüksek basınç kuşağı oluşturur (Şekil 7.5-a). Böylece ekvatora doğru alt tabakalarda bir hareket oluşur. Kuzey Yarım Küre’deki sağa sapma ile rüzgâr kuzeydoğu yönünde esecektir. Bu rüzgârlar alize rüzgârları adını alırlar. Kuzeye kutbuna yönelen hava hareketi ise sağa sapma ile güney batı rüzgârı hissini verir (Şekil 7.5-b). Öte yandan 30°-40° enlemleri üzerinde oluşan yüksek basınç kuşağından kuzeye çıkan ve güney ve güney-batı rüzgârı biçiminde meydana gelen hava kitleleri oldukça sıcak ve bol nem içerirler. Bu rüzgârlar kutuplardan güneye doğru dönen ve kuzey-doğu rüzgârları şeklinde oluşan hava kitleleri ile 60. enlem dolaylarında karşılaşırlar. Birbirinden sıcaklık ve nem bakımından çok farklı nitelikte olan bu hava kitlelerinin karşılaşması, birçok hava olaylarının ve cephelerin meydana gelmesine neden olur. Karışık olan bu cepheler doğuya hareket ederek, geniş alanları etkisi altına alırlar.

Atmosferin genel hava hareketini oluşturan bu hareketler, yan etmenler altında daha karışık bir şekle bürünürler. Çoğu zaman ana hareketler özelliklerini kaybederler ve ikinci derecedeki faktörlerin etkileri altında gizlenerek görülmezler. Son yapılan aerolojik ölçmeler, atmosferdeki genel hava hareketini açıklayan bu kuramın özellikle atmosferin üst katmanları için yeterli olmadığını göstermektedir.

Rüzgarın Ölçülmesi

Rüzgâr ölçümleri yapılırken rüzgârın yönü ve hızı saptanmaya çalışılır. Rüzgârın yönü tanımlanırken, rüzgârın geldiği yön esas alınır. Örneğin kuzeyden gelip güneye doğru esen rüzgâr kuzey rüzgârı olarak tanımlanır. Rüzgâr yönü rasatları yapılırken, genel olarak 8 yön esas alınır. Bunlar kuzey (N), kuzeydoğu (NE), doğu (E) , güneydoğu (SE), güney (S), güneybatı (SW), batı (W), kuzeybatı (NW), rüzgârlarıdır. Bu rüzgârlar yerel olarak yıldız (kuzey), poyraz (kuzeydoğu), doğu (doğu), keşişleme (güneydoğu), kıble (güney), lodos (güneybatı), batı (batı), karayel (kuzeybatı) olarak da adlandırılır (Şekil 7.6).

Rüzgâr hızları topraktan yükseldikçe artmaktadır. Bu artış, topraktan hemen sonra çok fazla, yukarılarda ise daha azdır. Böylece, rüzgâr hızı dağlarda eteklerden daha fazladır (Çizelge 7.2).

Rüzgarın Günlük Değişimi

Atmosferin farklı ısınması sürekli değişik basınçlar ve dengeleme gereksinmesi yarattığına göre bu ısınma aynı zamanda günlük periyodik hava hareketi değişimlerine de neden olmaktadır. Bu değişimler, okyanuslarda pek hissedilmezken karalarda daha belirgindir. Karalarda toprağa yakın yerlerde öğleyin bir maksimum gece ise bir minimum rüzgâr şiddeti görülür. Yazın bu değişiklik açık, az bulutlu günlerde oldukça fazladır. Topraktan yukarılarda (örneğin 50-100 m yukarda) olay tersine döner. Örneğin maksimum rüzgâr şiddeti gece oluşmaktadır.

Yerel Rüzgar Çeşitleri

Yukarıda oluşumu açıklanan genel rüzgâr sistemleri yanında birçok yerel rüzgâr çeşitleri vardır. Bu rüzgârlar genel hava hareketine benzer biçimde farklı ısınmalar sonucunda oluşurlar. Bunlar bulundukları yerlere ve oluş durumlarına göre tanımlanırlar.

Kara ve Deniz Rüzgârları

Bu rüzgârlar kara ve denizlerin ısınmaları sonucu oluşurlar. Su yüzeyleri güneş ışınlarının büyük bir kısmını yansıttığından yavaş yavaş ısınır. Buna karşın karalar, güneş ışınlarının büyük bir kısmını absorbe eder ve çabuk ısınırlar. Gündüzleri karaların fazla ısınması sonucu, toprak yüzeyine yakın hava hızla genleşir ve yükselir. Yükselen bu sıcak hava nedeniyle, karaların üst kısmında bir basınç fazlalığı oluşturur. Basınç farklılığı, bu havanın karaların üst kısmından deniz tarafına doğru akmasına neden olur. Böylece denizler üzerinde yüksek karalar üzerinde alçak basınç oluşur ve gündüzleri rüzgâr denizlerden karalara doğru eser (Şekil 7.8). Geceleri olay tersine oluşur. Çünkü suyun ısı tutma yeteneği karalara kıyasla daha fazladır. Denizler aldıkları ısıyı yavaş yavaş verirler ve çevrelerinin sıcak kalmalarını sağlarlar. Sıcak hava yükselerek denizlerin üst seviyelerinde karalara göre bir yüksek basınç oluşturur. Karalar üzerine kayan üst katlardaki hava karalarda toprak seviyesine yakın bölgede bir yüksek basınç oluşturduğundan rüzgâr geceleri karadan denize doğru eser (Şekil 7.9).

Dağ, Vadi ve Yamaç Rüzgârları

Gündüz, dağ dorukları vadilerden daha erken ısınır ve alçak basınç oluşur. Vadiler ise, daha serindir ve yüksek basınç alanıdır. Bunun sonucunda, vadi tabanlarından dağ yamacına ve doruklarına doğru rüzgâr eser. Bu rüzgâra vadi meltemi denir. Geceleri ise, dağ yamaçlarında ve yüksek plâtolarda hızla soğuyan hava yüksek basınç alanı oluşturur. Alçak ovalar ve vadiler ise, nem oranının daha fazla olması nedeniyle sıcaktır ve alçak basınçlar görülür. Bunun sonucunda da, dağ yamaçlarından alçak ova ve vadilere doğru rüzgâr eser. Bu rüzgâra dağ meltemi denir.

Arazi Biçimine Bağlı Rüzgârlar

Bu rüzgârların oluşumu, sıcaklığa bağlı günlük periyodik rüzgârlardan farklıdır ve havanın bulunduğu yerin yüksekliğine bağlı olarak nitelik değiştirir. Bu rüzgârlar yüksek dağ sıralarının rüzgâr geliş yönünün aksi tarafında ya da yüksek platoların dik yamaçlarında meydana gelirler. Bu rüzgârlara örnek olarak fön ve bora rüzgârları verilebilir.

Fön rüzgârları ; bir tarafa doğru esen nemli hava kütlelerinin bir dağ dizisine çarparak yükselmesi ve dağın arka tarafına akması ile oluşur. Dağ yamacına gelen nemli hava hızlı bir biçimde yükselir ve yoğunlaşmaya başlar. Hava nemini yağış olarak dağın ön yamacına bıraktıktan sonra dağın arka yamacında alçalmaya başlar. Kuru olan bu hava aşağılara indikçe ısınacağından, sıcak ve kuru bir rüzgâr olarak esecektir (Şekil 7.10).

Bora rüzgârları; kış aylarında soğuk bölgelerden sıcak bölgelere doğru eserler. Yüksek dağlardan aşağılara inen bu rüzgârlar sürekli ısınmalarına karşın, yukarılardan çok soğuk geldiklerinden sıcaklıkları aktıkları sıcak bölgelerin sıcaklığına erişemez. Bu nedenle, estikleri bölgenin sıcaklıklarını çok düşürürler