Prof.Dr. Tolga ELBİR
Dokuz Eylül Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Tınaztepe Yerleşkesi, 35160 Buca/İzmir
E-mail : tolga.elbir@deu.edu.tr
Meteoroloji Bilim Dalı
Atmosferde meydana gelen hava olaylarının oluşumunu, gelişimini ve değişimini nedenleri ile inceleyen ve bu hava olaylarının canlılar ve dünya açısından
doğuracağı sonuçları
araştıran bilim dalıdır.
Tarihçe
Meteorolojik olaylar, insanoğlunun yaşamını ilk çağlardan itibaren
etkilemiş, insanlar günümüze kadar dünya atmosferinde olup biten
olayların nedenlerini zamanın koşullarına göre inceleyip
araştırmışlardır. Bu amaçla da çeşitli gözlem ve incelemeler yaparak hava olaylarını önceden tahmin edebilme yollarını bulmaya çalışmışlar,
bunların olumlu etkilerinden
faydalanma, olumsuz etkilerinden de kurtulma ve korunma yollarını aramışlardır.
Tarihçe
Meteoroloji, insanlık tarihi kadar eski bir bilim olmasına karşın, gerçek kimliğine 19.
yüzyıl sonlarına doğru
kavuşmuştur. İlk meteorolojik haritalar 1869 yılında Prof. C.
Abbe ve Buchan tarafından yapılmıştır. 1882 yılında
Loomis, ilk dünya yağış dağılım haritasını, 1887 yılında Hann ise, ilk
meteoroloji atlasını hazırlamışlardır.
Tarihçe
Günümüzde meteorolojik hizmetler tamamen bilimsel yöntemlerle ve uluslararası işbirliği içinde
yürütülmektedir. Bugün dünyada, 24 saat sürekli
çalışan onbin civarında kara istasyonu, açık denizlerde görev yapan altıbinden fazla gözlem gemisi ve yüksek
hava sondajları yapan binden fazla meteoroloji istasyonu vardır.
Gözlemlenen Temel Meteorolojik Parametreler
Basınç
Sıcaklık
Rüzgar
Nem
Bulutluluk
Yağış
Diğer
Atmosferik Basınç
Atmosferi oluşturan gazlar, ağırlıkları ile yeryüzündeki cisimler üzerine bir kuvvet uygular. Bu kuvvete
atmosfer basıncı denir.
Birim alana (S) etki eden
kuvvet (F) olarak tanımlanan atmosferik basınç (P), bütün atmosfer boyunca uzanan birim kesit sütun içindeki ağırlığa eşittir (P= F/S).
Toriçelli Deneyi
Hava basıncı ilk kez 1643 yılında İtalyan bilim adamı Torricelli
tarafından civalı bir barometre ile ölçülmüştür. Toriçelli, deneyini deniz seviyesinde 15°C’de yapmıştır.
Uzunluğu 1 metre olan ucu kapalı 1 cm çapında cam boru tamamen civa doldurularak açık ağzı kapatılmış ve civa kabına daldırdıktan sonra
açılmıştır. Boru içerisindeki civa
tamamen kaba boşalmayıp 76 cm’de dengede kaldığı gözlenmiştir.
Deniz Seviyesinde Basınç
Toricelli deneyinden hatırlanacağı üzere, standart bir günde deniz
kenarında atmosferik basınç, bir cam tüp içerisindeki 760mm’lik civa
bloğunu dengeler.
Deniz seviyesindeki standart atmosfer basıncı 760 mmHg; 14,70 psi (pounds per square inch); 1013,25 mb (veya hPa); 1 standart atmosfer veya
101,325 kilopaskaldır. (Pa: N/m2)
Atmosferde Basıncın Yükseklikle Değişimi
Yerden yükseldikçe havanın yoğunluğu
azaldığı için basınç değeri de azalır.
Atmosfer Basıncını Etkileyen Faktörler
Sıcaklık
Yükseklik
Yerçekimi kuvveti
Atmosfer Basıncını Etkileyen Faktörler
Sıcaklık : Hava ısındıkça genleşir ve hafifler. Soğudukça sıkışır ve ağırlaşır. Bu nedenle havanın soğuk olduğu yerlerde basınç yüksek, sıcak olduğu yerlerde düşüktür. Yani sıcaklıkla basınç arasında ters orantı vardır. Bu yüzden ekvatorda alçak basınç alanı, kutuplarda ise yüksek basınç alanı bulunur.
Yükseklik: Yükselti ile basınç arasında ters orantı vardır. Yükseklere çıkıldıkça atmosferin basıncı düşer. Bunun nedeni yükseldikçe
atmosferin kalınlığı ile birlikte ağırlığının ve gazlarının yoğunluğunun azalmasıdır.
Yerçekimi: Yerçekimi ile basınç arasında doğru orantı vardır.
Yerçekimi arttıkça basınç da artış gösterir. Cisimlerin ağırlığı
yerçekimine bağlıdır. Yerçekimi dünyanın şeklinden dolayı ekvatorda az, kutuplarda fazladır.
Atmosfer Sıcaklığı
Atmosfer, ısıyı canlıların
yaşamına uygun hale getiren ortamdır.
Atmosferdeki gazlar (özellikle subuharı) güneşten gelen ve yerden yansıyan ışınları
tutarak ısınır. Böylece,
Atmosfer Güneşten gelen ısıyı tutarak yerin fazla ısınmasını önler. Yerden yansıyan ısıyı tutarak fazla soğumayı önler.
Albedo
Güneş’ten gelen enerjinin bir kısmı atmosferin üst yüzeyi ve bulutlara
çarparak, bir kısmı ise yerden yansıyarak,
atmosferde herhangi bir etkide bulunmadan,
doğrudan uzaya geri
döner. Yansıyan bu ışınlara albedo adı verilir.
Atmosferdeki Sıcaklığı Etkileyen Faktörler
Güneş Işınlarının Geliş Açısı
Güneş Işınlarının Atmosferde Aldığı Yol
Yer’in Eksen Eğikliği ve Yıllık Hareketi (Mevsimler)
Güneşlenme Süresi
Yükselti Faktörü
Kara ve Denizlerin Dağılımı
Okyanus Akıntıları
Bitki Örtüsü
Güneş Işınlarının Geliş Açısı
Yeryüzünde sıcaklığın dağılımını etkileyen en önemli etkendir.
Güneş ışınları bir yere ne kadar dik gelirse sıcaklık o kadar yüksek, ne kadar eğik açıyla gelirse sıcaklık o kadar düşük olur.
Eğik açıyla gelen ışınlar daha fazla yansımaya uğradığı için ısınmaya olan etkisi daha da azalır.
Yer’in küresel şeklinden dolayı, güneş ışınları, ekvator ve
çevresine daha dik açıyla geldiği için dar alana yayılır.
Böylece birim alana düşen enerji miktarı fazladır.
Kutuplarda tam tersidir.
Güneş Işınlarının Atmosferde Aldığı Yol
Güneş ışınlarının atmosferde aldığı yol arttıkça, atmosferde tutulma, yansıma ve dağılma artacağından, yeryüzüne ulaşan enerji miktarı azalır.
Ekvator ve çevresinde, ışınların atmosferde kat ettiği yol kısa olduğu için yere ulaşan enerji miktarı fazladır. Bundan dolayı sıcaklık değerleri bu bölgelerde yüksektir.
Yer’in Eksen Eğikliği ve Yıllık Hareketi (Mevsimler)
Yer ekseninin eğik olmasından dolayı Dünya, Güneş etrafında dolanırken, yıl içinde güneş ışınlarının yere düşme açısı da değişir. Bu durum sıcaklığın yıl içinde farklılık göstermesine neden olur.
Yaz aylarında güneş ışınları daha dik geldiği için sıcaklık yüksektir.
Kış aylarında güneş ışınları eğik açıyla geldiği için sıcaklık
değerleri de düşer.
Güneşlenme Süresi
Güneşlenme süresi, Güneş’in gökyüzünde kaldığı süredir.
Atmosferde enerji birikimini etkilediğinden, sıcaklık
üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Güneş’in gökyüzünde kaldığı süre arttıkça, atmosferde ısı birikimi olacağından, sıcaklık değerleri artış gösterir.
Yükselti Faktörü
Troposferde yerden
yükseldikçe, yaklaşık her 200 metrede sıcaklık 1°C azalır.
Kara ve Denizlerin Dağılımı
Farklı ısınma özelliklerine sahip olan denizler ve karalar farklı sürelerde
ısınıp soğurlar. Denizler geç ısınıp, geç soğurken; karalar çabuk ısınıp çabuk soğurlar.
Okyanus Akıntıları
Yeryüzündeki sıcaklık
transferinin yaklaşık yarısı okyanus akıntıları tarafından gerçekleştirilir.
Okyanus akıntıları, denizlerde sıcaklığın Ekvator’dan kutuplara doğru düzenli bir biçimde
azalmasını engeller.
Ekvator ve çevresinden
kaynağını alan okyanus akıntıları sıcak su akıntıları olup, geçtiği kıyıların havasını yumuşatır ve ısınmasını sağlar.
Bitki Örtüsü
Bitki örtüsü, gündüzleri yerin fazla ısınmasını ve topraktaki suyun
buharlaşmasını engeller. Geceleri ise bitkiler yerden ışımayı azaltarak,
soğumayı yavaşlatır. Bunun için bitki örtüsü sıcaklık değişimini azaltan bir etkide bulunur.
Nem (Humidity)
Atmosferde buhar halinde bulunan suya NEM adı verilmektedir.
Atmosferde buhar olarak bulunan su, soğuk hava ile
temas eder ise ya da havada bulunan su miktarı belirli bir limiti aşar ise (suyun o sıcaklıktaki buhar basıncını) bir
miktar su, gaz halden sıvı hale döner, bu durum havanın suya doyduğu anlamına gelir. Bu durum DOYMA olarak adlandırılır.
Bağıl (Nisbi) Nem (Relatif Humidity)
DOYMA NOKTASINDA, havanın içinde bulunan su miktarı, MAKSİMUM NEM için bir ölçüt olarak kullanılmaktadır.
Doyma noktasında nem miktarı 100% olarak kabul edilmektedir.
BAĞIL NEM; havanın içinde çözülmüş halde bulunan su buharı miktarının, havayı doyma noktasına getirmek için gerekli maksimum su miktarına oranıdır.
Bağıl nem miktarı %100'e ulaşırsa havadaki nem doyma noktasına ulaşmıştır ve o havada yağış meydana gelir.
Rüzgar (Wind)
Yatay yöndeki hava hareketleridir.
Atmosferde alçak basınçla
yüksek basınç bölgeleri arasında yer değiştiren hava akımlarıdır.
Hava akımları, daima yüksek basınç alanından alçak basınç alanına doğru hareket eder.
Kara‐Deniz Esintileri
Dağ – Vadi Esintileri
Rüzgar Hızı
Yatay rüzgar hızı; dağ, vadi, nehir, göl, orman, tarım
arazileri ve binalar gibi topoğrafik özelliklerce saptanan yeryüzeyi pürüzlülüğüne orantılı olan sürtünmeyle
etkilenir. Düz araziler üzerindeki ortalama rüzgar hızları, engebeli arazilere göre daha fazladır.
Rüzgar hızının yükseklikle değişimi : V / Vo = (Z / Zo)m
Rüzgar hızının arazi pürüzlülüğü ve yükseklikle değişimi
Rüzgar Gülü
İzmir’de Mevsimsel Rüzgar Gülleri
KIŞ YAZ
Kararlılık (Stability)
Atmosferin düşey
yöndeki hava hareketine
karşı direncine denir.
Atmosferde Kararlılık
Termodinamik sistemde adyabatik olarak hareket eden bir hava
paketi her 100 metrede 1 °C soğumaktadır (KHASP – Kuru Havanın Adyabatik Profili)
Atmosferdeki gerçek profiller ise bundan farklıdır:
G.P. < KHASP ise süper adyabatik (Kararsız)
G.P. = KHASP ise adyabatik (Nötral)
G.P. > KHASP ise sub adyabatik (Kararsız)
A: Kararsız B: Nötral
C: Kararlı D: Çok kararlı
Kararlılık Sınıfları (Pasquill Sınıflandırması)
Yer seviyesinde (10 m’de) Gündüz Gece
rüzgar hızı Güneş radyasyonu Bulutluluk
(m/sn) Kuvvetli Orta Zayıf 4/8 3/8
< 2 A A‐B B ‐ ‐
2 ‐3 A‐B B C E E
3 ‐ 5 B B‐C C D E
5 ‐ 6 C C‐D D D D
>6 C D D D D
A: Çok kararsız, B: Orta derecede kararsız, C: Nötral, D: Orta derecede kararlı, E: Çok kararlı
İnversiyon (Inversion)
İnversiyon, sıcaklığın yükseklikle artmasıdır.
Atmosfer oldukça
kararlıdır. Düşey yönde taşınım çok azaldığı için, varsa yeryüzünden
atmosfere salınan
kirleticilerin dağılımı da azalır.
İnversiyon Türleri
Radyasyon inversiyonu: Yer
kabuğunun çabuk ısınıp‐soğuması nedeniyle; özellikle güneşin
doğuş ve batışı sırasında oluşan inversiyon türü.
Yerseviyesine yakın mesafelerde oluştuğu için kirletici kaynaklar bu inversiyon tabakası içinde
kalabilirler. Genellikle bulutsuz ve rüzgarsız gecelerde meydana
geldiğinden yağış ve rüzgarla
temizlenme olasılığı çok düşüktür.
İnversiyon Türleri
Çökelme inversiyonu: Yüksek basınçlı hava kütleleriyle hava tabakasının çökelmesiyle oluşan inversiyondur. Yerseviyesinden yüksek tabakalarda oluşur.
Kirletici kaynaklardan yüksek noktalarda oluştuğundan kısa zamanlı seyrelme problemlerine değil, birkaç güren süren kirlenme problemlerine neden olur. Büyük şehirlerdeki tehlikeli kirlenme episodları çökelme inversiyonu ile birlikte
görülmektedir.
İnversiyon türleri farklı zamanlarda meydana gelebileceği gibi aynı anda da meydana
gelebilir.
Bir inversiyon görüntüsü
Karışma Yüksekliği (Mixing Height)
Kirleticilerin düşey yönde dağılımının üst limiti olarak tanımlanan mesafedir.
Kısaca kirleticilerin atmosferde karışabileceği tabakanın
kalınlığıdır.
İzmir’de Aylık Maksimum Karışma Yükseklikleri
Bulut oluşumu
Bulutlar genellikle yoğuşmuş hava
kütleleri olarak bilinirler ve yerden belirli bir yükseklikte bulunurlar.
Bulutlar, yükselen hava kütlelerinin daha soğuk hava ile karşılaşıp yoğuşması
sonucunda oluşurlar.
Bulutluluk Miktarı (Kapalılık Oranı)
Bulutluluk miktarı (kapalılık oranı); dikey görüşün ifade
edilmesi açısından çok önemli bir tanımlama olup, 8 eşit parçaya bölündüğü varsayılan
gökyüzünün, ne kadarının
bulutlar tarafından kaplandığının ifadesidir.
BULUTLULUK MİKTARI (ORANI)
AÇIK : 0/8
AZ : 1/8 – 2/8
DAĞINIK : 3/8 – 4/8
PARÇALI : 5/8 – 7/8
KAPALI : 8/8
Temel Bulut Türleri ve Sınıflandırması
Oluşumlarına Göre Bulutlar;
Küme Bulutları
Tabaka Bulutları
Yüksekliklerine Göre Bulutlar;
Yüksek İrtifa Bulutları
Orta İrtifa Bulutları
Alçak İrtifa Bulutları
Dikine Gelişimli Bulutlar
Oluşumlarına Göre Bulutlar
Küme Bulutları, içinde dikine hava akımları olan hava kütlelerinde oluşan ve karnıbahar ya da atılmış
hallaç pamuğu görünümlü bulutlardır.
Tabaka Bulutları; içinde
dikine hava akımı olamayan hava kütlelerinde oluşan ve çarşaf gibi yayılmış
bulutlardır.
Yüksekliklerine Göre Bulutlar
Yüksek İrtifa Bulutları
Orta İrtifa Bulutları
Alçak İrtifa Bulutları
Dikine Gelişimli Bulutlar
Meteorolojik Parametrelerin Ölçümü
Prof.Dr. Tolga ELBİR
Dokuz Eylül Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Tınaztepe Yerleşkesi, 35160 Buca/İzmir
E-mail : tolga.elbir@deu.edu.tr
Meteorolojik parametreler
Meteorolojik parametreler birbirleriyle etkileşim halinde olduğu için etkilerini ayırmak mümkün değildir.
Ancak bunların içinden hava kirliliği oluşumu ve taşınımında en önemli iki parameter vardır:
Atmosferin kararlılığı
Rüzgar hızı
Meteorolojinin Hava Kirletici Dağılımına Etkisi
Rüzgar Hızı ile Seyrelmenin İlişkisi
Duman Davranışı
Çeşitli Duman Davranışları
Prof.Dr. Tolga ELBİR
Dokuz Eylül Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Tınaztepe Yerleşkesi, 35160 Buca/İzmir
E-mail : tolga.elbir@deu.edu.tr
Dispersiyon
Bir kirletici kaynaktan atmosfere bırakılan
kirleticilerin atmosferdeki dağılımı
Bir noktasal kaynaktan dağılım
Fick Yasası
Dispersiyon teorisi için başlangıç noktası Fick yasasıdır.
Bu yasa, bir noktasal kaynaktan atmosfere
aniden verilen bir kirletici duman paketinin
difüzyonunu ifade eder.
Tek boyutlu türbülanslı difüzyon denklemi
q : kirletici konsantrasyonu K : difüzyon katsayısı
x : mesafe t : zaman
Kirletici atıldığı noktada konsantrasyonu
maksimum olup dağılım her iki yönde de Gaussian dağılım şeklindedir.
Denklemin analitik çözümü
Q : Kütlesel kirletici debisi (kg/s)
Fick Yasası
Gaussian Dağılım
Atmosfere atılan kirletici paketi 3 boyutlu kabul edilirse
Atıldığı noktadan (u) kadar bir ortalama rüzgar hızı ile hareket ederse
: (t) anında ve (x) kadar uzakta dumanın yatay ve düşey yöndeki açılımının yarısı kadar olan mesafe sapması
Kartezyen Koordinat Sisteminde
Dispersiyonun Geometrisi
Gaussian Dağılım Eşitliği
2 2 2 2 2 2
) , , ,
( 2
) exp (
2 ) exp (
exp 2
2 y z y z z
h z y x
h z h
z y
u C Q
C : x,y,z koordinatındaki kirletici konsantrasyonu, g/m3
Q : emisyon debisi, g/s h : etkin baca yüksekliği, m u : Rüzgar hızı, m/s
σy ve σz : y ve z yönlerindeki konsantrasyon dağılımının standart sapmaları, m
Gaussian Dağılımdaki Kabuller
Kirletici bulutu yatayda ve düşeyde Gauss dağılımına sahiptir. σy ve σzbulut
konsantrasyon dağılımının standart sapmalarıdır.
Rüzgar yönü x eksenine paraleldir ve rüzgar hızı her yerde aynıdır.
Modellenen kirletici konservatiftir.
Kirleticiden atmosfere verilen emisyon sabittir, zamanla değişmez.
Toplam yansıma yeryüzeyinde oluşur.
Yeryüzeyinde depolanma veya bu yüzeyle reaksiyon sözkonusu değildir.