Hava Olayları Nedir? Yağış, Rüzgar ve Fırtınalar Günlük Hayatı Nasıl Etkiler?

Hava olayları, atmosferin belirli bir andaki sıcaklık, rüzgar, nem ve yağış gibi fiziksel koşullarının oluşturduğu anlık durum ve değişimlerdir.^{[1], [3]} Yeryüzünü saran hava tabakası durağan bir örtü değildir.^[3] Güneş'in yeri ısıtması, suyun sıvı ile gaz halleri arasında sürekli geçiş yapması ve farklı bölgeler arasındaki basınç farkları atmosferi her an yeniden biçimlendirmektedir.^{[2], [3], [5]} Sabah yaprakların üzerinde beliren küçük çiy damlacıklarından yatay görüşü 1 kilometrenin altına indiren sise, bulutlardan boşalan sağanaklardan yere uzanan dar ve dönen hortum sütunlarına kadar tanık olduğumuz bütün bu süreçler aynı atmosferik dengenin ürünleridir.

Gökyüzündeki bu hareketlilik, çoğu zaman fark edilmeyen devasa ölçeklerde işlemektedir.^[2] Örneğin sadece 1 akrelik (yaklaşık 4.000 m²) tek bir arazi parçası üzerine düşen 1 inçlik (yaklaşık 2,5 cm) yağmur bile yüzeyde 27.154 galon (yaklaşık 103.000 litre) su biriktirmektedir.^[2] Üstelik hızla akan 6 inç derinliğindeki bir sel suyu yetişkin bir insanı devirebilmekte, yerden yaklaşık 80 kilometre yükseklikte, fırtına bulutlarının çok üzerinde ise birkaç milisaniye sürebilen kırmızımsı elektriksel parlamalar belirebilmektedir.^{[11], [12], [13]} Öte yandan gündelik yaşamda bir yıllık aşırı yağışı hızlı bir iklim değişimi sanmak veya "%40 yağış olasılığı" ifadesini günün %40'ında yağmur yağacağı biçiminde okumak gibi yanılgılar sıkça karşımıza çıkmaktadır.^{[1], [9]} Biz de bu yazımızda havadaki suyun ve rüzgarın temel fiziğinden başlayarak fırtınaları, hortumları, kızıl cinleri ve tahmin modellerini inceleyeceğiz.

Gelişmiş ölçüm araçları kadar doğrudan gözlem de önemlidir: yaprakların hışırdaması rüzgarın varlığını, yüzey sıcaklığı ile çiy noktası arasındaki farkın kapanması sis ihtimalini, şimşek ile gök gürültüsü arasındaki saniyeler ise fırtınanın uzaklığını doğrudan haber vermektedir.^{[3], [10]} Öte yandan 1940'lı yıllardan beri kullanılan meteorolojik radarlar ve akışkan hareketini çözen sayısal tahmin modelleri bu yerel işaretleri geniş ölçekli tahminlerle tamamlamaktadır.^{[3], [15]} Ancak gökyüzündeki bu anlık işaretleri doğru yorumlayabilmek için öncelikle anlık hava durumu ile uzun dönemli ortalamaları temsil eden kavramları birbirinden ayırmak gerekmektedir.^[1]

Hava Durumu ve İklim: Aynı Gökyüzüne İki Farklı Ölçekten Bakmak

Hava durumu (İng: "weather"), atmosferin belirli bir zaman noktasındaki mevcut koşullarını anlatmaktadır.^[1] Örneğin pencereden dışarı baktığımızda gördüğümüz yağmur, yüzümüze çarpan rüzgar veya termometrenin gösterdiği anlık sıcaklık değeri bu kapsama girmektedir.^[1] Bu tablo saatler, günler ve haftalar içinde hızla değişebilir.^[1] Hava durumu, insanların günlük giyiminden ulaşım güvenliğine kadar anlık kararlarını belirleyen temel etkendir. Oysa aynı bölgenin atmosferini tek bir gün yerine on yıllar boyunca izlediğimizde karşımıza farklı bir kavram çıkmaktadır.^[1]

İklim (İng: "climate"), uzun bir zaman dilimi boyunca bir bölgede görülen ortalama veya tipik hava koşullarıdır.^[1] Başka bir deyişle hava durumu atmosferin belirli bir andaki fotoğrafını çekerken, iklim uzun yıllar boyunca çekilmiş binlerce fotoğrafın birleşiminden doğan genel karakteri yansıtmaktadır.^[1] Bilim insanları bir bölgenin tipik atmosfer koşullarını rastgele seçilmiş birkaç yıla bakarak belirlememektedir.^[1] Bunun yerine 30 yıllık bir dönemin aritmetik ortalaması kullanılmaktadır.^[1]

Meteorolojide bu referans değere iklim normali (İng: "climatic normal") adı verilmektedir.^[1] İklim normali, tam 30 yıllık bir dönem boyunca ölçülen hava durumu değerlerinin aritmetik ortalaması alınarak hesaplanmaktadır.^[1] Bu hesaplama yapılırken sıcaklık, rüzgar ve yağış başta olmak üzere çeşitli hava durumu değişkenleri sabit sayıda yıl boyunca düzenli biçimde ölçülmekte ve ardından ortalamaları alınmaktadır.^[1] Böylece herhangi bir günün veya yılın olağan sınırlar içinde kalıp kalmadığını gösterecek bir karşılaştırma ölçütü elde edilmektedir.^[1]

Gerçek ölçüm kayıtları, tek bir yılın toplam yağışı ile 30 yıllık iklim normali arasındaki farkın ne kadar açılabileceğini somut biçimde ortaya koymaktadır.^[1] Örneğin ABD'deki Dallas/Fort Worth Havalimanı (İng: "Dallas/Fort Worth Airport") çevresi için hesaplanan yıllık yağış iklim normali 36,14 inç, yani metrik karşılığıyla 918 milimetre (mm) değerindedir, ancak 2015 yılında aynı ölçüm noktasında gerçekleşen yıllık toplam yağış 62,61 inç (1.590 mm) seviyesine ulaşmıştır.^[1] Fark oldukça büyüktür.^[1] Görüldüğü üzere 2015 yılındaki gerçek yağış miktarı, 30 yıllık aritmetik ortalamanın 672 milimetre üzerine çıkarak normalin yaklaşık 1,7 katına ulaşmıştır.^[1]

İşte gündelik hayatta en sık düşülen kavram yanılgılarından biri tam bu noktada doğmaktadır.^[1] Bir bölgede olağandışı kurak bir ay veya Dallas/Fort Worth Havalimanı'nın 2015 kaydındaki gibi aşırı yağışlı bir yıl yaşandığında, iklimin aniden ve kökten değiştiği düşünülebilir.^[1] Halbuki hava koşullarında günden güne, aydan aya ve hatta yıldan yıla görülen büyük dalgalanmalar (İng: "large swings in weather"), iklimde mutlaka büyük ve hızlı değişimler gerçekleştiği anlamına gelmemektedir.^[1] Örneğin 1.590 milimetrelik yağış, 2015 yılının hava durumu bilançosudur.^[1] İklim normali ise 918 milimetrelik 30 yıllık ortalamayla tanımlanmaktadır.^[1]

Evrim Ağacı

Havadaki Su: Çiyden Sise, Yağmurdan Doluya

Hava durumunu şekillendiren değişkenlerin başında atmosferde sürekli dolaşan su gelmektedir.^{[2], [3]} Atmosferdeki bu su çoğu zaman gözle görülemeyen su buharı (İng: "water vapor") biçiminde bulunmaktadır.^[3] Su buharı, suyun gaz halidir.^[3] Yeryüzündeki okyanuslardan, göllerden ve nemli yüzeylerden atmosfere karışan bu görünmez gaz, uygun sıcaklık ve basınç koşulları oluştuğunda yeniden görünür su damlacıklarına veya buz kristallerine dönüşmektedir.^{[2], [3]}

Suyun bu kesintisiz döngüsü iki temel hal değişimi (İng: "phase transition") üzerinden işlemektedir.^[3] İlk süreç olan buharlaşma (İng: "evaporation"), sıvı haldeki suyun gaz haline, yani su buharına dönüşmesidir.^[3] Güneş enerjisinin yeryüzünü ısıtmasıyla hızlanan bu geçiş, suyu yüzeyden atmosfere taşımaktadır.^{[3], [5]} İkinci süreç olan yoğuşma (İng: "condensation") ise gaz halindeki su buharının yeniden sıvı hale geçmesidir.^[3]

Yoğuşma gerçekleştiğinde, havada görünmez biçimde asılı duran su buharı gözle seçilebilen yapılara bürünmektedir.^{[2], [3], [4]} Sürecin gerçekleştiği yüksekliğe ve sıcaklığa bağlı olarak bu dönüşüm bazen sabah çimenlerinin üzerinde ince su damlaları, bazen görüşü kapatan yoğun bir sis tabakası, bazen de bulutlardan yeryüzüne düşen çeşitli yağış türleri üretmektedir.^{[2], [3], [4]} Bu olaylar su buharının yoğuşmasıyla başlamaktadır.^{[2], [3], [4]}

Nem, Çiy Noktası ve Çiy

Atmosferin belirli bir anda ne kadar su buharı barındırdığını tek başına bilmek, yoğuşmanın başlayıp başlamayacağını anlamak için yeterli değildir, çünkü havanın tutabileceği su buharı miktarı sıcaklığa ve basınca bağlı olarak değişmektedir.^[3] Bu nedenle meteorolojide bağıl nem (İng: "relative humidity") kavramı kullanılmaktadır.^[3] Bağıl nem, bir hava parselinin (İng: "air parcel") içinde fiilen bulunan su buharı miktarının, aynı hava parselinin belirli bir sıcaklık ve basınçta tutabileceği azami su buharı miktarına oranıdır ve genellikle yüzde (%) ile ifade edilmektedir.^[3]

Havadaki nemin sıvı suya dönüşme sınırını belirleyen asıl gösterge ise çiy noktası (İng: "dewpoint") sıcaklığıdır.^[3] Çiy noktası, bir hava parselinin içindeki su buharının sıvı suya yoğuşabilmesi için sabit basınç ve sabit su buharı basıncı altında soğutulması gereken sıcaklıktır.^[3] Hava sıcaklığı çiy noktasının üzerinde kaldığı sürece su buharı gaz halinde kalmayı sürdürmektedir.^[3] Ancak hava soğudukça doygunluk sınırına adım adım yaklaşmaktadır.^[3]

Hava sıcaklığı ile çiy noktası arasındaki farka sıcaklık-çiy noktası farkı (İng: "temperature-dewpoint spread" veya "dewpoint depression") denmektedir.^[3] Sıcaklık düşüp bu fark sıfıra indiğinde ise bağıl nem %100 değerine ulaşmaktadır.^[3] Hava parseli artık tamamen doygun (İng: "saturated") haldedir.^[3] İşte yüzey sıcaklığı düşmeye devam edip sonunda çiy noktasına ulaştığında, atmosferdeki su buharı yüzey üzerinde küçük damlacıklar halinde yoğuşarak çiy (İng: "dew") oluşturmaktadır.^[4]

Sabah saatlerinde yapraklar veya çimenler üzerinde gördüğümüz parlak su damlacıkları bu yüzey yoğuşmasının doğrudan sonucudur.^[4] Çimenlerin ve yaprakların kendi su ihtiyacı ise atmosferdeki bu dış damlacıklardan farklı bir yolla karşılanmaktadır.^[3] Bitkiler su alımı (İng: "plant uptake") sürecinde ihtiyaç duydukları suyu yeraltı suyu akışından (İng: "groundwater flow") ve topraktaki nemden (İng: "soil moisture") çekmektedir.^[3] Yaprak yüzeyinin gece soğuyarak çiy noktasına inmesi ise bitkinin iç suyunu değil, doğrudan çevresindeki havada bulunan su buharını damlacıklara dönüştürmektedir.^{[3], [4]}

Sis

Soğuma her zaman yüzeyle sınırlı kalmamaktadır.^[3] Yüzeydeki soğuma sadece çimen ve yaprakların üzerini değil, yere temas eden hava tabakasının tamamını çiy noktasına indirdiğinde çiy yerine sis (İng: "fog") ortaya çıkmaktadır.^[3] Sis, tabanı Dünya yüzeyine dayanan çok küçük su damlacıklarının oluşturduğu görünür bir topluluktur.^[3] Bir görüş düşüşünün teknik olarak sis sayılabilmesi için yatay görüş mesafesini 5/8 kara milinin (İng: "statute mile"), yani yaklaşık 1 kilometrenin altına indirmesi gerekmektedir.^[3]

Karalar üzerinde en sık karşılaşılan sis türlerinden biri ışınım sisi (İng: "radiation fog") olarak adlandırılmaktadır.^[3] Işınım sisi, bir kara alanı üzerinde yer yüzeyinin gece boyunca ısı kaybetmesiyle gelişen ışınımsal soğumanın (İng: "radiational cooling") hemen üzerindeki hava sıcaklığını çiy noktasına veya çiy noktasının altına düşürmesiyle oluşmaktadır.^[3] Fakat her gece soğumasında ışınım sisi meydana gelmemektedir.^[3] Bu sis türünün oluşmasını kolaylaştıran üç temel koşul bulunmaktadır.^[3]

Michal Klajban, CC BY-SA 4.0

Birinci koşul, daha kuru bir hava katmanının altında nispeten nemli ve sığ bir yüzey hava katmanının yer almasıdır.^[3] İkinci koşul, yeryüzünün ısısını uzaya hızla kaybetmesine izin veren açık bir gökyüzüdür (İng: "clear skies").^[3] Üçüncü koşul ise nemli havayı dağıtmadan yüzeye yakın tutacak hafif yüzey rüzgarlarıdır (İng: "light surface winds").^[3] Bu üç etken bir araya geldiğinde, yer üzerindeki sığ ve nemli hava hızla soğuyarak doygunluğa ulaşmaktadır.^[3]

Burada günlük gözlem ve tahmin açısından kritik bir ayrım karşımıza çıkmaktadır.^[3] Yüzey sıcaklığı ile çiy noktası arasındaki fark, sisin öngörülmesinde önemli bir göstergedir.^[3] Ancak yüzeyde ölçülen bu sıcaklık-çiy noktası farkı yağış (İng: "precipitation") oluşup oluşmayacağı hakkında tek başına çok az bilgi vermektedir.^[3] Çünkü yağış, yer seviyesindeki sığ hava tabakasında değil, atmosferin üst katmanlarındaki bulutların içinde gelişen süreçlerle ortaya çıkmaktadır.^{[2], [3]}

Bu kuralı kendi kurguladığımız, gözleme dayalı bir sis tahmini örneği üzerinde adım adım uygulayalım.

Çözümlü örnek 1: Akşam bu koşullar gözlenirse sabaha karşı sis oluşur mu?

Verilenler: Akşam saatlerinde bir kara istasyonunda gökyüzü tamamen açıktır. Yüzeyde hafif bir rüzgar esmekte, kuru bir üst katmanın altında ise nemli bir yüzey tabakası bulunmaktadır. Gece soğumasıyla yüzey hava sıcaklığı () ile çiy noktası () arasındaki fark da sıfıra inmiştir.

İstenen: Sabaha karşı bir ışınım sisi oluşup oluşmayacağı.

1. adım: Hava sıcaklığı çiy noktasına kadar indiği için iki değer arasındaki fark sıfırdır:^[3]

2. adım: Bu fark sıfıra indiğinde bağıl nem %100 değerine ulaştığı için yüzeydeki hava parseli doygun hale gelmektedir:^[3]

3. adım: Açık gökyüzü altındaki ışınımsal soğuma ve hafif yüzey rüzgarı, bu doygun havadaki su buharını yere dayanan çok küçük su damlacıklarına dönüştürmektedir. Bu damlacıklar yatay görüşü, sis eşiği olan yaklaşık 1 kilometrenin altına indirmektedir:^[3]

Sonuç: Sabaha karşı yatay görüşü 1 kilometrenin ( kara mili) altına indiren bir ışınım sisi oluşacağı tahmin edilmektedir. Yine de sadece yüzeydeki bu farkın kapanmasına bakılarak yağmur yağacağı sonucuna varılamamaktadır.^[3]

Yağış Nasıl Oluşur, Hangi Biçimlerde Düşer?

Atmosferdeki suyun yeryüzüne geri dönmesinin başlıca yolu yağış sürecidir.^[2] Yağış, bulutlardan yağmur (İng: "rain"), donan yağmur (İng: "freezing rain"), buz tanecikleri (İng: "sleet"), kar (İng: "snow") veya dolu (İng: "hail") biçiminde serbest bırakılan sudur.^[2] Dünya genelinde yağışın büyük bölümü yağmur olarak düşmektedir.^[2] Peki gökyüzü bulutlarla kaplı olduğunda neden her bulut hemen yağış bırakmamaktadır? Bulutların içindeki yoğuşmuş suyun büyük kısmı yağış olarak yere düşmemektedir, çünkü bu küçük damlacıkların düşme hızı (İng: "fall speed") bulutları havada tutan yükselici akımları (İng: "updrafts") aşacak kadar büyük değildir.^[2]

Bir bulut damlacığının yeryüzüne düşebilecek ağırlığa erişmesi için önce mikroskobik ölçekte bir başlangıç gerekmektedir.^[2] Yağış oluşumunun ilk aşamasında çok küçük su damlacıkları, birer çekirdek (İng: "nucleus") görevi gören çok daha küçük toz, tuz veya duman parçacıkları üzerinde yoğuşmaktadır.^[2] Ardından bulut içinde hareket eden bu damlacıklar birbirleriyle çarpışarak birleşmektedir.^[2] Eğer yeterli sayıda çarpışma gerçekleşir ve ortaya çıkan damlacığın düşme hızı bulutun yükselici akım hızını aşarsa, damla buluttan ayrılarak yağış olarak yere düşmektedir.^[2]

Yağış oluşturan bir diğer temel mekanizma ise buz kristallerinin büyümesidir.^[2] Bulut içindeki buz kristalleri buluttaki su buharını kullanarak hızla büyümektedir.^[2] Hızla büyüyen bu buz kristalleri doğrudan kar olarak yeryüzüne düşebileceği gibi, aşağı inerken daha sıcak hava katmanlarından geçip eriyerek yağmur biçiminde de yere ulaşabilmektedir.^[2]

Yarıçapı 1 milimetreden (mm) küçük olan yağmur damlaları, tıpkı yuvarlak bir top gibi küreseldir (İng: "spherical").^[2] Ancak damlalar büyüdükçe hava direncinin etkisiyle alt yüzeyleri yassılaşmaktadır.^[2] Hatta damla çapı yaklaşık 2-3 milimetreye ulaştığında, damlanın alt yüzeyi ortasında bir girintiyle (İng: "indention") birlikte oldukça düz bir hal almaktadır.^[2] Yağışın sıvı yağmur yerine donmuş biçimlerde yere inmesi ise bulut ile yer arasındaki sıcaklık profiline bağlıdır.^[3]

Evrim Ağacı

Kar yağışı, sıcaklığın atmosferin tüm derinliği boyunca donma noktasının altında kalması durumunda meydana gelmektedir.^[3] Buna karşılık donan yağmur sırasında damlalar sıvı halde düşmekte, ancak yere veya uçak gibi açıkta duran nesnelere temas ettikleri anda donmaktadır.^[3] Dolu ise bir fırtına ürünüdür.^[3] Kış soğuğundan ziyade gök gürültülü fırtınalar tarafından üretilen bu yağış, buz topları veya düzensiz buz parçaları (İng: "irregular lumps of ice") biçiminde yere inmektedir.^[3]

Rüzgar: Basınç Farkından Deniz Meltemine

Rüzgar, havanın Dünya yüzeyine göre hareketidir.^[3] Hava şeffaf bir gaz karışımı olduğu için rüzgarın kendisini doğrudan görmemiz mümkün değildir, ancak çevredeki nesneler üzerindeki etkileriyle varlığı hemen fark edilebilmektedir.^{[3], [6]} Örneğin rüzgarlı bir günde yaprakların hışırdaması veya ağaçların sallanması rüzgarın estiğini gösteren gözlenebilir belirtilerdir.^[3] Meteorolojide ise her rüzgar, gittiği yöne göre değil, estiği yani geldiği yöne göre adlandırılmaktadır.^[3]

Bu adlandırma kuralı günlük hava durumu raporlarını okurken yön karmaşasını önlemektedir.^[3] Örneğin bir batı rüzgarı (İng: "west wind"), havanın batıdan doğuya doğru estiğini göstermektedir.^[3] Benzer şekilde kuzeyden güneye doğru hareket eden bir hava akımı kuzey rüzgarı olarak tanımlanmaktadır.^[3] Peki milyonlarca tonluk hava kütlesini bir yönden diğerine doğru harekete geçiren fiziksel kuvvet nedir?

Rüzgar, atmosferdeki basınç farkları tarafından harekete geçirilmektedir.^[3] Bu farklar, basınç gradyan kuvveti (İng: "Pressure Gradient Force", kısaca PGF) adı verilen kuvveti doğurmaktadır ve bu kuvvet her zaman yüksek basınç alanından alçak basınç alanına doğru yönelmektedir.^[3] Hava durumu haritalarında eşbasınç noktalarını birleştiren çizgilere izobar (İng: "isobars"), eşyükselti eğrilerine ise kontur denmektedir.^[3] Basınç gradyan kuvveti bu çizgilere dik (İng: "perpendicular") doğrultuda etki etmektedir.^[3] Ancak rüzgar gökyüzünde sadece bu tek kuvvetin etkisinde doğrusal biçimde akmamaktadır.^[3]

Atmosferde rüzgarın akışını belirleyen üç temel kuvvet bulunmaktadır.^[3] Bunların ilki olan basınç gradyan kuvveti, basınç farklarından doğarak havayı yüksek basınçtan alçak basınca doğru, izobarlara dik biçimde harekete geçirmektedir.^[3] İkincisi de Dünya'nın kendi ekseni etrafındaki dönüşünden kaynaklanan ve hareket halindeki havanın yönünü saptıran Coriolis kuvvetidir.^[3] Üçüncüsü ise sürtünmedir.^[3]

Basınç haritalarındaki izobar çizgilerinin dizilişi, bir bölgede rüzgarın ne kadar sert eseceğini önceden görmemizi sağlamaktadır.^[3] Örneğin harita üzerinde birbirine yakın aralıklı (İng: "closely spaced") izobarlar kısa mesafede büyük basınç farkı bulunduğunu ve dolayısıyla güçlü rüzgarların eseceğini göstermektedir.^[3] Buna karşılık birbirinden geniş aralıklarla (İng: "widely spaced") ayrılmış izobarlar basınç farkının zayıf olduğunu ve daha hafif rüzgarların görüleceğini ifade etmektedir, aynı basınç ve sıcaklık ilişkisi ise kıyı bölgelerinde her gün yön değiştiren yerel rüzgarları da açıklamaktadır.^[3]

Kıyıların Günlük Rüzgarları: Deniz ve Kara Meltemi

Deniz kıyısında bulunan yerleşimlerde rüzgarın yönü gündüz ve gece saatleri arasında düzenli bir döngü izlemektedir.^[3] Deniz yüzeyi komşu karadan daha soğuk olduğunda ortaya çıkan sıcaklık farkı, denizden karaya doğru esen yerel bir kıyı rüzgarı yaratmaktadır.^[3] Bu rüzgara deniz meltemi (İng: "sea breeze") adı verilmektedir.^[3]

Gece çöktüğünde ise kara ve deniz arasındaki ısıl denge tersine dönmektedir, çünkü kara yüzeyi gece boyunca hızla soğurken deniz yüzeyi gündüz topladığı ısıyı koruyarak komşu karadan daha sıcak kalmaktadır. Deniz yüzeyinin karadan daha sıcak olmasıyla oluşan bu yeni sıcaklık farkı, bu kez karadan denize doğru esen bir kıyı rüzgarı doğurmaktadır.^[3] Bu akıma kara meltemi (İng: "land breeze") denmektedir.^[3]

Kara meltemleri genellikle gece saatlerinde ve sabahın erken vakitlerinde görülmektedir.^[3] Gündüz denizden karaya serinlik taşıyan deniz meltemi ile gece karadan denize esen kara meltemi, sıcaklık farklarının basınç farkına ve rüzgara nasıl dönüştüğünün en yalın günlük örneğidir.^[3]

Evrim Ağacı

Gök Gürültülü Fırtınalar: Yıldırım, Gök Gürültüsü ve Dolu

Atmosferdeki nem ve sıcaklık farkları her zaman hafif meltemlerle sınırlı kalmamaktadır.^{[3], [5]} Yükselen nemli hava kütleleri hızla büyüyen fırtına bulutlarını oluşturduğunda gök gürültülü fırtına (İng: "thunderstorm") meydana gelmektedir.^[5] Gök gürültülü fırtına, devam ederken gök gürültüsünün (İng: "thunder") duyulduğu bir yağmur sağanağıdır.^[5] Gök gürültüsü doğrudan elektriksel boşalmadan, yani şimşek ve yıldırımdan (İng: "lightning") kaynaklandığı için, bütün gök gürültülü fırtınalarda zorunlu olarak elektriksel boşalma bulunmaktadır.^{[5], [10]}

Dolayısıyla "şimşeksiz gök gürültüsü" gibi bir durum fiziksel olarak söz konusu değildir.^{[5], [10]} Bir sağanak sırasında gök gürültüsü işitiliyorsa, bulut içinde veya bulut ile yer arasında mutlaka bir elektriksel boşalma gerçekleşmiştir.^{[5], [10]} Bu fırtınalar sadece sağanak yağmur ve yıldırım üretmekle kalmamakta, aynı zamanda dolu ve yıkıcı rüzgarlar gibi tehlikeleri de beraberinde getirmektedir.^[5] Bu nedenle bir gök gürültülü fırtınanın ne zaman patlak vereceğini anlamak için atmosferde bir araya gelmesi gereken koşullara bakmak gerekmektedir.^[5]

Bir Fırtınanın Doğması İçin Gerekenler

Bir gök gürültülü fırtınanın oluşabilmesi için atmosferde üç temel bileşenin bulunması şarttır.^[5] Birinci bileşen, bulut ve yağış oluşumunu besleyecek olan nemdir (İng: "moisture").^[5] İkinci bileşen de yukarı doğru küçük bir ilk itki aldığında yükselmeyi kendi başına sürdürebilen kararsız yükselen havadır (İng: "rising unstable air").^[5] Üçüncü bileşen ise bu havaya ilk hareketi, yani yukarı yönlü itkiyi (İng: "nudge") sağlayacak bir kaldırma mekanizmasıdır (İng: "lifting mechanism").^[5]

Bu yükselmeyi başlatan etkenlerden biri Güneş ısısıdır,^[5] çünkü Güneş yeryüzünü ısıtmakta, ısınan yeryüzü de hemen üzerindeki hava tabakasını ısıtmaktadır.^[5] Bunun yanı sıra tepeler ve dağlar gibi yer şekilleri, rüzgarla gelen havayı yamaç boyunca yükselmeye zorlayabilmektedir.^[5] Ayrıca sıcak ile soğuk hava kütlelerinin veya nemli ile kuru hava kütlelerinin birbirine çarptığı karşılaşma alanları da yükselen hava hareketini başlatabilmektedir.^[5]

Fırtına bulutunun üst kısımlarında buz parçacıkları oluşmaktadır.^[5] Bulut içindeki kuvvetli akımlarla savrulan bu buz parçacıkları birbirleriyle defalarca çarpışmaktadır.^[5] Böylece bulutun geniş bölgelerinde büyük elektrik yükleri (İng: "electric charges") birikmektedir.^[5] Bu büyük elektrik yükleri, elektriksel boşalma dediğimiz yıldırım veya şimşek çakmasına (İng: "bolt of lightning") yol açmaktadır.^[5]

Gelişme, Olgunluk, Dağılma

Her gök gürültülü fırtına doğduğu andan sönüp dağılana kadar belirli bir yaşam döngüsü (İng: "life cycle") izlemektedir.^[5] Bu yaşam döngüsü birbirini izleyen üç evreden oluşmaktadır.^[5] Başlangıç aşaması olan gelişme evresinde, yükselici bir hava sütunu kümülüs (İng: "cumulus") bulutunu yukarı doğru itmektedir.^[5] Ardından gelen olgunluk evresi en şiddetli aşamadır.^[5] Bu evrede yağış düşmeye başlamaktadır.^[5] Yükselici akım fırtınayı beslemeyi sürdürürken düşen yağış, aşağı yönlü bir hava akımı (İng: "downdraft") oluşturmaktadır.^[5] Kapanış aşaması olan dağılma evresinde ise yağış şiddeti azalmakta ve fırtına zayıflayarak sona ermektedir.^[5]

Fırtınanın günlük hayat açısından en tehlikeli dönemi olgunluk evresidir (İng: "mature stage"), çünkü yükselici ve aşağı yönlü hava akımlarının aynı anda yan yana çalıştığı bu evrede dolu, şiddetli yağmur, sık elektriksel boşalma, kuvvetli rüzgar ve hortum görülme olasılığı en yüksektir.^[5] Fırtına dağılma evresine (İng: "dissipating stage") girdiğinde ise yağmurun hızı kesildiği için tehlikenin tamamen geçtiği sanılabilir.^[5] Oysa dağılma evresinde yağışın şiddeti azalmasına rağmen yıldırım tehlikesi devam etmektedir.^[5]

Gök Gürültüsünü Saymak

Şimşek veya yıldırım çaktığında gördüğümüz ışık ile duyduğumuz gök gürültüsü aynı fiziksel olayın iki ayrı yüzüdür.^[10] Gök gürültüsü, yakındaki bir elektriksel boşalmanın oluşturduğu sestir.^[10] Yıldırım içinden geçtiği havayı çok kısa sürede hızla ısıtmakta ve ısınan havanın ani biçimde genleşmesine (İng: "expand") neden olmaktadır.^[10] Dolayısıyla boşalmanın hemen ardından havanın bu hızlı genleşmesi ve büzülmesi (İng: "contraction"), kulağımıza gök gürültüsü olarak ulaşan ses dalgasını yaratmaktadır.^[10]

Işık havada neredeyse anında gözümüze ulaşmaktadır.^[10] Ses dalgası ise çok daha yavaş ilerlediği için şimşeğin görülmesi ile gök gürültüsünün duyulması arasında bir zaman farkı oluşmaktadır.^[10] Bu süre farkı, fırtınanın bizden kaç mil uzakta olduğunu yaklaşık olarak hesaplamamızı sağlamaktadır.^[10] Işık ile gök gürültüsü arasında geçen saniye cinsinden süre 5'e bölündüğünde yıldırımın mil (İng: "miles") cinsinden uzaklığı elde edilmektedir.^[10] Örneğin bu ölçekte 5 saniyelik fark 1 mil uzaklığa karşılık gelirken, 0 saniyelik fark yıldırımın çok yakına düştüğünü göstermektedir.^[10]

Bu uzaklık tahmin yöntemini çözümlü bir örnek üzerinde adım adım uygulayalım.^[10]

Çözümlü örnek 2: Şimşekten 15 saniye sonra gök gürültüsü duyulursa yıldırım ne kadar uzaktadır?

Verilenler: Açık havada bulunan bir gözlemcinin şimşek çakmasını gördüğü an ile gök gürültüsünü duyduğu an arasında geçen süre, yani 15 saniye.^[10]

İstenen: Elektriksel boşalmanın gözlemciye olan uzaklığı, yani .

1. adım: Şimşeği görmek ile gök gürültüsünü duymak arasındaki her 5 saniye yaklaşık 1 mil uzaklığa karşılık geldiği için kural bir dönüşüm çarpanı olarak yazılmaktadır:^[10]

2. adım: Ölçülen süre bu çarpanla çarpılmaktadır, böylece saniye birimi sadeleşmektedir:^[10]

Sonuç: Elektriksel boşalma gözlemciden yaklaşık 3 mil (yaklaşık 5 kilometre) uzaklıkta gerçekleşmiştir.^[10]

Bu hesaplama bize uzaklığı sayısal olarak verse de güvenlik açısından tek bir temel kural geçerlidir,^[10] çünkü dışarıdayken gök gürültüsü duymak, kişinin fırtınanın yıldırım düşebilecek mesafesi (İng: "striking distance") içinde bulunduğuna dair doğrudan bir uyarıdır.^[10] Dolayısıyla sayılarak bulunan mesafe 3 mil bile olsa, gök gürültüsü işitildiği anda vakit kaybetmeden güvenli ve kapalı bir yere geçilmesi gerekmektedir.^[10]

Brandon Morgan (littleppl85), CC0

Hortum: Fırtınadan Yere Uzanan Dönen Hava

Gök gürültülü fırtınaların olgunluk evresinde görülmesi en olası olaylardan biri hortum (İng: "tornado") oluşumudur.^{[5], [6]} Hortum ise bir gök gürültülü fırtınadan yere kadar uzanan, dar ve şiddetle dönen bir hava sütunudur.^[6] Tıpkı yatay esen rüzgar gibi bu dönen hava sütunu da saydamdır.^[6] Dolayısıyla su damlacıklarından, tozdan ve yerden savrulan döküntülerden (İng: "debris") oluşan bir yoğuşma hunisi (İng: "condensation funnel") meydana getirmedikçe bir hortumu çıplak gözle görmek oldukça zordur.^[6]

Hortumlar sadece ABD'de görülmemektedir.^[6] Avustralya, Avrupa, Afrika, Asya ve Güney Amerika dahil olmak üzere dünyanın pek çok bölgesinde hortumlar meydana gelmektedir.^[6] Üstelik bütün hortumlar aynı fırtına yapısından doğmamakta ve her dönen fırtına yere ulaşan bir hortum üretmemektedir.^[7]

Süperhücreler ve Rüzgar Kesmesi

Hortumlar başlıca iki tür gök gürültülü fırtınadan, yani süperhücreli (İng: "supercell") ve süperhücreli olmayan (İng: "non-supercell") fırtınalardan kaynaklanmaktadır.^[7] Yeryüzündeki en yıkıcı hortumlar süperhücre adı verilen fırtınalardan doğmaktadır.^[6] Süperhücre, radarda mezosiklon (İng: "mesocyclone") olarak adlandırılan belirgin bir dönme dolaşımına (İng: "radar circulation") sahip, kendi etrafında dönen özel bir gök gürültülü fırtınadır.^[6] Peki başlangıçta yatay hareket eden hava nasıl olup da fırtına içinde dönen bir sütuna dönüşmektedir?

Bir hava sütununun dönmeye başlamasının yollarından biri rüzgar kesmesi (İng: "wind shear") olgusudur.^[7] Yerden iki farklı yükseklik seviyesindeki rüzgarların farklı hızlarda veya farklı yönlerde esmesidir.^[7] Örneğin yer seviyesinde, Dünya yüzeyiyle olan sürtünme nedeniyle yavaşlayan rüzgarların güneybatıdan saatte 5 mil (yaklaşık 8 km) hızla estiğini düşünelim.^[7] Oysa aynı konumun 5.000 fit (yaklaşık 1.500 metre) yukarısında rüzgarlar güneydoğudan saatte 25 mil (yaklaşık 40 km) hızla esebilir.^[7]

Alt seviyedeki saatte 5 millik güneybatı rüzgarı ile 5.000 fit yukarıdaki saatte 25 millik güneydoğu rüzgarı arasındaki bu hız ve yön farkı, iki seviye arasında görünmez ve yatay dönen bir hava tüpü başlatmaktadır.^[7] Ardından gök gürültülü fırtınanın içindeki yükselici akım, yatay dönen bu havayı bükerek yatay konumdan dikey konuma eğmektedir (İng: "tilts").^[7] Yükselici akım bir kez dönmeye başlayıp yer seviyesinden içeri akan sıcak ve nemli havayla beslendiğinde bir hortum oluşabilir.^[7] Buna rağmen hortum üreten süperhücrelerin oranı %20 kadar düşüktür.^[7]

Kara Hortumu ve Su Hortumu

Süperhücreli olmayan gök gürültülü fırtınalar da belirli koşullar altında hortum üretebilmektedir.^[7] Bu grubun karadaki en bilinen örneği kara hortumudur (İng: "landspout").^[7] Kara hortumu, fırtına bulutu hala büyümesini sürdürürken oluşan, dar ve ip benzeri (İng: "rope-like") bir yoğuşma hunisine sahip hortumdur.^[7] Süperhücre hortumlarının aksine kara hortumu oluşumunda bulut içinde dönen bir yükselici akım bulunmamaktadır.^[7] Dönme hareketi doğrudan yere yakın seviyede başlamaktadır.^[7]

Aynı mekanizmanın deniz veya göl yüzeyleri üzerindeki karşılığı ise su hortumu (İng: "waterspout") olarak bilinmektedir.^[7] Su hortumları, su üzerinde meydana gelmeleri dışında fiziksel yapı bakımından landspout türü hortumlara benzemektedir.^[7] Dolayısıyla bir gözlemci deniz üzerinde ince, ip gibi uzanan bir huni gördüğünde, çoğunlukla dönme hareketinin yüzey yakınında başladığı bu yapıyla karşılaşmaktadır.^[7]

Hortumu Ölçmek ve Tanımak

Bir hortumun şiddetini belirlemek için uzmanlar fırtına geçtikten sonra hortumun bıraktığı hasarı (İng: "damage") incelemektedir.^[6] Hortumun ulaştığı rüzgar hızları bu hasardan tahmin edilmektedir.^[6] ABD Ulusal Hava Servisi (İng: "National Weather Service"), bu derecelendirmeyi yapmak amacıyla 2007 yılında Geliştirilmiş Fujita Ölçeği'ni (İng: "Enhanced Fujita Scale") uygulamaya koymuştur.^[6]

Sahadaki fırtına gözlemcileri (İng: "storm spotters") ise tehlikeli bir fırtınayı veya yaklaşan bir hortumu tanımak için bulut tabanındaki ipuçlarını izlemektedir.^[6] Örneğin bir hortum üretme potansiyeli taşıyan duvar bulutu (İng: "wall cloud"), hortum belirmeden önce 10 ila 20 dakika boyunca bulut tabanında varlığını sürdürebilmektedir.^[6] Ancak bu öncül belirti her zaman ortaya çıkmamaktadır.^[6] Daha da önemlisi, hortumlar tamamen yoğuşmuş bir huni oluşturmadan da meydana gelebilmekte ve yere değebilir.^[6] Bu yüzden bulutun altında yere kadar inen belirgin bir huni görünmemesi, yerde yıkıcı bir dönmenin olmadığı anlamına gelmemektedir.^[6]

Hala Bilmediklerimiz

Meteoroloji uydularına ve gelişmiş radarlara rağmen hortumların tam olarak nasıl doğduğu sorusu henüz kapanmış değildir.^[6] Örneğin Ulusal Şiddetli Fırtınalar Laboratuvarı (İng: "National Severe Storms Laboratory", kısaca NSSL) bünyesindeki NOAA araştırmacıları, hortum oluşum sürecini bütünüyle anlamadığımızı açıkça belirtmektedir.^[6]

Basit sıcaklık farkı açıklamalarının sınırlarını gösteren çarpıcı bir gerçek olay 3 Mayıs 1999'da yaşanmıştır.^[6] Tarihteki en yıkıcı hortumlardan bazılarının meydana geldiği bu günde, yıkıcı hortumların yakınında çok az sıcaklık değişimi (İng: "temperature variation") gözlenmiştir.^[6] Bu gözlem, atmosferin yere değen en şiddetli burgaçlarında bile hala çözülmesi gereken temel fiziksel sorular bulunduğunu göstermektedir.^[6]

NOAA Library, Kamu malı

Fırtınanın Üzerindeki Kırmızı Işık: Kızıl Cin

Gök gürültülü fırtınaların etkisi fırtına bulutunun tabanıyla yer arasındaki bölgeyle sınırlı kalmamaktadır.^{[12], [13]} Fırtına bulutlarının çok daha yukarısında, üst atmosferde meydana gelen ve çok kısa süreli ışık parlamaları üreten bir dizi elektriksel olaya geçici ışıklı olaylar (İng: "Transient Luminous Events", kısaca TLEs) adı verilmektedir.^{[12], [13]} Bu üst atmosfer parlamalarının en dikkat çekici üyelerinden biri, kızıl cin (İng: "red sprite") olarak adlandırılan doğa olayıdır.^{[12], [16]}

Bilim insanları yakalanması son derece güç olan bu üst atmosfer parlamalarına "sprite" adını verirken Avrupa folklorundaki peri benzeri efsanevi varlıklara (İng: "mythical fairy-like creatures") gönderme yapmıştır.^[12]

Ne, Nerede, Ne Kadar Süre?

Kızıl cinler, gök gürültülü fırtınaların çok üzerinde, yerden yaklaşık 50 mil yani 80 kilometre (km) yükseklikte meydana gelmektedir.^[12] Bir fırtına bulutundaki güçlü bir yıldırım çarpmasından hemen birkaç an sonra (İng: "moments after a lightning strike") bu 80 kilometrelik irtifada ani ve kırmızımsı bir parlama belirmektedir.^[12] Dünya'da kızıl cinlerin kırmızımsı renkte görünmesinin nedeni, bu elektriksel boşalmaların üst atmosferdeki azot (İng: "nitrogen") gazıyla etkileşime girmesidir.^[13]

Görüntülenen kızıl cinler çok çeşitli biçimler alabilmektedir.^[12] Bununla birlikte pek çok kızıl cin, merkezde parlak bir ışık kümesi (İng: "central blob of light") ve bu merkezden hem yere doğru aşağı hem de yukarı doğru uzanan uzun ince kollarıyla (İng: "long tendrils") neredeyse bir denizanasını (İng: "jellyfish") andırmaktadır.^[13] Devasa boyutlarına karşın bu yapıların ömrü son derece kısadır.^[13] Kızıl cinler sadece birkaç milisaniye sürmektedir.^[13]

İlk Kayıttan Ege Semalarına

Gök gürültülü fırtınaların üzerinde beliren tuhaf ışık parlamalarına ilişkin görgü tanığı bildirimleri (İng: "eyewitness reports") yüzlerce yıl öncesine kadar uzanmaktadır.^[12] Pilotlar ve yerdeki gözlemciler uzun yıllar boyunca fırtına bulutlarının üstünde anlık kızıl parlamalar gördüklerini aktarmıştır.^[12] Nitekim böyle bir olayın kamerayla yakalandığı ilk kayıt ancak 1989 yılında elde edilebilmiştir.^[12]

Üstelik bu tarihi keşif planlı bir fırtına gözlemi sırasında değil, tamamen tesadüfen gerçekleşmiştir.^[12] 1989 yılında Minnesota Üniversitesi (İng: "University of Minnesota") araştırmacıları, yaklaşan bir roket uçuş görevi için düşük ışıkta çalışan bir televizyon kamerasını (İng: "low-light TV camera") test etmekteydi.^[12] Bu deneme sırasında kamera, bugün kızıl cin olarak adlandırdığımız olaya dair ilk güvenilir kanıtı şans eseri kaydetmiştir.^[12] Franz, Nemzek ve Winckler tarafından 1990 yılında Science dergisinde yayımlanan birincil gözlem raporunda, fırtına sisteminin üzerinde yakalanan bu büyük yukarı yönlü elektriksel boşalma görüntüsünün 30 milisaniyeden daha kısa sürdüğü belgelenmiştir.^[14]

Kızıl cinler günümüzde gelişmiş fotoğraf makineleriyle görüntülenebilmektedir.^[12] 4 Aralık 2021'de de güneydoğu Ege Denizi (İng: "southeast Aegean Sea") üzerindeki gök gürültülü fırtınaların üstünde oluşan kızıl cinler, Yunanistan'ın Atina kentinin doğu banliyölerinden Thanasis Papathanasiou tarafından fotoğraflanmıştır.^[12] NASA da 2022 yılında Spritacular adlı vatandaş bilimi (İng: "citizen science") projesini başlatmıştır.^[12] Proje, halkın çektiği bu nadir görüntüleri bilim insanlarıyla buluşturmaktadır.^[12] Çünkü kızıl cinlerin tam olarak nasıl ve neden oluştuğuna ilişkin pek çok soru hala yanıtlanmamış durumdadır.^[12]

Tahmin Nasıl Yapılır, Nasıl Okunur?

Havadaki suyun, rüzgarın ve fırtınaların fiziğini bilmek, bu olayları önceden kestirebilmek için ilk adımdır.^{[3], [15]} İkinci adım ise atmosferi uzaktan tarayan ve geleceğini hesaplayan tahmin araçlarını doğru okumaktır.^{[3], [15]} Yağışı saptamakta kullanılan araçlardan biri radar sistemidir.^[3] Adını İngilizce "radio detection and ranging" (radyo ile algılama ve mesafe ölçme) ifadesinin baş harflerinden alan radar, 1940'lı yıllardan bu yana yağışı tespit etmek amacıyla kullanılmaktadır.^[3]

Unixxx, CC BY-SA 4.0

ABD'de bir şiddetli gök gürültülü fırtına uyarısı (İng: "Severe Thunderstorm Warning"), tehlikeli hava koşullarının doğrudan fırtına gözlemcileri (İng: "spotters") tarafından bildirilmesi veya radarda tespit edilmesi üzerine yayımlanmaktadır.^[5]

Denklemlerden Topluluklara

Günümüzde hava durumu bültenlerinin arkasında sayısal hava tahmini (İng: "Numerical Weather Prediction", kısaca NWP) adı verilen yöntem yatmaktadır.^[15] Sayısal hava tahmini ise akışkanların hareketini (İng: "flow of fluids") betimleyen bir dizi matematiksel denklemi kullanan bir hava tahmin yöntemidir.^[15] Bilgisayar modellerinin bu denklemleri çözmeye başlayabilmesi için öncelikle başlangıç koşulları (İng: "initial conditions") gerekmektedir,^[15] çünkü başlangıç koşulları atmosferin mevcut durumunu ve tahminin başlangıç noktasını tanımlamaktadır.^[15]

Ne var ki atmosferin her noktasını kusursuz ölçmek ve denklemleri hiçbir basitleştirme yapmadan çözmek mümkün değildir.^[15] Bu yüzden sayısal hava tahmininin hemen her adımı çeşitli eksiltmeler (İng: "omissions"), tahmini değerler (İng: "estimations"), yaklaştırmalar (İng: "approximations") ve ödünleşimler (İng: "compromises") içermektedir.^[15] Bu durumda tek bir model çalıştırmak yerine topluluk tahmini (İng: "ensemble forecasting") yöntemine başvurulmaktadır.^[15]

Topluluk tahmini, her biri biraz farklı başlangıç koşullarına dayanan ya da biraz farklı model yapılandırmaları (İng: "configurations") ve parametrizasyonları kullanan çok sayıda model çalışmasını (İng: "multiple model runs") bir araya getirmektedir, böylece topluluk tahmin ürünleri, belirsizliğin düzeyi, en olası tahmin sonuçları ve bu sonuçların gerçekleşme olasılıkları hakkında kapsamlı bilgi sunabilmektedir.^[15] Modellerin tüm çıktıları spagetti diyagramı (İng: "spaghetti plot") adı verilen haritalarda üst üste çizildiğinde, çizgilerin birbirine yakın kalarak az dağılması (İng: "low spread") yüksek güvene, çizgilerin birbirinden uzaklaşarak çok dağılması (İng: "large spread") ise düşük güvene karşılık gelmektedir.^[15]

"Yüzde 40 Yağış Olasılığı" Ne Demek?

Topluluk modellerinden ve tahmincilerin değerlendirmelerinden süzülen olasılıklar, günlük hayatta karşımıza en çok yağış olasılığı (İng: "precipitation probability") yüzdesi olarak çıkmaktadır.^[9] ABD Ulusal Hava Servisi'nin tanımladığı yağış olasılığı tahmini, belirli bir zaman aralığı (İng: "specified time period") için verilmektedir.^[9] Ayrıca bu olasılık değeri tüm bölgenin genel toplamı için değil, tahmin alanı içindeki herhangi bir belirli nokta (İng: "any given point") için geçerlidir.^[9] Bu hesaplamada "ölçülebilir yağış" eşiği en az 0,01 inç (yaklaşık 0,25 mm) sıvı yağış veya donmuş yağışın su eşdeğeri (İng: "water equivalent") olarak tanımlanmaktadır.^[9]

Halk arasında hava durumu tahminleri okunurken en sık yapılan hata bu yüzdenin anlamını karıştırmaktır.^[9] Örneğin bir bültende yer alan "%40 yağış olasılığı" ifadesi, verilen tahmin süresi boyunca tahmin alanında zamanın %40'ında yağış görüleceği anlamına gelmemektedir.^[9] Yani 10 saatlik bir tahmin diliminin 4 saati boyunca kesintisiz yağmur yağacağı söylenmemektedir. Bunun yerine tahmincinin yağışın oluşacağına dair güveni (İng: "certainty") ile yağışın tahmin alanının ne kadarını kaplayacağına dair alan kapsamı (İng: "areal coverage") çarpılmaktadır.^[9]

Bu olasılık hesabının nasıl çalıştığını iki çözümlü örnek üzerinde adım adım görelim.^[9]

Çözümlü örnek 3: Tahminci %80 eminse ve yağmur alanın %50'sini kaplayacaksa yağış olasılığı kaçtır?

Verilenler: Bir hava tahmincisi tahmin alanı içinde yağmur gelişeceğinden %80 oranında emindir, yani güven yüzdesi 'dir. Tahminci oluşacak yağmurun tahmin alanının sadece %50'sini kaplamasını beklemektedir, yani alan kapsamı yüzdesi 'dir.^[9]

İstenen: Tahmin alanı içindeki herhangi bir belirli nokta için yağış olasılığı, yani .^[9]

1. adım: Noktasal yağış olasılığı güven yüzdesi ile alan kapsamı yüzdesi çarpılıp 100'e bölünerek bulunduğu için önce bu kural yazılmaktadır:^[9]

2. adım: Kesrin payı iki yüzdenin çarpımı olduğu için önce bu çarpım bulunmaktadır:^[9]

3. adım: Kural çarpımı 100'e böldüğü için ara değer 100'e bölünmektedir:^[9]

Sonuç: Tahmin alanı içindeki herhangi bir belirli konum için tahmin bülteninde "%40 yağmur olasılığı" yazılmaktadır.^[9]

Aynı "%40 yağmur olasılığı" değerinin tamamen farklı bir meteorolojik senaryodan da çıkabileceğini bir sonraki örnekle gösterelim.^[9]

Çözümlü örnek 4: Tahminci %40 eminse ve yağış alanın tamamını kaplayacaksa yağış olasılığı kaçtır?

Verilenler: Tahmin alanına doğru geniş bir yağış kütlesi yaklaşmaktadır. Bu kütle alana ulaşırsa alanın %100'ünü (tamamını) kaplayacaktır, yani 'dür. Tahminci ise kütlenin alana ulaşacağından sadece %40 emindir, yani 'tır.^[9]

İstenen: Tahmin alanı içindeki herhangi bir belirli nokta için yağış olasılığı, yani .^[9]

1. adım: Kural değişmediği için yine önce güven yüzdesi (%40) ile beklenen alan kapsamı (%100) çarpılmaktadır:^[9]

2. adım: Kural çarpımı 100'e böldüğü için ara çarpım 100'e bölünmektedir:^[9]

Sonuç: Her iki senaryoda da ekranda aynı "%40 yağmur olasılığı" görünmektedir.^[9]

Evrim Ağacı

Hava Olaylarının Günlük Hayattaki Bedeli

Tahmin bültenlerindeki bu olasılıklar ve uyarılar, günlük yaşamda doğrudan fiziksel güvenlik kararlarına karşılık gelmektedir,^{[5], [8], [11]} çünkü olgunluk evresindeki gök gürültülü fırtınalar, hortum oluşmasa bile yıkıcı etkiler yaratabilmektedir.^[5] Örneğin gök gürültülü fırtınalarla ilişkili kuvvetli doğrusal rüzgarlar (İng: "straight-line winds") ağaçları, enerji hatlarını (İng: "power lines") ve mobil evleri devirebilmektedir.^[5]

Fırtınanın ürettiği katı yağış da benzer ölçüde ağır hasar bırakabilmektedir.^[5] Örneğin gök gürültülü fırtınalarda oluşan ve büyüklüğü softbol topu (yaklaşık 10 cm) boyutuna kadar ulaşabilen dolu taneleri otomobillere ve bina pencerelerine ciddi zarar vermektedir.^[5] Hatta bu büyüklükteki dolu yağışı, fırtına sırasında açık alanda yakalanan çiftlik hayvanlarını (İng: "livestock") öldürebilmektedir.^[5] Ancak fırtına ve yağışların insan hayatı üzerindeki bir diğer tehlikesi, yere düşen suyun yüzeyde hızla birikerek akmaya başlamasıyla ortaya çıkmaktadır.^{[2], [3], [11]}

Sel: Sadece 15 Santimetre Su

Şiddetli bir fırtına sırasında yeryüzüne inen suyun toplam hacmi çoğu zaman hafife alınmaktadır.^[2] Oysa sadece 1 akrelik tek bir arazi parçası üzerine düşen 1 inçlik yağmur, arazide 27.154 galon su birikmesiyle sonuçlanmaktadır.^[2] Yağış normal hızda düştüğünde toprak bu suyun bir kısmını emebilmektedir.^[3] Ancak aşırı yağış (İng: "excessive precipitation") sırasında zemin doygun hale geldiğinde, yani toprak artık daha fazla su ememediğinde yüzey akışı (İng: "runoff") başlamaktadır.^[3]

Yüzey akışıyla hızla yükselen sel suları, yaya ve araç trafiği için ölümcül bir tuzak oluşturmaktadır.^[11] Su basmış bir yolu kapatan bariyerlerin etrafından asla araç sürülmemelidir.^[11] Çünkü bulanık suyun altındaki yol tamamen çökmüş olabilir.^[11] Üstelik akan suyun insanları ve tonlarca ağırlıktaki taşıtları sürüklemek için metrelerce derinliğe ulaşmasına gerek yoktur.^[11]

Sel sularının tehlikesi derinliğe göre belirgin eşikler izlemektedir.^[11] Hızla akan sadece 6 inç (yaklaşık 15 santimetre) derinliğindeki sel suyu yetişkin bir insanı devirebilmektedir.^[11] Derinlik 12 inç (yaklaşık 30 santimetre) olduğunda ise hızla akan su çoğu binek otomobili sürükleyip götürebilmektedir.^[11] Dahası 2 fit (24 inç, yaklaşık 60 santimetre) derinliğindeki hızlı akıntı SUV türü büyük araçları ve kamyonetleri bile sürükleyebilmektedir.^[11]

Görüldüğü gibi 6 inçlik hızlı bir akıntı insanı ayakta duramaz hale getirirken, 12 inçlik su otomobilleri sürükleyebilir.^[11] Bu nedenle sel sularının içine araçla veya yürüyerek girmek hiçbir koşulda güvenli değildir.^[11] Su kaplı bir yolla karşılaşıldığında yapılacak tek doğru hareket geri dönmektir.^[11]

Rüzgar Soğuğu: Hissettiğimiz Sıcaklık

Hava olaylarının insan bedeni üzerindeki bir diğer doğrudan etkisi, soğuk hava ile rüzgar birleştiğinde ortaya çıkan ısı kaybıdır.^[8] Rüzgar soğuğu (İng: "wind chill"), soğuğun ve rüzgarın etkisiyle açıkta kalan deriden (İng: "exposed skin") gerçekleşen ısı kaybı hızına dayanan bir ölçüdür.^[8] ABD Ulusal Hava Servisi bu etkiyi hesaplamak için bir matematiksel formül kullanmaktadır.^[8] Bu formül şöyledir:^[8]

Bu denklemde sembolü Fahrenhayt (°F) cinsinden hava sıcaklığını, sembolü ise saatte mil (mph) cinsinden rüzgar hızını göstermektedir.^[8] Formül her sıcaklık ve rüzgar değerinde kullanılmamaktadır,^[8] çünkü rüzgar soğuğu sıcaklığı sadece hava sıcaklığının 50°F (10°C) veya altında ve rüzgar hızının saatte 3 milin (yaklaşık 5 km) üzerinde olduğu koşullarda tanımlıdır.^[8] Ayrıca bu hesaplama, açık bir gece gökyüzünde olduğu gibi Güneş'ten gelen hiçbir ısıtıcı etkinin bulunmadığını varsaymaktadır.^[8]

Evrim Ağacı

Şimdi bu rüzgar soğuğu formülünü çözümlü bir örnek üzerinde adım adım uygulayalım.^[8]

Çözümlü örnek 5: Hava 0°F iken rüzgar saatte 15 mil hızla eserse rüzgar soğuğu kaçtır?

Verilenler: Hava sıcaklığının (yaklaşık −18°C) olduğu ve rüzgarın (saatte yaklaşık 24 km) hızla estiği bir kış günü.^[8]

İstenen: Bu koşullardaki rüzgar soğuğu sıcaklığı, yani .

1. adım: Rüzgar soğuğu sadece 50°F veya altındaki sıcaklıklarda ve saatte 3 milin üzerindeki rüzgarlarda tanımlı olduğu için önce bu iki koşul denetlenmektedir:^[8]

2. adım: İki koşul da sağlandığı için ve değerleri formüle yerleştirilmektedir:^[8]

3. adım: Sıfırla çarpılan her sayı sıfır verdiği için sıcaklığın 0°F olması iki terimi sıfırlamaktadır:^[8]

4. adım: Sıfırlanan terimler atıldığında işlem iki terime sadeleşmektedir:^[8]

5. adım: Üs kesirli olduğu için üslü ifadenin değeri hesap makinesiyle bulunmaktadır:^[8]

6. adım: Bu değer 35,75 ile çarpılmaktadır. Hesap makinesi yuvarlanmamış değeri kullandığı için çarpım 55,14 çıkmaktadır:^[8]

7. adım: Bulunan çarpım 35,74'ten çıkarılmaktadır:^[8]

Sonuç: Değer en yakın tam sayıya yuvarlandığında rüzgar soğuğu −19°F olarak bulunmaktadır.^[8] Yani termometre 0°F değerini gösterse de saatte 15 millik rüzgar altında rüzgar soğuğu −19°F (yaklaşık −28°C) olmaktadır.^[8] Bu koşulda açıkta kalan deri sadece 30 dakika içinde donabilir.^[8]

Rüzgar soğuğu konusunda günlük hayatta çok sık düşülen bir kavram yanılgısını da burada düzeltmek gerekmektedir.^[8] Çünkü pek çok kişi rüzgar soğuğu −19°F olduğunda dışarıda park halindeki otomobilin veya su borularının da −19°F sıcaklığa düşeceğini düşünmektedir.^[8] Oysa rüzgar soğuğu indeksi otomobil radyatörleri ve su boruları gibi cansız nesnelerin (İng: "inanimate objects") gerçek hava sıcaklığının altına soğuyacağı anlamına gelmemektedir.^[8] Rüzgarın cansız nesneler üzerindeki tek etkisi, bu nesneleri mevcut gerçek hava sıcaklığına (örneğimizdeki 0°F değerine) daha hızlı soğutmaktır.^[8] Rüzgar tek başına hiçbir cansız nesneyi gerçek hava sıcaklığının altına soğutamamaktadır.^[8]

Görüş Kaybı ve Ulaşım

Yağış ve rüzgarın birleşimi, kara ve hava ulaşımında görüş mesafesini ortadan kaldırarak da günlük hayatı durma noktasına getirebilmektedir.^[3] Özellikle yoğun kar yağışı (İng: "heavy snow"), yatay görüş mesafesini sıfıra kadar düşürebilmektedir.^[3] Hatta kar yağışı durmuş olsa bile, yerde biriken gevşek karın kuvvetli rüzgarlarla yeniden havalanması aynı tehlikeyi yaratabilmektedir.^[3]

Kuvvetli rüzgarların karı yerden yaklaşık 50 fit (15 metre) yüksekliğe kadar havada asılı tutarak gökyüzünü tamamen gizlemesi ve yüzeydeki görüş mesafesini sıfıra yaklaştırması durumuna beyaz körlük (İng: "whiteout") adı verilmektedir.^[3] Havacılıkta ise rüzgarın kendisi doğrudan kritik bir etkendir,^[3] çünkü bir uçuşun kalkış (İng: "takeoff") ve iniş (İng: "landing") aşamaları uçuşun en kritik dönemleridir ve olumsuz rüzgarların (İng: "adverse wind") etkilerine en açık aşamalardır.^[3]

Sonuç

Hava olayları, atmosferdeki su buharı ile basınç ve sıcaklık farklarının belirli bir anda ürettiği ve günlük yaşamı çiyden sise, sağanak yağıştan rüzgar soğuğuna ve hortumlara kadar doğrudan şekillendiren atmosfer koşullarıdır.^{[1], [2], [3], [4], [6], [8]} Otuz yıllık aritmetik ortalamalarla belirlenen iklim normalleri bir bölgenin genel çerçevesini çizerken, insanların günlük güvenliğini belirleyen tehlikeler yıldırımdan 30 dakikada deriyi dondurabilen rüzgar soğuğuna kadar dar zaman aralıklarında ortaya çıkmaktadır.^{[1], [8], [10]}

Bu süreçte kişisel gözlem ile sayısal tahmin modelleri birbirinin alternatifi değil, tamamlayıcısıdır.^{[3], [9], [15]} Topluluk modelleri belirsizliğin düzeyini, tahmincilerin yağış olasılığı ise belirli bir zaman dilimi için noktasal olasılığı verirken, sıcaklık-çiy noktası farkının kapanmasını izlemek, izobar sıklığına ve ağaçların hareketine bakmak, şimşek ile gök gürültüsü arasındaki saniyeleri 5'e bölmek veya 6 inçlik sel suyundan uzak durmak bu olasılığı kişinin tam bulunduğu noktadaki doğru karara dönüştürmektedir.^{[3], [9], [10], [11], [15]}

Öte yandan 3 Mayıs 1999'daki yıkıcı hortumların yakınında çok az sıcaklık değişimi ölçülmesi ve yerden yaklaşık 80 kilometre yükseklikteki kızıl cinlerin 1989'daki tesadüfi kayıttan 2021 Ege Denizi gözlemlerine uzanan süreçte hala yanıtlanmamış sorular barındırması, atmosferin henüz tam çözülmemiş sırlar taşıdığını göstermektedir.^{[6], [12]} Bu açık sorular, gökyüzüne dikkatle bakan her gözlemcinin ve vatandaş bilimi katılımcısının modern meteoroloji için değerini koruduğunu göstermektedir.^{[6], [12]}