Atmosfer Termodinamiği ve Nem
Isı ve su, hava olaylarının yakıtıdır: Hava yükselip soğudukça, su buharı yoğunlaşır ve enerji açığa çıkarır; bu durum, termodinamiğin anlamamızı ve nicelendirmemizi sağladığı bulutları, fırtınaları ve yağışı beslemektedir.
Tanım
Atmosfer termodinamiği ve nem, meteorolojinin havanın enerji ve su içeriği, havayı yöneten genleşme, soğuma, yoğunlaşma ve buharlaşma süreçleri ile bunların kararlılık, bulutlar ve yağış üzerindeki sonuçlarıyla ilgilenen dalıdır.
Kapsam
Bu alan; kuru ve nemli havanın termodinamiğini, atmosferik kararlılığın ve izin verdiği konveksiyonun değerlendirilmesini, atmosferik nemin ölçümünü ve davranışını, ayrıca bulutlar ile yağışın oluştuğu mikrofiziksel süreçleri kapsamaktadır.
Alt konular
Temel sorular
- Termodinamik yasaları yükselen ve alçalan havaya nasıl uygulanmaktadır?
- Atmosferin kararlı mı yoksa konveksiyona eğilimli mi olduğunu ne belirlemektedir?
- Havanın su buharı içeriği nasıl ölçülmekte ve ifade edilmektedir?
- Bulut damlacıkları ve yağış parçacıkları nasıl oluşmakta ve büyümektedir?
Temel kuramlar
- Adiabatic processes and lapse rates
- Yükselen hava, doygunluğa ulaşana kadar kuru adyabatik hızda genleşir ve soğur; ardından gizli ısı salınımı, soğumayı nemli adyabatik hıza yavaşlatır. Bu durum, kararlılık ve bulut gelişimini değerlendirmenin temelini oluşturmaktadır.
- Cloud microphysics
- Bulut damlacıkları aerosol çekirdekleri üzerinde oluşur ve yoğunlaşma ile çarpışma yoluyla büyür; sıcak yağmur veya buz süreçleri aracılığıyla ise yağış olarak düşebilecek kadar büyüyebilmektedirler.
Mekanizmalar
Bir hava parseli yükseldiğinde, çevresiyle ısı alışverişi yapmadan genleşir ve soğur; bu, adyabatik bir süreçtir. Doygunluğa kadar soğuduğunda, su buharı yoğunlaşır ve gizli ısı açığa çıkarır. Parselin yükselmeye devam edip etmeyeceği, sıcaklığının çevreyle nasıl karşılaştırıldığına bağlıdır; bu da kararlılığı ve konveksiyonu tanımlamaktadır. Yoğunlaşan su bulutları oluşturur ve yoğunlaşma, çarpışma ve buz süreçleriyle mikrofiziksel büyüme, yağış olarak düşebilecek kadar ağır parçacıklar üretebilmektedir.
Klinik önem
Termodinamik ve nem prensipleri; bulut ve yağış, konvektif kullanılabilir potansiyel enerji gibi ölçümler aracılığıyla fırtına potansiyeli, sis ve don ile konfor indeksleri tahminlerinin temelini oluşturmaktadır. Bu durum, söz konusu prensipleri operasyonel meteoroloji ve havacılık için vazgeçilmez kılmaktadır.
Tarihçe
Ondokuzuncu yüzyıl termodinamiği, adyabatik süreçler üzerine yapılan çalışmalar ve tefigram ile diğer termodinamik diyagramların geliştirilmesi aracılığıyla atmosfere uygulanmıştır. Yirminci yüzyılda ise Bergeron, Findeisen ve diğerleri, alanı tamamlayan bulut ve yağış oluşumunun mikrofiziğini kurmuşlardır.
Öne çıkan isimler
- Tor Bergeron
- Walter Findeisen
- Hilding Kohler
İlgili konular
Temel eserler
- wallace2006
- rogers1989
Sıkça sorulan sorular
- Yükselen hava neden soğur?
- Hava daha düşük basınca yükseldikçe genleşir ve genleşme, havanın iç enerjisi pahasına iş yaptığı için, ısı alınmamış olsa bile hava soğumaktadır; bu sürece adyabatik soğuma denilmektedir.
- Hava yükseldiğinde neden bulutlar oluşur?
- Yükselen hava, daha fazla su buharı tutamayacağı doygunluk noktasına ulaşana kadar soğumaktadır; fazla buhar daha sonra küçük parçacıklar üzerinde yoğunlaşarak bir bulutu oluşturan damlacıkları veya buz kristallerini meydana getirmektedir.