Basınç

Okul gezisi, Bursa'dan Uludağ'a çıkan yol. Zeynep aşağıdaki marketten aldığı cips paketini çantasına atmış, unutmuş. Otobüs virajları döndükçe kulakları tıkanıyor, yutkununca açılıyor. Yukarıda çantayı açtığında paket balon gibi gerilmiş; içine kimse hava üflemedi, paket delinmedi. Dönüşte aynı paket yine buruşuk. Paketin içindeki hava aynı kaldı; değişen, dışarıdan ona bastıran havanın ağırlığıydı. Dağın tepesinde üstte daha az hava vardı, paketi daha az sıkıştırıyordu. Bu dersin konusu o görünmez bastırma: atmosfer basıncı, onu neyin artırıp azalttığı ve haritada nasıl okunduğu.

• Basıncın yükselti, sıcaklık ve enlemle nasıl değiştiğini nedeniyle açıklarsın.
• Bir basınç merkezinin termik mi dinamik mi olduğunu oluşum nedeninden ayırt edersin.
• Dünya'nın genel basınç kuşaklarını Ekvator'dan kutuplara doğru sıralarsın.
• Bir izobar haritasında yüksek ve alçak basınç merkezini bulur, rüzgârın nerede daha güçlü olacağını çıkarırsın.

Havanın ağırlığı

Havanın da ağırlığı vardır; bunu hissetmeyiz, çünkü vücudumuza her yönden eşit bastırır. Bulunduğun yerden atmosferin üst sınırına kadar uzanan hava sütunu, yeryüzündeki her noktaya bir kuvvetle bastırır. Birim alana düşen bu ağırlığa atmosfer basıncı (hava basıncı) denir. Basıncı ölçen alete barometre denir. İlk barometre İtalyan bilim insanı Torricelli'nin cıvayla yaptığı deneye dayanır: ucu kapalı, cıvayla dolu bir cam boru cıva dolu bir kaba ters çevrilir; boru tamamen boşalmaz, çünkü kaptaki cıvanın yüzeyine bastıran hava cıva sütununu belli bir yükseklikte tutar. Hava basıncı artınca sütun yükselir, azalınca alçalır.

Basınç birimi olarak coğrafyada milibar (mb) ve onun eşdeğeri hektopaskal (hPa) kullanılır; 1 mb, 1 hPa'ya eşittir. Ders kitaplarında normal basınç, deniz seviyesinde, 45° enleminde ve 15 °C sıcaklıkta ölçülen basınç olarak verilir: 760 mm yüksekliğinde cıva sütununa eşit olan bu değer 1013 mb'dir. Bir yerin basıncı 1013 mb'den fazlaysa yüksek basınç, azsa alçak basınç alanından söz edilir. Ancak meteorolojide asıl önemli olan mutlak değer değil, bir yerin çevresine göre yüksek ya da alçak kalmasıdır.

Yükselti: üstteki sütun kısalır

Kancadaki cips paketinin sırrı burada. Yükseldikçe üstünde kalan hava sütunu kısalır, üstelik hava seyrekleşir; bu yüzden basınç azalır. Deniz seviyesine yakın katmanlarda bu azalma kabaca her 10 metrede 1 mb kadardır, ama oran sabit kalmaz. Aşağıdaki tablo, standart atmosfer modeline göre yaklaşık değerleri gösteriyor:

Tabloyu satır satır oku: ilk 1000 metrede yaklaşık 114 mb kaybedilirken 3000 ile 5000 m arasında, iki kat uzun bir aralıkta, 161 mb kaybediliyor. Kilometre başına düşen kayıp yükseldikçe küçülür, çünkü havanın çoğu alt katmanlarda toplanmıştır. Bu yüzden yükselti-basınç grafiği düz bir çizgi değil, giderek yatıklaşan bir eğridir.

Bu azalmanın gündelik sonuçları vardır. Yüksek yerlerde su 100 °C'nin altında kaynar; yemek daha geç pişer. Dağcılar ve yüksek yaylalara çıkanlar nefes darlığı hisseder, çünkü her solukta akciğere giren hava daha seyrektir. Uçaklardaki yükselti ölçerler (altimetre) de basınç düşüşünü yükseltiye çevirerek çalışır.

Sıcaklık: termik basınç merkezleri

Bir yer ısındığında üzerindeki hava da ısınır, genleşir, yoğunluğu azalır ve hafifleyerek yükselir. Yerden yükselen hava, yüzeye düşen hava ağırlığını azaltır: orada alçak basınç oluşur. Bir yer soğuduğunda tersi olur: hava soğur, yoğunlaşır, ağırlaşarak alçalır ve yüzeye bastırır: orada yüksek basınç oluşur. Kural kısaca şudur: sıcaklık ile basınç ters yönde değişir.

Doğrudan sıcaklık farkından doğan basınç merkezlerine termik basınç merkezleri denir. Ekvator çevresi güneş ışınlarını yıl boyunca büyük açıyla aldığı için sıcaktır; orada termik alçak basınç kuşağı uzanır. Kutuplar sürekli soğuk olduğu için termik yüksek basınç alanıdır. Mevsime bağlı termik merkezler de vardır. Kışın kara denizden çabuk soğuduğu için Asya'nın iç kesimlerinde Sibirya Yüksek Basıncı oluşur. Yazın Basra Körfezi ve çevresi çok ısındığı için Basra Alçak Basıncı oluşur. Türkiye'nin havası anlatılırken bu merkezler sık sık anılır.

Yer çekimi ve enlem

Dünya'nın geoit şeklinin bir sonucu, yer çekiminin Ekvator'dan kutuplara doğru artmasıydı. Yer çekimi arttıkça hava molekülleri yüzeye daha güçlü çekilir ve basıncı artıran yönde etki eder. Kutuplarda soğuklukla birleşen bu etki yüksek basıncı pekiştirir. Ekvator'da ise yer çekimi en azdır ve sıcaklık da en yüksektir; iki etken aynı yöne, alçak basınca çalışır.

Hareket: dinamik basınç merkezleri

Bazı basınç merkezleri sıcaklıkla açıklanamaz. Dönenceler çevresi, yani 30° enlemleri, kutuplardan çok daha sıcak olduğu hâlde yüksek basınç alanıdır. Nedeni hava hareketidir. Ekvator'da ısınıp yükselen hava, yukarıda kutuplara doğru akar; yol boyunca soğur, birikir ve yaklaşık 30° enlemleri çevresinde yere doğru alçalır. Alçalan hava yüzeye bastırır ve orada yüksek basınç doğar. Kutuplardan gelen soğuk hava ile 30°'den gelen daha ılık hava ise 60° enlemleri çevresinde karşılaşır; ılık hava soğuğun üstüne çıkarak yükselir ve orada alçak basınç oluşur.

Hava hareketinden, yani yükselme ve alçalmadan doğan bu merkezlere dinamik basınç merkezleri denir. Atlas Okyanusu'ndaki Azor Yüksek Basıncı dinamik yüksek basınca, İzlanda Alçak Basıncı dinamik alçak basınca örnek olarak verilir.

Ayırt etmenin yolu, merkeze sıcaklığın mı hareketin mi yol açtığını sormaktır: sıcak olduğu için alçak, soğuk olduğu için yüksek basınç alanı termiktir; sıcaklığa aykırı biçimde hava alçaldığı ya da yükseldiği için oluşan merkez dinamiktir.

Genel basınç kuşakları

Yukarıdaki iki mekanizma birleşince her yarım kürede Ekvator'dan kutba dört kuşak dizilir:

Bu kuşaklar yerinde çakılı durmaz. Güneş ışınlarının dik geldiği yer yıl içinde dönenceler arasında kaydığı için kuşaklar da Haziran'da kuzeye, Aralık'ta güneye doğru bir miktar kayar. Karaların ve denizlerin farklı ısınması da kuşakları yer yer böler; Sibirya'daki kış yüksek basıncı bunun bir örneğidir.

İzobar haritaları

Basıncın yerden yere dağılışı izobar (eş basınç eğrisi) haritalarıyla gösterilir. İzobar, aynı basınç değerine sahip noktaları birleştiren eğridir. Önceki modülde öğrendiğin izohips mantığını hatırla: orada eğriler eşit yükseltiyi, burada eşit basıncı birleştirir. Bir farkı var: ölçümler yükseltiden etkilendiği için izobar haritalarında değerler deniz seviyesine indirgenir. Böylece Erzurum ile İzmir'in basıncı, biri yüksekte diye haksız bir farkla değil, gerçek hava durumuna göre karşılaştırılır.

Haritayı okumanın üç adımı vardır. Kapalı izobarlarda değerler dıştan içe doğru artıyorsa merkez yüksek basınçtır; böyle bir sisteme antisiklon denir. Değerler içe doğru azalıyorsa merkez alçak basınçtır; buna siklon denir. Antisiklonda hava alçalır ve genellikle açık, durgun bir hava görülür; siklonda hava yükselir, bulut ve yağış olasılığı artar. Son adım sıklıktır: izobarlar sık geçtiği yerde basınç kısa mesafede çok değişir; bu, rüzgârın orada güçlü eseceğinin ipucudur. Seyrek izobar, basıncın yavaş değiştiği ve rüzgârın zayıf kaldığı yeri gösterir.

Sözel harita: iki merkezli bir hava durumu

Bir A4 kâğıdını yatay tut; üst kenar kuzey olsun. Kâğıdın kuzeydoğu köşesine yakın bir yere Y harfi koy ve çevresine, birbirinin içinde kalacak biçimde üç kapalı eğri çiz: içten dışa 1028, 1024, 1020 mb. Güneybatı köşesine yakın bir yere A harfi koy ve onu da üç kapalı eğriyle çevrele: içten dışa 996, 1000, 1004 mb. Aradaki boşluğu kuzeybatıdan güneydoğuya uzanan 1016, 1012 ve 1008 mb eğrileriyle doldur. Kâğıdın batı kenarına yakın bir yerde bu üç eğriyi birbirine çok yaklaştır ve oraya M yaz. Doğu kenarına yakın bir yerde aynı eğrileri geniş aralıklı çiz ve oraya N yaz.

Şimdi oku: Y antisiklondur, çünkü değerler içe doğru artıyor; A siklondur, çünkü içe doğru azalıyor. M'de eğriler sık olduğu için rüzgâr N'dekinden güçlü beklenir. N'de basınç geniş bir alana yayılarak değiştiği için hava daha sakindir.

Basınç farkından harekete

İzobar haritasındaki her sıklık bir farkı, her fark da bir itişi anlatır. Hava, basıncın yüksek olduğu yerden alçak olduğu yere doğru akar; yerin dönüşünden gelen sapma bu akışın yönünü büker. Bir sonraki ders bu akışın kendisine bakıyor: yıl boyu aynı kuşaklar arasında esen sürekli rüzgârlar, karayla deniz arasında mevsime göre yön değiştiren musonlar ve Türkiye'de adlarını günlük konuşmadan bildiğin yerel rüzgârlar.

Örnek 1 — Yükselti ve basınç

Soru: Aynı gün ve aynı saatte ölçüm yapılan iki istasyondan K deniz kıyısında, L ise 2000 m yükseltidedir. İki istasyon arasında yükselti dışında hiçbir fark olmadığı varsayılırsa hangisi beklenir?

• A) L'de basınç daha yüksektir, çünkü güneşe daha yakındır.
• B) İki istasyonun basıncı eşittir, çünkü aynı enlemdedir.
• C) K'de basınç daha düşüktür, çünkü hava orada daha sıcaktır.
• D) L'de su, K'dekinden daha düşük sıcaklıkta kaynar.
• E) L'de üstteki hava sütunu daha uzun olduğu için basınç daha fazladır.

Çözüm: Yükseldikçe üstteki hava sütunu kısalır ve hava seyrekleşir; L'nin basıncı K'ninkinden azdır. Bu yüzden A, B ve E düşer. C'de sıcaklık etkisi öne sürülüyor, ama 2000 m'lik yükselti farkı basınçta belirleyici olandır. Düşük basınçta su daha düşük sıcaklıkta kaynar. Cevap: D.

Örnek 2 — Termik mi, dinamik mi?

Soru: Bir basınç merkezi hakkında şu bilgiler veriliyor: yaklaşık 30° enleminde, okyanus üzerinde yer alıyor; çevresine göre sıcak bir bölgede olduğu hâlde yüksek basınçlı. Bu merkezle ilgili hangisi doğrudur?

• A) Termik yüksek basınçtır; soğuyan hava alçalmıştır.
• B) Dinamik yüksek basınçtır; yukarıdan gelen hava alçalmaktadır.
• C) Termik alçak basınçtır; ısınan hava yükselmektedir.
• D) Dinamik alçak basınçtır; hava kütleleri karşılaşıp yükselmektedir.
• E) Basıncı yükselti belirler; merkez bir dağın üzerindedir.

Çözüm: Merkez sıcak bir yerde olduğu hâlde yüksek basınçlı; sıcaklık bunu açıklayamaz, demek ki termik değildir. 30° çevresinde Ekvator'dan yukarıda gelen hava alçalır ve yüzeye bastırır. Okyanus üzerinde olduğu için yükselti seçeneği de düşer. Cevap: B.

Örnek 3 — İzobar sıklığı

Soru: Bir izobar haritasında P noktasında izobarlar birbirine çok yakın, R noktasında ise geniş aralıklıdır. Eğrilerin aralığı her yerde 4 mb'dir. İki noktanın basıncı ve rüzgârı için bu haritadan hangi sonuç çıkarılabilir?

• A) P'de basınç R'dekinden kesinlikle yüksektir.
• B) R'de rüzgârın P'dekinden güçlü esmesi beklenir.
• C) P'de basınç kısa mesafede çok değiştiği için rüzgâr güçlü beklenir.
• D) P bir antisiklonun merkezidir.
• E) R'de izobar aralığı 4 mb'den büyüktür.

Çözüm: Sıklık basıncın değerini değil, değişim hızını söyler; A ve D bu bilgiyle kurulamaz. Aralık haritanın her yerinde aynıdır; E kurala aykırıdır. Sık izobar, kısa mesafede büyük basınç farkı demektir ve bu güçlü rüzgârın ipucudur. Cevap: C.

Örnek 4 — Sözel haritayı okumak

Soru: Konu anlatımında çizdiğin Y ve A merkezli haritaya göre aşağıdakilerden hangisi yanlıştır?

• A) A merkezinde hava yükselir, bulut ve yağış olasılığı artar.
• B) Y merkezi bir antisiklondur.
• C) M çevresinde rüzgâr N çevresindekinden güçlü beklenir.
• D) Hava genel olarak Y tarafından A tarafına doğru hareket eder.
• E) Y'de değerler merkeze yaklaştıkça düştüğünden burası alçak basınç merkezidir.

Çözüm: Y'nin çevresindeki eğriler içten dışa 1028, 1024, 1020 diye ilerliyor; değerler içe doğru artıyor, yani Y yüksek basınçtır. E bu yüzden yanlıştır. A siklon, Y antisiklondur; M'de eğriler sıktır; hava yüksekten alçağa akar. Cevap: E.

• Sıcak yeri yüksek basınçlı sanmak. Termik merkezlerde ilişki terstir: ısınan hava hafifleyip yükselir ve alçak basınç bırakır.
• Dönencelerdeki yüksek basıncı sıcaklıkla açıklamak. 30° çevresi sıcaktır; oradaki yüksek basınç alçalan havadan doğar ve dinamiktir.
• Sık izobarı yüksek basınçla karıştırmak. Sıklık değeri değil, basıncın mesafeyle ne kadar hızlı değiştiğini gösterir; sık izobar güçlü rüzgâr ipucudur.
• Basıncın yükseltiyle hep aynı hızda azaldığını düşünmek. Azalış alt katmanlarda hızlıdır, yukarı çıktıkça yavaşlar.
• İzobar değerlerini ham ölçüm sanmak. Haritadaki değerler deniz seviyesine indirgenmiştir; yüksek bir şehrin düşük ham ölçümü haritada alçak basınç olarak görünmez.
• Rüzgârı alçaktan yükseğe akıtmak. Hava basıncın yüksek olduğu yerden alçak olduğu yere doğru hareket eder.