Türbülans

Genel anlamda türbülans atmosferde şiddetli rüzgâr ve sağanak şeklinde yağmur getiren ve girdap tipi hava hareketlerinden oluşan bozuntuya uğramış hava akımlarına verilen isimdir. Türbülansın en önemli özelliği hava akımlarının dar bir mesafe içerisinde çok süratli bir şekilde değişmesidir.

Pilotların kullandığı PIREP Türbülans Raporu'na göre türbülans ölçeği, hafif, orta, şiddetli ve ekstrem olmak üzere 4 şiddet seviyesinden oluşur. Hafif şiddette türbülans, anlık olarak uçuş irtifasında ve eksenler etrafındaki hareketlerde hafif, düzensiz değişimlere neden olan türbülansdır. Orta şiddetde, uçuş irtifasında ve/veya eksenler etrafındaki hareketlerde değişimler olur fakat uçak tüm anlarda pozitif kontrol altındadır. Şiddetli şiddetde uçuş irtifasında ve eksenler etrafındaki hareketlerde büyük ve hızlı değişimler olur. Uçağın hızında büyük değişimlere neden olur. Uçak ara ara kontrolden çıkar. 

Türbülansın şiddetini etkileyen en önemli faktörler rüzgâr hızı, havanın kararlı veya kararsız oluşudur. Kararlılık veya kararsızlık terimleri hava kütlesinin sıcaklığı ile parselin bulunduğu çevre havanın sıcaklığı arasındaki ilişkiye göre belirlenir. Eğer hava parseli çevre havaya göre daha sıcak ise kararsız bir durum söz konusudur ve sıcak hava yükselir. Eğer hava parseli çevresine göre daha soğuk ise bu durumda kararlılık durumu söz konusudur ve soğuk hava parseli çöker.

Türbülansa neden olan faktörlere göre türbülansı 3 ana grupta inceleyebiliriz. Bunlar: termal (Konvektif) türbülans, mekanik türbülans ve rüzgâr kayması nedeni ile oluşan türbülansdır. Herhangi bir zamanda bu faktörlerin bir tanesi türbülansa sebep olduğu gibi bir kaç tanesi birlikte türbülansın oluşmasında etkili olabilir. 

CAT İngilizce Clear Air Turbulence kelimelerinin baş harflerinden oluşmuştur ve bulutsuz havalarda herhangi bir görünür uyarı vermeden oluşan türbülans türü olarak tanımlanır.

Termal veya konvektif türbülans hava parselinin alttan ısınması sonucunda meydana gelir. Yer yüzeyinin ısınması veya soğuk havanın sıcak yer yüzeyi üzerine hareket etmesi sonucunda lokalize olmuş konvektif akımlar meydana gelir. Konvektif akımlar havanın belli bölgelerde lokal olarak düşey yönde aşağı ve yukarı yönlü hareketlerine denilir. Bu konvektif akımlar da termal türbülansın oluşmasına neden olur. Konvektif akımlar özellikle düşük yüksekliklerde meydana gelen en yaygın türbülans sebebidir. Konvektif akımlar yer yüzeyinin güneş radyasyonu ile aşırı ısınması veya sıcak bir yer yüzeyi üzerine soğuk bir havanın hareket etmesi sonucunda oluşur.

Konvektif akımların şiddeti yer yüzeyinin ısınma süresi ve yüzeyin kompozisyonu ile direkt ilişkilidir. Yüzeydeki ısınma arttıkça konvektif akımlar hem şiddetlenir hem de daha yükseklere doğru çıkar. Ayrıca çıplak, engebesiz, açık alanlar üzerindeki konvektif akımlar engebeli arazilerin olduğu bölgelerdeki konvektif akımlardan daha şiddetlidir. Kum veya kayalık araziler ve sürülmüş tarla arazileri gibi çıplak yüzeyler, açık su yüzeylerinden veya bitki örtüsü ile kaplı yeşil alanlardan daha hızlı bir şekilde daha sıcak hâle gelir. Böylece yüzeydeki ve yüzeye yakın hava eşit olmayan bir şekilde ısınır. Bu eşit olmayan ısınma konvektif akımların şiddetinin kısa mesafelerde hızlı bir şekilde değişmesine neden olur. 

Sıcak yaz günlerinde sahil kıyılarından geçen uçaklarda hissedilen türbülansa deniz türbülansı adı verilmektedir. Kara ve deniz orijinli iki hava kütlesinin karşılaştığı yerlerde yüzeyin farklı ısınması sonucunda oluşur. Su yüzeyleri kara yüzeylerine nazaran daha yavaş ısınır.

Bir uçak konvektif akımların neden olduğu türbülanstan (S:75, Şekil 4.3)'te belirtildiği gibi bulutların üzerinden uçarak kaçınabilir. 

Yerden ısınan hava yükselir. Bulutun altında yükselici konvektif akımlar vardır. Isınma devam ettikçe bulut yüksekliği artar. Eğer konveksiyon çok daha yukarı seviyelere uzanırsa, kule tipi kümülüs (Cu) bulutları ve örs şeklinde kümülonimbüs (Cb) bulutları gelişir. Cb bulutları çok şiddetli bir türbülansın görünür işaretleridir.

Mekanik türbülans, rüzgâr doğal veya insan yapımı bir engel üzerinden veya etrafından akmaya zorlandığı zaman meydana gelen türbülansa verilen isimdir. Binalar, ağaçlar, uçurumlar, kayalık ve büyük engebeli arazi parçaları rüzgârın yönünde engel teşkil ederler ve düzgün bir şekilde akmasına engel olurlar. Bu engeller üstünden ve/veya etrafından akan engele gelmeden önce laminer bir yapıya sahip olan hava akımlarında (S:77, Şekil 4.10)’da görüldüğü gibi bozuntulara, karışıklıklara, küçük küçük edi vorteks paternlerine ve düzensiz hava hareketlerine neden olurlar. Bu ediler içerisinden veya üzerinden uçan uçaklar türbülanstan etkilenirler.

Mekanik türbülans mekanik olarak bozuntuya uğramış tabakanın üzerinde bulutların oluşmasına neden olabilir. Bulutluluğun tipinden türbülansın mekanik karışma mı yoksa konvektif karışma mı sonucunda oluştuğu anlaşılabilir. Mekanik karışma genelde sıralar veya bantlar hâlinde stratokümülüs bulutları üretirken, konvektif tip karışma gelişigüzel, dağınık tekil bulutlar oluşturur. Meteorolojik faktörlere bağlı olarak mekanik karışma sonucunda oluşan bulut bantları rüzgâr yönüne dik veya paralel olabilir.

Mekanik türbülansın büyüklüğü (şiddeti) rüzgârın hızına, yüzeyin pürüzlülüğüne (engelin doğal yapısına, kompozisyonuna) ve havanın kararlılığına (stabilitesine) bağlıdır. Havanın kararlılığı mekanik türbülansın şiddetini ve düşey yöndeki boyutunu kontrol eden en önemli faktördür. Hafif bir rüzgâr birazcık düzensiz ve az engebeli bir yüzey üzerinden estiği zaman oluşan türbülans çok şiddetli olmaz. Ancak çok yüksek hızlarda daha büyük engellerin olduğu bir yüzey üzerinden estiğinde oluşan türbülansın şiddeti artar ve düşey yönde daha yüksek seviyelere erişebilir. 

Dalga paterni dağın rüzgâraltı tarafında 150-200 km mesafeye kadar uzanırlar. Dalgaların tepeleri ise dağların pik noktalarından başlayarak çok büyük yüksekliklere, hatta aşağı stratosfere (10-20 km) kadar yükselebilir. Her bir dalga tepesinin en altında  dairesel sirkülasyon sistemi vardır. Bu dairesel sirkülasyon paterni “rotor” olarak adlandırılır ve genelde dağın pik noktasının hizasında olacak şekilde, durağan dalga tepelerinin en altında oluşur. Rotorun dönüşünün çevre havanın yönüne ters olduğu bölgelerde çok şiddetli türbülans oluşur. Ayrıca dalgalar içerisindeki aşağı ve yukarı yönlü hava akımları da şiddetli türbülansa neden olur.

Dağ dalgalarının özellikleri şöyledir: Rüzgâr ne kadar kuvvetli ise dalgaların dalga boyu o kadar uzundur. Tipik olarak dalga boyu (w) 4,5-24 km arasında değişir. Dalga tepelerinin pozisyonu sabittir ve rüzgâr içlerinden akıp gider. Tek bir dalganın genliği (A) 900 metreyi aşabilir. Dalgalar dağın tepe ucundan yukarıya doğru 1200-1800 metre mesafeye kadar uzanabilir. Çoğu zaman daha da yükseklere erişir. Rüzgâr hızı dalga tepelerinde en şiddetli, dalga çukurlarında/vadilerinde zayıftır. Dağa en yakın dalga tepesi en şiddetli olandır. Dağdan uzaklaştıkça mesafeye bağlı olarak diğerleri gittikçe zayıflar. Her dalga tepesinin altında rotor oluşur. Rüzgâraltı tarafında dalgalarla ilişkili aşağı yönlü akımlar tipik olarak 10m/sn’ye ulaşabilir. 

Dağ dalgaları ile ilişkili 3 tip bulut görülür. Bunlar kep bulutları, lens bulutları ve rotor bulutlarıdır. Kep bulutları genellikle tam dağın tepesinde oluşur ve sabit bir şekilde tam tepede dururlar. Bu nedenle dağın iki tarafından diğer yanının görülmesine engel olurlar. Kep bulutları dağın tepesinde şelale görüntüsü verecek gibi durmaktadır. Lens bulutları durağan dalgaların tepelerinde durağan ve lens şekline benzeyen bulutlardır. Böylece, lens bulutları dağ dalgalarının tepelerini belirginleştirir. Lens şekline benzeyen bu bulutlar “durağan lens” (standing lenticular) bulutları olarak adlandırılır. Rotor bulutları rotor dalgalarının olduğu yerde görülür. Uzun sıra halinde stratokümülüs bulutları şeklinde oluşur

Hava tahmininde dağ dalgaları verildiği zaman türbülansın etkilerini azaltmaya yönelik olarak uygulanabilecek teknikler şunlardır: Eğer mümkünse, dalga koşullarının bulunduğu alanlar etrafından geçerek dağ dalgalarından kaçının. Eğer bu mümkün değil ise, dağların yüksekliğinden %50 daha büyük bir yükseklikte uçuşunuzu gerçekleştirin. Bu şekilde uçağınızı türbülanstan bir derece uzakta tutacaksınızdır. Bu size eğer çok kuvvetli bir aşağı yönlü akım var ise tedbir almak için bir güvenlik mesafesi verecektir. Rotor, lens ve kep bulutlarının alanlarına girmekten kaçının. Çünkü bu bulutlar şiddetli türbülans ve kuvvetli yukarı ve aşağı yönlü hava akımlarının olduğu yerlerdir. Dağa 45° açı ile yaklaşın ve dağ yükseltisinden uzaklaşacak şekilde hızlı bir dönüş yaparak ayrılın. Eğer kuvvetli rüzgârların olduğu sırada dağa rüzgâraltı tarafından yaklaşıyorsanız dağa gelmeden çok uzaklardan, örneğin, yaklaşık 150 km açığından, eğer bu olmaz ise 45-75 km açığından yükselmeye başlayın. Türbülansın olmadığı kesin olarak belirgin olduğu durumlar söz konusu olmadığı sürece, kuvvetli aşağı yönlü akımların en muhtemel olduğu dağların rüzgâraltı taraflarında uçmaktan kaçının. Dağ tepelerinde basınç/yükseklikölçere çok güvenmeyin. Türbülansın oluşum ve gelişme şartları içerisinde gerçekte bulunduğunuz yükseklikten daha yüksek değerler gösterebilir. Türbülans alanına doğru yavaşça yaklaşın ve hızınızı teknik belgelerde belirtilen seviyede tutun. Eğer ilk girişimde bulunduğunuz yükseklikte türbülanslı alanı geçemedi iseniz ve yükselme imkânınız var ise geri dönüp yükselip biraz daha yukarı yükseklikten tekrar deneyiniz. Bu da başarısız ise geri dönmek uçuş emniyeti açısından daha iyi olacaktır.

Rüzgâr kayması, (S:84 Şekil 4.16)’da gösterildiği gibi atmosferde dar bir alan içerisinde rüzgâr şiddeti ve/veya yönünde meydana gelen ani ve hızlı değişimlere verilen isimdir. Rüzgâr kaymalarının neden olduğu türbülans da rüzgâr şiddeti veya yönünde çok hızlı değişimlerin görüldüğü edi akımlarının bir sonucudur. Rüzgâr şiddetinde ve/veya yönünde meydana gelen değişim ne kadar büyük ise türbülans da o kadar şiddetli olur. Rüzgâr kaymaları hem yatay yönde hem de düşey yönde olabilir. Hem yatay hem de düşey yönde büyük rüzgâr kaymalarının neden olduğu türbülans koşulları genellikle jet akımları, kara ve deniz meltemleri, cepheler, enverziyon alanları ve oraj fırtınaları ile ilişkili olarak görülür. 

Rüzgâr kayması aşağıdaki durumlarla ilişkili olarak meydana gelir: aşağı seviye sıcaklık enverziyonlarını yarattığı rüzgâr kaymaları; cephe zonu boyunca oluşan rüzgâr kaymaları; yukarı seviye jet akımları ile ilişkili oluşan rüzgâr kaymaları.

Sıcaklık enverziyonu kısaca sıcaklık tersinimi demektir. Genellikle sıcaklığın normalde yükseklikle azalması gerekirken artması durumu için kullanılır. Sıcaklık enverziyonunun olduğu alanlarda soğuk hava sıcak havanın altında yer alır.

Sıcaklık enverziyonlarının birkaç nedeni vardır. Bunları 4 grupta inceleyebiliriz. Bunlar; karasal enverziyon (gecesel veya radyasyon enverziyonu); denizsel enverziyon; cephesel enverziyon; Çökme (subsidence) enverziyonudur. Karasal enverziyon geceleri radyatif yollarla oluşan enverziyondur. Yer yüzeyinin geceleri uzun dalga radyasyonu ile soğuması (radyatif soğuma), gecesel veya radyasyon enverziyonuna neden olur. Cephesel enverziyon ise bir bölge üzerinden soğuk bir cephe geçişi ile (cephesel/frontal enverziyon) oluşur. Denizsel enverziyon kıyı bölgelerinde daha soğuk havanın karadan sıcak deniz havasının üzerine hareket etmesi sonucu oluşur. Bir yüksek basınç sisteminin neden olduğu enverziyon çökme enverziyonu olarak adlandırılır.

Oraj fırtınaları oraj bulutları dediğimiz kümülüform tipi bulutlarda oluşur. Kümülüform tipi bulutlar, özellikle Cb sembolü ile belirtilen kümülonimbüs bulutları, düşey gelişmeli bulutlar olup yükseklikleri yerden tropopoza kadar ulaşır. En kuvvetli türbülans olayları da bu kümülüform tipi oraj bulutları içerisinde meydana gelir. Bu bulutlar içerisinde aşağı yönlü ve yukarı yönlü hava akımları aynı anda yer alır. Rüzgâr kayması bulut içinde bu iki tip akımın yan yana bulundukları yerde en kuvvetlidir ve en kuvvetli türbülansa neden olur.

Bir oraj bulutunun oluşabilmesi için havanın kararsızlığı, nem durumu, bir tetikleyici (ani soğuma, ani ısınma vb.), ve rüzgâr kayması gerekir.

Cephesel türbülans sıcak hava kütlesinin soğuk hava kütlesi tarafından yukarı itilmesi sırasında cephe zonunda meydana gelen çok hızlı rüzgâr değişimlerinin oluşturduğu türbülans tipidir.

CAT İngilizce Clear Air Turbulence kelimelerinin baş harflerinden oluşmuştur ve bulutsuz gökyüzü şartlarında oluşan bir türbülansı tanımlar. Genellikle deniz seviyesinden 4,5-5 km yukarıda, jet akımları içerisindeki çok şiddetli rüzgâr kaymaları sonucunda meydana gelir. CAT oluşumu sadece jet akımları ile sınırlı değildir. Yukarıda belirtilen beş türbülans tipinin her biri ile beraber de oluşabilir. En şiddetli CAT vakaları jet akımları
içinde olanıdır. CAT için yüksek seviye türbülansı adı da kullanılır. Yukarı tropopoz seviyelerinde 2 tane çok kuvvetli jet sistemi bulunur: 60 derece enlemlerinde kutupsal cephe jeti ve 30o enlemlerinde subtropikal jet. Bu jetler çok dar alanda çok kuvvetli hava akımlarının olduğu yerlerdir.

CAT’in sıklıkla oluştuğu ve oluşumu için en uygun şartların görüldüğü yerler jet akımlarının soğuk kutup havası tarafında yer alan oluk bölgesidir. Çok hızlı bir şekilde derinleşen yer seviyesi alçak basınç sisteminin kuzey, kuzeydoğu yönünde bulunan jet akımları üzerinde, jet boyunca ve jet merkezinin iki tarafındaki bölge CAT oluşumu için müsaittir. 

CAT içerisine giren bir pilot, eğer jet sisteminin merkezine çok yakın ise sadece bir kaç km alçalma veya yükselme yaparak türbülans alanı içerisinden çıkmaya çalışmalı veya jet merkezinden uzaklaşacak şekilde uçmalıdır. Eğer jet akımları ile ilişkili olmayan bir CAT durumu ile karşılaşılmışsa o zaman da en iyi çözüm yükseklik değiştirmektir. Çünkü en şiddetli rüzgâr kaymasının hangi yönde oluştuğunu bilmediğiniz için yön belirleme zor olacaktır. Mümkünse civardaki diğer uçaklardan yardım almak uygun olacaktır. Ayrıca türbülans içinde iken hızlı manevralardan kaçınmak gerekir.