Hava Kirliliğine Etki Eden Faktörler

Hava kirliliğine etki eden faktörlerin başında gelen meteoroloji atmosferde meydana gelen hava olaylarının oluşumunu, gelişimini ve değişimini nedenleri ile inceleyen ve bu hava olaylarının canlılar ve dünya açısından doğuracağı sonuçları araştıran bir bilim dalıdır.

Sıcaklık

Yeryüzünün kutuptan kutba farklı ısınması birçok sonuca neden olur. Burada temel ilke güneşin açısının enlemlere ve mevsimlere göre değişimidir. Dünya güneş etrafındaki dönüşünü 365 günde, kendi ekseni etrafındaki dönüşü ise 24 saatte tamamlar. Dünya 23 derecelik eğik bir eksen üzerinde dönmektedir. Eğer bu eğim olmasaydı mevsimlerde olmayacaktı ve kutuplar dışında birçok alanda yıl boyu 12 saat günışığı olacaktı. Dünyanın kutup ekseni üzerinde 23 derecelik bir açıyla 24 saatte dönmesinden dolayı güneşten gelen ışınların miktarı hem güneşlenme süresi hem de net radyasyon olarak farklılıklar göstermektedir.  (Şekil  1)

Dünyanın güneş etrafında dönmesinden dolayı mevsimler meydana gelmektedir. 20-21 mart ilkbahar noktası gün eşitliğini 22-23 eylül ise sonbahar noktası gün eşitliğini göstermektedir.21-22 haziran ve 21-22 aralık ise yaz ve kış gündönümünü göstermektedir. Eğer dünya homojen bir yapıya sahip olsaydı yani karalar ve denizler olmasaydı, kutba yakın alanlar soğuk, ekvatora yakın alanlar sıcak olurdu. Ancak yeryüzü karalar ve denizlerden oluşan karmaşık bir yapıya sahiptir. Karaların denizlerin farklı ısınıp soğuması enlem ve yükselti faktörleri yeryüzünün her noktasının farklı ısınmasına neden olmaktadır.

Rüzgâr

Rüzgar en basit anlatımla yatay hava hareketi olup yüksek basınçtan alçak basınca doğru olan hava akımıdır. Rüzgâr hızı anemometre ile ölçülür, ancak artık meteorolojik ölçümlerin çoğu sensörler yoluyla otomatik meteoroloji istasyonları tarafından yapılmaktadır. Rüzgâr, doğu, batı, kuzey (yıldız) ve güney (kıble) olmak üzere dört ana, kuzeydoğu (poyraz), kuzeybatı (karayel), güneydoğu (keşişleme) ve güneybatı (lodos)

ara yönleri ile tanımlanmaktadır. Meteorolojik ölçümlerde ise daha da hassas ara yönler kullanılmaktadır.

Rüzgâr yüksek basınçtan alçak basınca doğru akar. Basıncın etrafına göre yüksek olduğu merkezler, yer seviyesinde yüksek basınç merkezini gösterir.

Yüksek basınç merkezi kuzey yarıkürede saat istikametinde bir dönüş yapar. Alçak basınç merkezi ise kuzey yarıkürede saat istikametinin tersine bir dönüş yapar. Güney yarıkürede ise dönüşler kuzey yarıkürenin tersinedir. Eş basınç (izobar) değerleri birleştirilerek, yeryüzüne ait en önemli bilgileri veren yer haritaları elde edilir. Bu haritalar tüm dünyayı gösterdiği gibi yalnız ülkelere ve bölgelere ait hazırlanabilir. Bu haritalar üzerinde alçak ve yüksek basınç alanları soğuk ve sıcak cepheler yağışlı ve sisli bölgeler gibi birçok ayrıntılar yanında bu haritanın daha sonra nasıl olacağına dair ipuçları vardır.

Karaların ve denizlerin farklı ısınıp farklı soğumasından kıyı meltemleri oluşur Karalar denizlere göre daha çabuk ısındığından, ısınan hava yükselir ve yerinde alçak basınç merkezi oluşur, deniz üzeri henüz ısınma olmadığı için buradaki basınç karaya göre daha fazladır yani yüksek basınçtır. Gündüzleri denizden karaya, geceleri ise karadan denizlere doğru olan kıyı rüzgârları dünyanın değişik noktalarında değişik isimlerle adlandırılır. Ayrıca soğuk havanın hafif olup yükselme, sıcak havanın ağır olup çökme özelliklerine göre dağ, yamaç ve vadilerde de gece gündüz sıcaklık farkından dolayı rüzgar akışları vardır. Aslında kartalları ve planörleri enerji kullanmadan yüksek sevilere çıkaran sıcak havanın yükselmesidir. Kıyı meltemleri sakin havalarda görülür, bunlardan daha kuvvetli alçak ya da yüksek basınç etkisi görülen alanlarda basınç merkezlerinin akışı hâkimdir. Musonlarda çok büyük ölçekli kıyı meltemidir, yazın okyanustan yağışlı hava, kışın Himalayalardan soğuk ve kuru hava kıyıları etkiler. Hava yerden yukarı doğru yükselirken genişler ve soğur. Hava içindeki nem, bulut oluşturmak üzere yoğunlaşır. Bu şartlar altında troposferde hava kirliliği ile ilgili sorun oluşmaz ve kirletici parametrelerde çökme meydana gelmez. Kararsız (anstabil) ve nötr şartlarda, yere yakın hava, üstteki havadan daha hızlı olarak ısınır. Isınan hava soğuk tabakaya doğru yükselir. Sıcaklığın yerden yükseklikle azalması, havayı karıştırarak bacalardan ve egzozlardan atılan kirleticilerin dağılmasına ve seyrelmesine yardımcı olur. Bir kısım hava, çevre havasından daha sıcaksa bu hava atmosferde kendi sıcaklığına, yoğunluğuna ve basıncına ulaşıncaya kadar yükselir. Böylece kararsız ve nötr şartlarda bacadan ve egzozdan atılan gazların atmosferde yükselmesi ve dağılması hızlı bir şekilde gerçekleşir.

Basınç

Atmosfer basıncı, atmosferdeki gazların yeryüzüne uyguladığı kuvvettir. 45° enleminde 15°C sıcaklıkta deniz seviyesinde ölçülen atmosfer basıncı 1013 mbar ya da 760 mm ile ifade edilir. Bu değere normal atmosfer basıncı denir. 1013 mbar’dan daha düşük basınç değerlerine alçak basınç, 1013 mbar’dan daha fazla basınç değerlerine yüksek basınç denir. Basıncın yeryüzündeki dağılışı aynı değildir. Yerçekimi, sıcaklık, yükselti ve Dünya’nın günlük hareketi basınç türlerinin oluşumunda etkilidir.

Alçak Basınçlar; Çevresine göre basınç değerlerinin düşük olduğu merkezlerdir. Havanın hareketi çevreden merkeze doğrudur. Kuzey yarım kürede saatin ters yönünde iken güney yarım kürede saat yönündedir. Alçak basınç alanlarında yükselici hava hareketleri etkilidir. Yükselen hava giderek soğur ve yoğuşur. Bu nedenle gökyüzünde bulut, yağmur gibi birçok yoğuşma ürünü görülür. Alçak basınçlar sıcaklığa ya da Günlük harekete bağlı oluşabilmektedir. Ekvator’da yer alan alçak basıncın oluşumu sıcaklık kökenlidir. 60° enleminde yer alan alçak basıncın oluşma nedeni ise kutup ve tropikal hava kütlelerinin karşılaşma alanı olmasından kaynaklıdır. Yaz mevsiminde karalar, kış mevsiminde ise denizler sıcaktır ve buna bağlı olarak buralar alçak basınç özelliği göstermektedir.

Yüksek Basınçlar; Çevresine göre basınç değerlerinin yüksek olduğu merkezlerdir. Havanın hareketi merkezden çevreye doğrudur. Güney yarım kürede saatin ters yönünde iken kuzey yarım kürede saat yönündedir. Yüksek basınç alanlarında hava açık, güneşli ve bulutsuzdur. Yüksek basınçlar da sıcaklık ve günlük harekete bağlı oluşabilmektedir. 30° enlemindeki çöller ile kutuplar üzerinde yer alan yüksek basınçların oluşum nedenleri farklıdır. Kutuplardaki yüksek basınç termik kökenli olup burada sıcaklığın düşük olmasından kaynaklıdır. 30° enlemlerinde yer alan basınçlar ise Dünya’nın günlük hareketi ve rüzgârların sapmaya uğraması kaynaklıdır. Yaz mevsiminde denizler karalara göre daha ılıktır, kış mevsiminde ise karalar denizlere göre daha soğuktur. Bu nedenle yazın denizler kışın karalar üzerinde yüksek basınç oluşur. Basıncı etkileyen faktörler;

Yükseklik: Yükseklik arttıkça basınç azalır. Yükseldikçe hava moleküllerinin seyrekleşmesi birim alana uygulanan basıncında azalması anlamına gelmektedir.

Sıcaklık: Sıcaklık arttıkça basınç azalır. Sıcaklığın artması havanın seyrekleşerek yükselmesine neden olur böylece yüzeydeki basınç azalır. Kutuplarda ve soğuk bölgelerde (karalarda kış mevsiminde) soğuyan hava ağırlaşarak yere yığılır bu da basıncın artmasına neden olur.

Yerçekimi: Yerçekimi arttıkça basınç artar. Yerçekiminin en fazla olduğu kutuplarda basınç fazla, ekvatorsa ise azdır. Bu şekilde olmasının tek nedeni yerçekimi değildir. Yukarıda da söylendiği gibi bunda sıcaklığında etkisi oldukça fazladır.

Dinamik Etkenler: Hava kütlesinin alçalarak yığılması ya da yükselerek seyrekleşmesi sonucunda oluşur. Alçalarak yığılması yığılma bölgesinde ağırlığın artmasına yani basıncın artmasına neden olurken, yükselerek seyrekleşmesi ağırlığın azalmasına yani basıncın azalmasına neden olur.

Atmosferin yukarı seviyelerini anlamak için dünya üzerinde 1000 den fazla istasyonda 12 saatte bir (bazı özel istasyonlarda saatlik, üçer ve altışar saatlik) balonla ölçüm yapılmaktadır. Yaklaşık 40 km ye kadar ulaşan derinlikte olan sıcaklık, nem, yükseklik. ve rüzgar bilgileri elde edilmektedir. Elde edilen bilgiler yoluyla atmosferin standart seviyelerine (1000, 850, 700, 500, 300, 250, 200, 100 hPa) ait haritalar elde edilmektedir. Bu haritalardan en önemlisi 500 hpa haritasıdır, yaklaşık yerden 5500 metre yukarıdaki sıcaklık, nem rüzgâr dağılımı ile bu seviyedeki havanın kalınlığını (yüksekliği) göstermektedir. Bu haritaların çiziminde eş yükseltileri birleştiren kontur ve eş sıcaklıkları birleştiren izotermler kullanılmaktadır (Şekil–41). Haritalar üzerindeki sıcaklık değerleri mevsime göre, atmosferin yukarı seviyelerindeki sıcak yada soğuk havayı belirlemektedir. Ayrıca konturların bükülüşü ve rüzgâr yön ve şiddeti de hava tahmincileri için önemli ipuçları sağlamaktadır. Alçak ya da yüksek merkezlerin hareketi birçok faktöre bağlı olarak değişir. Bunlardan en önemlileri; basınç gradyan kuvveti, merkezkaç kuvveti ve koriolis kuvvetidir.

Nem

1 m3 havanın içindeki su buharının gram olarak ağırlığına mutlak nem denir. Mutlak nem, sıcaklığa bağlı olarak, Ekvator’dan kutuplara doğru, denizlerden karalara doğru ve yükseklere çıkıldıkça azalır. 1 m3 havanın belli bir sıcaklıkta taşıyabileceği nemin gram olarak ağırlığıdır. Hava kütleleri ısındıkça genleşip hacimleri artar. Bu nedenle nem alma ve taşıma kapasiteleri de artar. Eğer hava taşıyabileceği kadar nem alırsa doyma noktasına ulaşır ve doymuş hava adını alır. Hava kütlesi kendisinden daha soğuk bir hava ile karşılaştığında ya da soğuk bir zemin üzerinden geçtiğinde sıcaklığı düşer. Böylece nem miktarı değişmeden sıcaklığı düşen hava kütlesinin bağıl nemi artar

Enverziyon

Dikey olarak yükselen havanın sıcaklığı her 100 metrede 0,65 derece azalır (normal lapse-rate).Eğer sıcaklık yükseklikle azalmıyor artıyorsa bu duruma (negatif lapse rate) enverziyon denir. Enverziyon genellikle kış mevsiminde, büyük şehirlerde çok belirgin olarak görülür ve hava kirliliğine neden olur. Özellikle kış mevsiminde, yüksek basıncın hakim olduğu sakin gecelerde yeryüzü radyasyon kaybı nedeniyle havadan daha çabuk soğur ve yere yakın seviyelerde soğuk, yerin biraz üstünde ise sıcak hava bulunur. Bu durumda yerdeki soğuk hava hapsolur ve yükselemez, ne zaman yer sıcaklığı ısınarak yukarı seviyelerden yüksek hale gelir o zaman oluşan radyasyon sisi ve enverziyon ortadan kalkar.

Karışım Yüksekliği

Karışım tabakasının yüksekliği veya karışım yüksekliği (MLH), atmosferin yer kabuğuna en yakın seviyesinde olan troposferin yapısını tanımlayan temel bir parametredir ve yer seviyesinden atmosfere yayılan kirletici maddelerin dağılımının gerçekleştiği atmosferik ortamdır. Bu parametre yerel kaynaklardan yayılan kirleticilerin atmosfer içerisinde ne oranda yükselebileceği ve yayılabileceğinin en belirgin göstergesidir. Bunun yanı sıra hava kirliliği tahmin modelleri ve iklim analizlerinde kullanılan önemli bir parametredir. Birkaç değişkene bağlı bir parametre olup genelde doğrudan ölçülemez. Yüksek basınç şartlarının olduğu bir alada hava, devamlı çökme eğilimi gösterir. Bu nedenle kirli hava, yükselme ve dağılma şansı bulunmaz. Alçak basınç (Siklon)’larda ise, hava hareketi yükselici özellik gösterir. Türbülans ve konvektif harekete sahiptir. Kirli havayı Atmosferin üst katlarına taşıyarak, yükseklerdeki rüzgarlarla dağılmasına neden olur. Rüzgarın varlığı , kirli havanın taşınması ve bir yerlere sürüklenmesi demektir. Rüzgarın sakin veya hafif olması ise, kirli havanın olduğu yerde kalması demektir. Bu nedenle, rüzgara kapalı alanlar, kirliliğin en yoğun olduğu alanlar olarak karşımıza çıkarlar.