İklim Elemanları: Sıcaklık (Ders Notu)

Sıcaklık, iklimi belirleyen iklim elemanlarının en önemlisidir. Diğer elemanlar sıcaklığa bağlı olarak ortaya çıkar. Yeryüzünün ısınmasının en önemli kaynağı Güneş’tir; diğer kaynaklar ise önemsiz değildirler. Örneğin volkanlar ve sıcak su kaynaklarından yayılan enerji, gökyüzündeki diğer yıldızlar gibi, yalnızca sınırlı bir etkiye sahiptir ve yaklaşık 0,1°C’lik bir etki sağlarlar. Güneş’ten gelen enerjinin önemli bir kısmı atmosferi geçerek yeryüzüne ulaşır; burada katı ve sıvı cisimleri ısıtarak ısı enerjisi haline dönüştürür. Ancak atmosferi esas ısıtan doğrudan güneş ışınları değildir; yeryüzünden atmosfere yansıyan ısı enerjisidir. Bu nedenlerden dolayı atmosfer, daha çok yeryüzünden ısınır ve atmosferin alt katları daha sıcak olur. Sıcaklık ve ısı kavramlarını birbirine karıştırmamalıyız.

Sıcaklık, Enerjinin moleküler titreşimleri sonucunda elektromanyetik dalgalar halinde etrafa yaptığı etkidir. Buna karşılık ısı ise bir cismin içinde sahip olduğu toplam enerji miktarıdır. Bu nedenle ısı, potansiyel enerji olarak değerlendirilebilir. Sıcaklık ise bu enerjinin kinetik enerjiye dönüşmüş hâlidir. Sıcaklık termometre ile ölçülür ve derece ile ifade edilirken ısı kalori ile ifade edilir. Bir kalori, bir gram suyun sıcaklığını 1°C artıran enerji miktarıdır. Katı cisimleri oluşturan moleküller kısa süreli titreşim gösterirken, sıvılarda titreşim süresi daha uzundur ve moleküller yer değiştirebilirler. Gaz molekülleri ise sürekli ve farklı yönlerde yer değiştirirler. Bu titreşim hareketi nedeniyle katı cisimler şekil değiştirmez; sıvılar bulundukları kabın şeklini alır; gazlar ise kısa sürede içine dolu bulunduğu hacmi işgal ederler. İster katı, ister sıvı, ister gaz olsun bu cisimlerin moleküllerinin titreşimleri, dışarıdan gelen enerjinin artmasıyla çoğalır, enerji azaldığında azalır; enerji gelmediği takdirde moleküllerin hareketi durur. Molekül titreşiminin durduğu bu noktaya mutlak sıfır denir ve değeri -273,15°C’tir (yaygın olarak -273°C olarak da ifade edilir).

Bir cismin ısısının artması, yani etrafa sıcaklık saçması, güneşten gelen enerjiye bağlı olarak moleküler titreşimin artması ve bu enerjiyi çevreye yaymasıyla gerçekleşir. Yani potansiyel enerjinin artması, çevreye kinetik enerji olarak yayılır. Böylece bir cismin sıcaklığı, etrafa yayılan elektromanyetik dalgalar sonucunda ortaya çıkar (yeryüzünün ısınması da bu şekilde gerçekleşir).

Atmosferdeki gaz moleküllerinin seyrek olması, güneşin daha çok katı ve sıvı olan yeryüzünü ısıtmasını sağlar (cemre olayı).

Güneş Işınları

Güneşin yaydığı enerjinin ancak yaklaşık 1/12 milyonda biri yeryüzüne ulaşır. Güneşteki enerji, dünyaya üç genel yoldan gelir:

1. Kozmik ışınlar halinde,
2. Tanecikler (partiküller) halinde,
3. Normal ışınlar halinde (radyasyonlar) halinde.

Bu ışınların dalga boyları birbirinden farklıdır. Dalga boyları yaklaşık 0,2 ile 3 mikron arasında değişir. Buna bağlı olarak güneş ışınlarını dalga boylarına göre çeşitli gruplara ayırırız. Güneş ışınlarının dalga boylarına göre sıralanması, ya da dalga boylarına göre sıralanmış ışınlar, elektromanyetik spektrum veya sürekli güneş tayfı olarak adlandırılır.

Güneş ışınlarının dalga boylarına göre sıralanması, güneş ışınlarının bir pirizmeden geçirilmesiyle elde edilen bir süreç değildir; elektromanyetik spektrum, bu dalga boylarındaki ışınların doğası ve davranışlarıyla ilgilidir. Yani elektromanyetik spektrum, bu dalga boylarındaki ışınların türlerini ve aralıklarını tanımlar.

Güneş ışınlarını en kısa dalga boyundan en uzuna doğru sıralarsak şöyle bir liste elde ederiz: Gama (gamma) ışınları, Röntgen (X) ışınları, Ultraviyole (Morötesi) ışınları, Görünür ışınlar, Infrared (Kızılötesi) ışınları, Radyo dalgaları.

Biz sadece görünür ışığı gözle görebiliriz. Ultraviyole (UV) ışınları ise cilde zarar vererek kanser gibi sağlık sorunlarına yol açabilir. Bu gelen ışınlar herhangi bir cisimle karşılaştıklarında şu üç olaydan biri gerçekleşir:

1. Kırılıp yansıyabilirler,
2. Emilebilirler (absorbsiyon),
3. Hiçbir değişiklik olmadan ortamdan geçebilirler. İşte bu üçüncü özelliği gösteren cisimlere saydam cisimler diyoruz. Güneş ışınlarından daha çok katı cisimler bu ışınlardan etkilenir; saydam ve yansıtan cisimler ise etkilenmez. Ancak emilme gerçekleştiğinde, cisimlerde bazı değişiklikler meydana gelebilir (örneğin oksijenin ozon haline gelmesi gibi).

Eletromanyetik Spektrum

Atmosfer, Güneş’ten gelen ışınların çoğunu saydam bir şekilde geçirir. Bu sayede gelen ışınların büyük bir kısmı yeryüzüne ulaşır. Güneş ışınları dalga boylarına göre yansır, kırılır ve emilir. Dolayısıyla yeryüzündeki cisimlerin titreşimi artar ve bu enerji daha sonra ısı olarak geri verilir; ancak geri verilen enerji dalga boyları 3–7 μm arasındadır. Yeryüzünden atmosfere geri yansıyan ışınların dalga boyları ise yaklaşık 3–70 μm arasındadır. Atmosfer, bu uzun dalga boylarındaki ışınlara karşı saydam değildir; bu ışınlar atmosferdeki su buharı ve CO2 tarafından emilir ve tutulur. Böylece atmosferin alt katları ısınır.

Sonuç olarak, atmosfer enerji girişini tamamen engellemese de uzaya doğru sıcaklık kaybını yavaşlatan ve sıcaklık değişimlerini düzenleyen bir katman olarak yeryüzünün sıcaklığı üzerinde önemli bir rol oynar. Güneş’ten gelen enerjiye solar sabit (güneş sabitesi) denir. Bunun miktarı, atmosferin üst sınırında 1 cm²’ye dakikada yaklaşık 2 kalori olarak ifade edilir (2 cal/cm²/dak).

Gelen enerjinin dağılımı şu şekilde özetlenebilir:

• %25’i atmosfer tarafından yansıtılarak uzaya geri gider.
• %25’i atmosferde dağılır (difüzyon).
• %15’i atmosfer tarafından emilir (absorbe edilir).
• %8’i yere çarpar ve yansıtır.
• %27’si yeri ısıtır.

Atmosfer ve yer arasındaki enerji döngüsünün ayrıntıları:

• %25 ile %8 toplamı yaklaşık %33’ü hemen geri döner.
• %25 olarak dağılan %9 uzaya geri döner; %16’sı yeri ısıtır.
• Yerin toplam kazancı: %27 + %16 + %4 ≈ %47’dir ve bu, güneşten doğrudan gelen ısınmadır.
• Atmosferin kazancı ise:
  • %15’i atmosfer tarafından emilir.
  • %16’sı yerden geri verilen uzun dalgalı ışınlar vasıtasıyla gerçekleşir.
  • %23’ü atmosferin yeryüzüne temas edip buharlaşma ve dokunma yoluyla ısı transferi yapmasıdır.
• Atmosfer, %54’lük toplam enerjinin %4’ünü hemen geri verir; %50’si ise yaklaşık bir yıl içinde uzaya yavaş yavaş iletilir. Bu süreç boyunca atmosferde bir enerji birikimi olmaz ve atmosfer ısınmaz; enerji dönüşümü yeryüzünden atmosfere geçen enerji ile ilgilidir.

Sonuç olarak, atmosfer yeryüzünden gelen enerjiyi ve özellikle yeryüzünden atmosfere geçen enerjiyi etkileyerek ısınır. Atmosferin alt katlarının sıcak olması da bu nedenle ortaya çıkar.

Sıcaklığın Ölçülmesi:

Sıcaklık değişen bir özelliktir. Bu değişikliği görebilmek için sıcaklığın ölçülmesi gerekir. Sıcaklığı ölçen aparata termometre denir. Termometreler esas olarak ısınan cisimlerin genleşmesine bağlı olarak çalışır. Madeni, cıvalı ve alkollü termometreler vardır. Termometreler üzerindeki ölçekler farklı ülkelerde farklı kullanılır. Türkiye ve dünyanın birçok yerinde kullanılan sıcaklık ölçeği santigrat (Celsius, °C) iken Amerika ve İngiltere gibi bazı ülkelerde Fahrenheit (°F) ölçeği kullanılır. Ayrıca pek kullanılmayan Rankine (°R) ölçeği de bulunmaktadır.

Suyun Kaynama Noktası ve Donma Noktası

• Kaynama noktası: 100 °C, 212 °F, 80 °R
• Donma noktası: 0 °C, 32 °F, 0 °R

Bunların dışında bazı araştırmalarda kullanılan bir başka ölçek daha vardır; bu ölçek Kelvin ölçeğidir. Kelvin ölçeği, cisimlerin mutlak sıfır değerine göre düzenlenmiştir. Kelvin değeri genellikle Celsius derecesine göre hesaplanır: Kelvin = Celsius + 273,15. Not: Kelvin hesabında “-” işareti kullanılmaz; sıfır Kelvin, −273,15 °C olarak tanımlanır. Kelvin ölçeği, mutlak sıfırın üzerinde pozitif değerler alır.

Sıcaklık Kavramları

1. Güneşteki Sıcaklık Güneşin doğrudan ışınlarını bir cismin almasına bağlı olarak ortaya çıkan sıcaklıktır. Ancak bu sıcaklığı pek kullanmıyoruz çünkü güneşin doğrudan ışınları, cismin türüne ve diğer koşullara bağlı olarak farklı sıcaklık değerleri yaratabilir. Bu sıcaklık, özellikle canlıların yaşamsal faaliyetlerini sürdürmesi için önemli bir rol oynar.
2. Gölgede Sıcaklık Klimatoloji veya meteoroloji alanlarında kullanılan sıcaklıktır.
3. Hissedilen Sıcaklık Canlıların hissettikleri sıcaklıktır. İnsanların normal vücut sıcaklığı yaklaşık olarak 37 °C’dir ve buna fizyolojik sıcaklık denir. İnsanlar bu sıcaklığı korumak için giyim kullanır; giyilen kıyafet vücut sıcaklığını artırırsa vücudun serinlemesi, ışınlar yayılması ve terleme yoluyla enerji vermesi gerekir. Vücudun bu sıcaklığı düşürmesi ise derinin hava ile temasına yani konveksiyon ve ısı transferine bağlıdır. Rüzgarlı havalarda konveksiyon ve terlemeyle buharlaşma daha fazla gerçekleşir. Dolayısıyla vücudun hissettiği sıcaklık sadece hava sıcaklığına bağlı değildir; çeşitli etkenlere bağlı olarak değişir.
4. Gün Derecesi (Dereceli Gün) Belirli sıcaklıklar ile günlük sıcaklık ortalaması arasındaki farktır. Sıcaklıklar, belirli olayları veya durumları ifade edebilir. Örneğin sıcaklığın sıfırın altına düşmesi don olayının başlamasını gösterir; hava sıcaklığının 15 °C’nin altına düşmesiyle yakacak bir şeyler yakma hissi doğabilir. Tarımsal açıdan bakıldığında buğdayın çimlenmesi +6 °C’den sonra başlar.
5. Birikmiş Sıcaklık Gün derecelerinin toplamına denir. Örneğin bir ay içinde buğday için görülen +6 °C’lik sıcaklıklar kaç kez gerçekleştiyse (örneğin 180 defa), bu 180 birikmiş sıcaklık olarak kaydedilir.
6. Sayılı Günler ve Don Olayı Sayılı günler, günlerin sıcaklık özelliklerine göre sınıflandırılmasıyla elde edilen günlerdir. Başlıca kategoriler şunlardır:

• Tropik gün: Günlük en yüksek sıcaklık 30 °C’yi aştığında olan günler.
• Yaz günü: Günlük en yüksek sıcaklık 25 °C’yi aştığında olan günler.
• Don olaylı günler: En düşük sıcaklık 0 °C’nin altında olduğunda olan günler.
• Şiddetli don olayı: Günlük en düşük sıcaklık -10 °C’nin altında olduğunda olan günler.
• Kış günü: Günlük ortalama sıcaklığı 0 °C’nin üzerine çıkmadığında olan günler.

Don olayları orta kuşak için özellikle önemlidir. Don olaylı günler, ilkbahar açısından tarım açısından önemli olabilir; örneğin Akdeniz bölgesinde kışın tarımsal üretim için etkili olabilir. Bu tür tarımsal ürünleri don olayından korumak amacıyla bahçelerde saman vb. yakılarak havada suni bulut oluşturulur ve yansıma engellenmeye çalışılır. Don olayı, havanın açık, sakin ve kuru olduğu zamanlarda daha çok görülür. Yükseklerdeki soğuk havanın alçaklara inmesiyle bu olay gerçekleşir. Ayrıca bu olaylar yer radyasyonunun artmasına neden olur; zemin daha çok soğur ve don olayına yol açar. Ancak havada su buharı (bulutlar) varsa, rüzgarlı ve nemliyse don olayı pek görülmez.

Sıcaklığın İfade Şekilleri

Günlük Sıcaklıklar

a. Günlük ortalama sıcaklık: Her saat başı ölçülen değerler toplanır ve 24’e bölünür. Ancak pratik açıdan bu hesaplar her zaman gerekli değildir; günlük belirli saatlerde ölçümler yapılabilir. Ülkemizde ve pek çok yerde uygulanan örnek değerler, saat başına yapılan ölçümlerin belirli bir örüntüsünü gösterir (örneğin 7, 14 ve 21 saatlerinde yapılması gibi). b. Günlük en düşük ve en yüksek sıcaklıklar (Günlük uç değerler / EXTREMLER). c. Günlük sıcaklık farkı (Günlük AMPLİTÜD). Mak:Min = Günlük sıcaklık farkı.

Anomaliler

Her enlemin belli bir ortalama sıcaklığı vardır. Enlemin ortalama sıcaklığı ile o enlem üzerinde yer alan bir istasyonun ortalama sıcaklığı arasındaki fark, anomalidir. Örneğin 38° enleminin ortalama sıcaklığı 14 °C, Elazığ’ın ortalama sıcaklığı 12,9 °C ise: Anomali = 14 − 12,9 = 1,1 °C. Anomali pozitif veya negatif olabilir. Karasal iklimlerin görüldüğü bölgelerde anomaliler negatif değerler, denizel iklimlerin görüldüğü yerlerde ise pozitif değerler gösterebilir.

Haritalar

İzoterm haritaları: İzoterm kelimesi, eş sıcaklık anlamına gelir. Eş sıcaklık eğrilerine bağlı olarak oluşturulan haritalardır ve bir sahadaki sıcaklığın dağılımını gösterirler. Bu haritalar, sıcaklıkları aynı olan noktalardan (istasyonlardan) izoterm eğrilerinin geçirilmesiyle elde edilir.

İzoterm haritaları ikiye ayrılır:

1. Gerçek izoterm haritaları
2. İndirgenmiş izoterm haritaları

a) Gerçek izoterm haritaları: istasyonların gerçek sıcaklık değerlerine bağlı olarak oluşturulmuş haritalardır. b) İndirgenmiş izoterm haritaları: yükseklik etkisini gidererek yalnızca enlem ve deniz-kara etkisini ortaya koymak için deniz seviyesine indirgenmiş haritalardır. Bu indirgeme, belirli bir formül yardımıyla hesaplanır.

Günlük ve Yıllık Sıcaklık Farkları

Günlük Sıcaklık Farkı

Günlük sıcaklık farkı büyük ölçüde güneşlenme ile yer radyasyonu arasındaki ilişkiye bağlıdır. Ayrıca enlem, deniz–kara dağılımı ve su buharı da bu durumu etkiler. Buna göre ekvatoral bölgelerde günlük sıcaklık farkı düşüktür. Günlük farkı artıran etkenler arasında kuraklık (yağışın az olması) sayılabilir. Orta enlemlerde ise günlük sıcaklık farkı; enlemden çok nem, hava hareketi ve hava kütlelerinin etkisiyle değişir; karışık bir durum söz konusudur. Nemin yüksek olduğu ve hava hareketinin belirgin olduğu sahalarda günlük sıcaklık farkı düşükken, denizden uzak, nem oranı düşük ve yüksek sahalarda fark daha fazladır. Kutup bölgelerinde ise günlük sıcaklık farkı konusunda net bir durum söz konusu değildir; burada mevsimlik değişiklikler belirgindir.

Yıllık Sıcaklık Farkı

21 Aralık’tan 21 Haziran’a kadar sıcaklık artışı gözlenir; bu, kıştan yaza doğru ısı artışına işaret eder. En soğuk ay genelde Aralık olmalıydı; bazı bölgelerde Ocak ve Şubat ayları olarak belirir. Bunun nedeni, güneşten gelen enerjinin artmasına rağmen yer radyasyonundan kaynaklanan kayıpların, güneşlenme değerindeki artışı karşılamasıdır; bu nedenle havanın soğuması Aralık’tan sonra 1,2 ay sürebilir.

Yıllık olarak en yüksek sıcaklığın olması gereken ay Haziran olsa da, çoğu bölgede yılın en sıcak ayı Temmuz (karasal sahalar için) veya Ağustos (denizel sahalar için) olarak görülür. Bunun nedeni, 21 Haziran’dan itibaren güneşten gelen enerjinin azalmasına rağmen, Haziran–Temmuz aylarında yer radyasyonundan kaynaklanan ısının hala baskın olmasıdır.

Genelde yıllık sıcaklık değişimi, iklim kuşaklarına ve enlemlere göre şekillense de, deniz–kara dağılışı ve hava kütlelerinin hareketi bu değişimleri farklı enlemler üzerinde değiştirebilir. Sonuç olarak:

• Ekvatoral bölgelerde güneşin yıl içinde iki kez dik vurması nedeniyle yıl içinde iki maksimum sıcaklık görülebilir; ancak sıcaklığın yıl içindeki değişimi büyük farklılık göstermez. Kutuplara doğru gidildikçe yüksek ve düşük sıcaklıklar arasındaki fark artar.
• Aynı enlemler üzerinde yıllık ortalama sıcaklıklar genelde benzer olsa da sıcaklık farkları denizden kara içlerine doğru artabilir.
• Havanın hareketli olmasıyla birlikte yer değiştiren hava kütleleri yıllık sıcaklığı etkiler; bunun güzel bir örneği Güneydoğu Asya’daki Muson bölgesidir.

Yüzeye yakın yerlerde sıcaklık değişimi daha fazladır. Bunun başlıca nedenleri:

1. Atmosferin yeryüzünden ısınması,
2. Troposferin alt katlarında su buharının bulunması,
3. Atmosferin alt katlarının daha yoğun olması,
4. Atmosferin alt katlarındaki hava hareketleri ve buna bağlı olarak sıcaklığın yer değiştirmesi (ısı transferi).

Sıcaklık Terselmesi

Bazı durumlarda ve belirli şartlar altında sıcaklığın yerden yükseldikçe artması gerekirken, yükseldiği seviyelerde düşmediği ve tersine arttığı olaydır. Belirli bir seviyeden sonra ise sıcaklık normal olarak azalmaya devam eder. Sıcaklık terselmesi, troposferin yeryüzüne yakın katlarını ilgilendiren bir olaydır. Terselme görüldüğünde yeryüzündeki hava sıklıkla sıfır derecenin altına düşer ve buna bağlı olarak don olayı görülebilir. Bu sırada hava içindeki su buharı yoğunlaşarak sis oluşumuna yol açar. Genellikle sis oluşumu bir terselmenin gerçekleşmesine neden olur. Bu olay, genellikle kışın ve erken ilkbaharda görülür.

Terselme olayı aslında troposferin yaklaşık 1–2 kilometre yükseklikte meydana gelir ve yeryüzünde tarım açısından önemli etkiler yaratır.

Oluşumlarına göre terselme üç ana gruba ayrılır:

1. Termik nedenli terselme (statik terselme)
2. Vadi ve havza terselmesi
3. Cephe terselmeleri (dinamik terselme)