Türkiye’de Hortumlar, Şiddetli Dolu Hadiseleri, Ve Oluştukları Çevre Koşulları

Abstract

Şiddetli konvektif fırtınalar, dünya genelinde ölümler ve maddi zararlarla sonuçlanan meteorolojik afetlerin önemli bir kısmından sorumludurlar. Ani taşkın ve seller, zarar verici hamleli rüzgarlar, dolu, hortum, yıldırım gibi olaylar şiddetli konvektif fırtınalar ile ilişkilidir. Türkiye’de sadece dolunun neden olduğu tarımsal zararlar yılda 73 milyon doları aşmaktadır. İçeriklere-dayalı yaklaşıma göre bir konvektif fırtınanın oluşumu için gerekli üç içerik vardır: Kararsızlık, nem ve kaldırma mekanizması. Şiddetli konvektif fırtınalar içinse bunlara ek olarak düşey rüzgar kayması da mevcut olmalıdır. Bu içeriklerin bir bölgede bir an için ne ölçüde bir arada bulunduğu, o bölgede o an için şiddetli konvektif fırtınaların oluşum riskine işaret etmektedir. Bahsedilen içerikler birer meteorolojik parametre değildirler, ancak çeşitli meteorolojik parametrelerle bu içeriklerin mevcut olup olmadığı, mevcutsa hangi mertebede olduğuna dair çıkarımlar yapılabilir. Ancak kullanılacak meteorolojik parametreler daha çok ABD’de yapılan çalışmalarca ve ABD’de görülen koşullar için belirlendiğinden, dünyanın diğer bölgelerinde benzer temsiliyeti ve tutarlılığı sağlayamamaktadır. Bunda sinoptik klimatoloji, coğrafi konum, orta ölçekli süreçler, topoğrafik etkiler, vb pek çok etmen rol oynamaktadır. Bu yüzden şiddetli konvektif fırtınalar için ilgili bölgenin koşulları baz alınarak çalışmalar yapılmalı, bunların nerelerde hangi sıklıkla ve hangi şiddette meydana geldiği tespit edilmeli, ilgili klimatolojiler oluşturulmalı, meydana geldikleri çevre koşulları incelenmeli, ve elde edilen çıkarımlarla tahminlerde kullanılabilecek meteorolojik parametreler ve modeller belirlenmeli ya da geliştirilmelidir. Konvektif fırtınaların orta uzay ve zaman ölçeklerinde meydana gelmesi, tahminlerindeki en önemli güçlüktür. Günümüzde atmosfer modellerinin gelişimi ile sinoptik ölçekte hava tahmininde başarı oranı oldukça yüksek olup orta ölçekte bu başarı sağlanmış değildir. Bunda halihazırdaki gözlemlerin atmosfer koşullarını tam olarak temsil edememesi, küçük ölçekli topoğrafik etkiler, parametrizasyonlar, model hataları vb rol oynamaktadır. İyi konfigüre edilmiş, 1 km mertebesinde grid aralığıyla çalışan bir orta ölçekli model ile konvektif hücreler simüle edilebilmekteyse de, bu hücrelerin yeri, zamanı, süresi, şiddeti, cinsi doğru olarak tahmin edilememektedir. Bu yüzden özellikle radar ve uydu gözlemleri ile otomatik meteoroloji istasyonlarından alınan anlık verilerin, bir konvektif fırtınanın oluşum ve gelişimi anında tahmincilerce değerlendirilerek çok kısa vadeli tahminlerinin (nowcasting) yapılması meteorolojik uyarıların temelini oluşturmaktadır. Ancak nowcasting tekniklerinin en fazla bir kaç saat mertebesinde bir vadede tahmini mümkün kılmasından ötürü, yapılan uyarılar önlem alınmasını sağlayamamaktadır. Tahmin tutarlı olsa dahi etkilenecek insanlar çoğunlukla afet gerçekleştikten sonra uyarıdan haberdar olmaktadırlar. Sonuç olarak zarar verici hadiselerin oluşma riskinin birkaç gün öncesinden tahmin edilmesi büyük önem taşımaktadır, ve tahmin için de ilgili bölgenin sinoptik klimatolojisinin bilinmesi, bölgede şiddetli konvektif fırtınaları üreten ya da destekleyen çevre koşullarının ortaya çıkarılması, orta ölçekli süreçlerin incelenmesi, yerel etkilerin ortaya çıkarılması gerekmektedir. Bu çalışmanın amacı, Türkiye’de oluşan şiddetli konvektif fırtınaların alansal ve zamansal dağılımlarının belirlenmesi, bunların operasyonel tahmininde kullanılabilecek kavramsal model ve/veya fiziksel parametrelerin belirlenmesi ya da geliştirilmesi için ilgili çevre koşullarının araştırılmasıdır. Çalışma, üç ana kısımdan oluşmaktadır. Bunlardan ilk ikisi Türkiye’nin hortum klimatolojisi ve iri taneli dolu klimatolojisini sunmakta, sonuncusu ise hortum ve iri taneli dolu hadiselerinin oluştuğu çevre koşullarını incelemektedir. Türkiye’de meydana gelen hortum hadiselerine ilişkin kapsamlı bir veritabanı olmaması nedeniyle, ilk olarak çeşitli kaynaklardan veriler toplanmış ve bir veritabanı oluşturulmuştur. Meteoroloji Genel Müdürlüğü Fevk rasatları, European Severe Weather Database, eski gazete arşivleri (Cumhuriyet, Milliyet, Hürriyet, vb), internet taramaları, sosyal medya, Osmanlı Arşivi gibi kaynaklardan elde edilen bilgiler güvenilirlik derecelerine göre sınıflanmış, bunlardan şüpheli olanlar elimine edilerek kalanlar klimatolojiye dahil edilmiştir. Eldeki bilgiler yeterli olduğu durumda hortumlar mezosiklonik ve mezosiklonik olmayan şeklinde iki gruba ayrılmış, kalanları ise “bilinmeyen” kategorisinde değerlendirilmiştir. 1818’den 2013’e kadar gerçekleşen 385 hortum hadisesinin 225’i son 5 yıla ait kayıtlardadır. Bundaki ana neden, iletişimdeki büyük gelişim (internet ve akıllı telefonlar), Türkiye’de hortum oluşumlarına dair farkındalığın oluşmaya başlaması, ve bu çalışma kapsamında aktif olarak veri araştırılmasıdır. Kayıtlardaki trende bakılarak olası bir iklim değişimi ya da değişkenliği üzerine yorum yapmak ise şu noktada güçtür. Son 5 yılda, en az 7’si mezosiklonik olmak üzere Türkiye’de yılda ortalama 45 hortum hadisesi kayıt edilmiştir. Bu değer 10000 km2’de 0.57 hadiseye karşılık gelmekte, ve Avrupa’daki hortum sıklığıyla uyumlu bir görünüm çizmektedir. Öte yandan, Türkiye’deki hortumların coğrafi dağılımı son derece heterojendir. Akdeniz ve Ege kıyıları en fazla hortumun gözlendiği bölgeler olup (385 hortumun 207’si burada gözlenmiştir), frekans Antalya-Anamur arası bant, yılda 10000 km2’de 19 hortum ile Avrupa’nın en çok hortum görülen bölgelerinin başında yer almaktadır. Türkiye’de hortumlar farklı bölgelerde farklı mevsimlerde meydana gelmektedir. Akdeniz ve Ege kıyılarındaki hortumların daha çok kış aylarında gerçekleştiği görülmektedir. Bunların önemli bir kısmı mezosiklonik olmayan su hortumlarıdır. Ancak bölgede özellikle Ekim ve Kasım aylarında süper hücreli fırtınalarla ilişkili güçlü hortumlar da gözlenmiştir. Öte yandan, Karadeniz kıyıları yaz sonu ve sonbahar başında daha sıklıkla hortum hadisesine tanık olmaktadır. Bunların da ezici çoğunluğu su hortumlarıdır. İç bölgelerde ise mezosiklonik hortumlar daha ağırlıkla görülmektedirler; daha yıkıcı olan bu hortumlara özellikle Mayıs ve Haziran aylarında rastlanmaktadır. Hortum kayıtlarına göre, gün içerisinde daha çok öğleden sonra ve akşam saatlerinde bu hadiseye rastlanmaktadır. Bunda konveksiyonel döngü ve rapor edilme değişimlerinin etkili olduğu değerlendirilmektedir. Zarar vermiş hortum kayıtlarına göre Fujita ölçeğine göre sınıflandırılma yapılmış, bunlar arasında en fazla sayıda hortumun F1 şiddetinde olduğu bulunmuştur. Bu noktada zayıf hortumların (F0) rapor edilmeme oranlarının daha yüksek olduğu değerlendirilmesi yapılabilir. Öte yandan, (en az) F3 şiddetinde en az 4 hortum tespit edilmiştir. Türkiye’de iri taneli dolu hadiseleri de sıklıkla görülmektedir. Kimi zaman yumruk büyüklüğünde görülmüş, 480 gramlık, hatta daha ağır dolu taneleri rapor edilmiş, zaman zaman yarım metreye ulaşan dolu birikintileri gözlenmiştir. İri taneli dolu binalara ve tarıma verdiği zararın yanısıra zaman zaman yaralanmalara da yol açmış, küçükbaş hayvanların sürüler halinde ölümüne neden olmuştur. Hortum veritabanında olduğu gibi, iri dolu hadiseleri veritabanının oluşturulmasında da resmi kayıtların dışında gazete arşivleri ve internet kayıtları gibi kaynaklar taranmıştır. Çalışmada iri taneli dolu hadiselerine odaklanılmıştır, bu da 1.5 cm ve daha büyük çaptaki doluları kapsamaktadır. Dolu büyüklüğü hakkında, ABD’de olduğu gibi daha çok farklı objelerle mukayese şeklinde kayıtlar mevcuttur. Bunlardan en sık rastlanan fındık büyüklüğünde dolu hadiseleridir. Toplamda 1489 iri taneli dolu hadisesinin 721’i fındık büyüklüğünde şeklinde bildirilmiştir. Bunun hemen ardında, 436 tane ile ceviz büyüklüğü ifadesi yer almaktadır. Literatürde hemen hemen tamamının süper hücreli fırtınalardan meydana geldiği değerlendirilen 4.5 cm ve daha büyük çapta dolular için ise “çok iri” kategorisi oluşturulmuştur. İri dolu hadiseleri, 1.5 cm, 3.0 cm, 4.5 cm ve 6.0 cm eşik değerleri ile birlikte 4 ayrı sınıfta toplanmıştır. İri dolu klimatolojisi, 1925-2014 yılları arasında toplam 1107 günde meydana gelen 1489 hadiseyi kapsamaktadır. Bunlardan % 8.3’ü çok iri taneli dolu hadiseleridir. Rapor edilmeyen, ya da büyüklük bilgisi belirtilmeyenler düşünüldüğünde, bu sayının çok daha fazla olduğu değerlendirilmektedir. Son yıllarda daha fazla veriye erişimin mümkün olduğu gerçeğinden hareketle, 2009-2013 arasında yılda 10000 km2’de ortalama 0.54 hadisenin gerçekleştiği hesaplanmıştır. Öte yandan, en yüksek frekansın görüldüğü yıllar son yıllar değildir. 1960’larda yılda en az 29 hadise rapor edilmiş, 1963’te bu sayı 74 olmuştur. Bunda o yıllarda Kuzey Atlantik jetinin nispeten güneye inmesinin ve siklon frekansının artmasının rol oynadığı değerlendirilmektedir. 2005’ten sonraki artışın ise olası meteorolojik faktörler dışında internet gibi daha geniş kaynaklardan veri elde edilebilmesine bağlanması mümkündür. Çok iri taneli dolu hadiselerinin yıllara bağlı değişimi değerlendirildiğinde, 1960 sonrasında olduğu gibi öncesinde de benzer frekans gözlenmekte, bu da 1960 öncesi 1.5 cm-4.5 cm arası dolu hadiselerinin gerçekte olduğundan daha az rapor edildiğine işaret etmektedir. Türkiye’de iri taneli dolu hadiseleri en çok ilkbahar ve yazın görülmektedir. Mayıs ve Haziran aylarında gerçekleşen iri taneli dolu hadisesi sayısı, diğer tüm aylarda gözlenenlerin toplamından daha fazladır. Yine çok iri taneli dolu da en sık Haziran ve Mayıs’ta, daha sonra Temmuz ve Ağustos’ta görülmektedir. En düşük frekans Aralık ayındadır. Bu dağılım, Avrupa’nın güneyindeki diğer ülkelerin dağılımları ile uyumlu bir görünüm arz etmektedir. Sadece Güney Kıbrıs’ta kış ayları pik aylar olup, güney kıyılarımızdaki mevsimsel döngüde de bu fark belirgindir. İri taneli dolu hadiseleri, hortumlardan farklı olarak, Türkiye’nin hemen hemen tamamında homojen bir dağılım sergilemektedir. Ancak farklı bölgelerde farklı mevsimsellik de mevcuttur. Yukarıda belirtilen genel dağılımın dışında kışın Akdeniz kıyıları, Nisan’da güneydoğu Anadolu’da iri taneli dolu belirgin biçimde görülmektedir. Öte yandan, kuzeydoğu kesimlerde iri dolu riski yaz boyunca sürmektedir. Bu dağılımlar, sadece iri doluları kapsamayan, meteoroloji istasyonlarındaki tüm dolu hadiselerini içeren dolulu gün sayısı istatistikleri ile de örtüşmektedir. Hortumlarda olduğu gibi, iri taneli dolu hadiselerinde de öğleden sonra ve akşam saatleri günün en riskli saatleri olarak öne çıkmaktadır. Bu durum, yıldırım ve şimşek sensörlerince elde edilen veri ile kıyaslandığında, Türkiye’deki yıldırımların günlük dağılımı ile paralellik göstermektedir. ERA-Interim reanaliz verisi kullanılarak, veritabanındaki hortum ve iri dolu hadiselerine ait çevre koşulları incelenmiştir. Reanaliz verisi 1979’dan başladığı için 1979-2013 arası 35 yıllık bir zaman dilimi değerlendirilmitşir. 0.75 derece yatay grid aralıklı ve yüzeyin yanısıra 1000 hPa – 100 hPa arası 27 seviye de içeren veri, 00UTC ve 12UTC başlangıç zamanlı 3 saatlik aralıklı tahminler halinde kullanılmıştır. Hesaplanan parametrelerin çeşitli kategorilere göre dağılımı elde edilmiş, buna göre genel olarak hortum ve iri dolu hadiselerinin 2000 J/kg’a varan CAPE değerlerinde oluştuğu gözlenmiştir. Bu değerler genel olarak ABD’dekilerden düşük olmakla birlikte, Avrupa’da gözlenenlerle aynı seviyede, kimilerinden ise daha yüksektir. CAPE hesaplanmasında kullanılan parsel kalınlaştıkça bu değerler düşmektedir. Her ne kadar mezosiklonik hortumlar, F2+ hortumlar, çok iri dolu taneleri ve süper hücreli fırtınalar esnasında daha fazla CAPE değerleri mevcutsa da, bu parametre tek başına kategoriler arasında büyük bir ayrım göstermemektedir, dolayısıyla sadece CAPE’e dayalı olarak bunların arasındaki farkı tahmin etmek mümkün değildir. Çeşitli tabakalardaki düşey sıcaklık gradyanı ele alındığında ise, mezosiklonik olmayan hortumların 850-700 hPa ve 700-500 hPa gibi yerden yüksek tabakalarda daha az kararsızlığa sahip olduğu belirgindir. Bu tabakalarda ilgili kategorideki lapse rate, diğerlerinden farklı olarak % 75 gibi bir oranla 6.5 K/km altında değerlere sahiptir. Bunda yer (ya da deniz) seviyesindeki yüksek kararsızlığa rağmen hemen yukarıda kararsızlığın mevcut olmadığı, kıyılardaki su hortumları ağırlıktadır. Türkiye’de mezosiklonik hortumlar ve özellikle F2+ hortumların oluştukları çevre koşullarında, 0-6 km shear değerlerinin medyanı 20 m/s üzerindedir. Bunları süper hücreli fırtınalar, çok iri dolu taneleri ve kategorize edilmemiş hortumlar takip etmektedir. Bu değerler ABD’de gözlenenlerle kıyaslanabilir büyüklükte olup, Avrupa’da gözlenenlere oranla genllikle daha yüksektir. Mezosiklonik olmayan hortumlarsa en düşük shear dağılımına sahip olup, medyan değer 10 m/s civarındadır. Bunlardan % 75’i 15 m/s ve daha az shear ortamında gerçekleşmiştir. Aşağı seviye shear verileri ise, daha önce ABD için yapılan çalışmalardakinden daha düşüktür. Bunda kullanılan reanaliz verisinin karmaşık Türkiye topoğrafyasını iyi temsil etmemesi gibi faktörlerin etkili olduğu değrlendirilmektedir. Avrupa’daki kimi çalışmalarda da benzer sonuçlar mevcuttur. 0-1 km shear dağılımlarına göre, tüm kategorilerde değerler düşük olmakla birlikte, mezosiklonik olmayan hortumlarda en düşük değerler gözlenmiştir. SRH dağılımlarında da 0-3 km’de anlamlı şekilde F2+ ve mezosiklonik hortum kategorileri en yüksek değerlere sahiptir, 1000 m2/s2’yi aşan miktarlarla çok şiddetli hava olaylarının mümkün olduğu göze çarpmaktadır; öte yandan 0-1 km için nispeten düşük değerler gözlenmektedir. Türkiye’de LCL seviyesi genel olarak tüm fırtına tiplerinde 1500 m’nin altında seyrettiğinden, ABD’de olduğu gibi hortum tahmininde belirleyici bir role sahip değildir. Benzer durum Hollanda gibi Avrupa ülkeleri içi nde geçerlidir. Öte yandan, dolu hadiselerinde hortumlara göre nispeten yüksek bulut tabanı gözlenebilmektedir. Modern kompozit indeksler ele alındığında, SCP’nin Türkiye’de anlamlı bir dağılımı olduğu söylenebilir. Birimsiz bu indeksin 2 ve daha üstündeki değerlerinde süper hücreli fırtınalar, çok iri taneli dolu hadiseleri ve mezosiklonik hortumlar gözlenmiştir. Mezosiklonik olmayan hortumlarda ise bu değer 0 civarındadır. İri dolu hadiseleri ile çok iri dolu hadiselerini ayırmada da bu indeks başarılı olmaktadır. 0-3 km ve 0-1 km için hesaplanan EHI değerleri de F2+ hortumlar, mezosiklonik hortumlar, çok iri dolu hadiseleri ve süper hücreli fırtınaların tahmininde ayırt edici şekilde kullanılabilir. Öte yandan, ABD’de hortum tahmininde faydalanılan STP’nin Türkiye dağılımları çok düşük değerlerde seyretmektedir. Bunda reanaliz verilerinde özellikle aşağı seviye shear’inin düşük olması etkilidir.

This thesis investigates the tornadoes, severe hail, and their environmental features in Turkey. Climatologies of tornadoes and severe hail are prepared using various data sources, from official records to newspaper and internet reports, after a rigorous quality control check. The first part presents the first and most comprehensive climatology of tornadoes in Turkey to date. Tornado reports in Turkey historically have been sporadic and difficult to obtain, but reporting has improved in recent years for a number of reasons. Nonmesocyclonic tornadoes (waterspouts) are relatively common in the fall and winter along the Turkish coastlines, especially the southern and western coastlines of the Mediterranean and Aegean Seas, respectively. In fact, the southern coastline from Antalya to Anamur is likely among the most tornado-prone regions of Europe. Tornadoes in interior Turkey are less common, or at least reported less often. However, Turkey’s strongest (and deadliest, despite a relatively low-population density) tornadoes have occurred here, most often in late spring, and are associated with supercells. The second part focuses on the severe hail occurrences in Turkey. Investigating the spatial and temporal distribution of severe hail is a prerequisite for understanding and ultimately predicting the environmental conditions that are favorable for severe hail. Turkey’s severe hail climatology reveals that all parts of the country are vulnerable to severe hail (larger than or equal to 1.5 cm), and it can occur in any season of the year. The largest hailstones exceed 5 cm in diameter and 480 g in mass. Severe hail in Turkey is most likely in May and June, when severe hail is most likely in the interior of the country, especially in the east. Severe hail is least likely in the winter, though when it occurs in winter, it is most likely along the southern and western coasts. The afternoon and early evening hours are the most favorable time of the day for severe hail. The long-term variations in Turkish severe hail events (e.g., the 1960s maximum and early 2000s minimum) are also discussed. Thermodynamics of severe convective storms in Turkey are similar to relatively stronger than those in Europe, but considerably weaker than those in the US. This can partially be attributed to the latitude, and surrounding warmer seas. For deep layer shear, the situation is similar. However, low level shear appear to be lower. Complex topography of Turkey, being not represented in coarse reanalysis data might have contributed to this, effecting also the SRH values. LCLs are much lower than US environments, and similar to European ones, as expected. Composite parameters can be useful for discriminating severe weather. EHI and especially SCP are found to be useful in discriminating supercell and very large hail environments, as well as mesocyclonic tornado events from other storm categories. However, STP is not found to be a good discriminator for tornado forecasting.