Batman havalimanı sis analizi ve uzun süreli sislerin alçak seviye jetleriyle olan ilişkisi

Abstract

Havacılık sektörü, ulaşımın hızı ve güvenilirliği nedeniyle son yıllarda büyük bir gelişme göstermiştir. Her yıl milyonlarca insan ulaşım aracı olarak hava taşımacılığını seçmektedir. Bu gelişime paralel olarak uçuş güvenliği konusu daha da kritik bir hâle gelmiş, meteorolojik koşulların uçuş operasyonları üzerindeki etkisi daha fazla önem kazanmaya başlamıştır. Uçuş emniyetinin en önemli dallarından biri meteorolojidir. Meteorolojik koşullar uçuş aktivitelerinde aksamalara veya kazalara neden olabilir. Uçuş aktivitelerini etkileyen meteorolojik koşullardan biri de düşük görüş mesafesi nedeniyle oluşan sistir. Sis, uçuş iptallerine, rötarlara ve güvenlik risklerine yol açabilmektedir. Bu bağlamda, sis olaylarının doğru şekilde tespit edilmesi ve tahmin edilmesi, hava taşımacılığının emniyetli bir şekilde sürdürülmesi açısından hayati öneme sahiptir. Bu tez çalışması, Türkiye'nin güneydoğusunda yer alan Batman Havalimanı'nda 2010–2024 yılları arasındaki 15 yıllık dönemi kapsamaktadır. Çalışmanın temel amacı, bu periyotta meydana gelen sis olaylarını; frekans, süre, oluşum zamanı ve türleri açısından analiz ederek, özellikle 24 saat ve daha uzun süreli sis olaylarının atmosferik sınır tabakadaki bir fenomen olan alçak seviye jetlerle (Low-Level Jets – LLJ) olan ilişkisini incelemektir. LLJ'ler, atmosferin alt seviyelerinde gözlenen rüzgâr hızının yerel maksimuma ulaştığı alanlardır ve nem taşınımı, türbülans üretimi ve sıcaklık yapısında değişimlere yol açmaları nedeniyle sis oluşumu üzerinde doğrudan ve dolaylı etkiler yaratabilmektedirler. Çalışmada kullanılan veriler, Türkiye Meteoroloji Genel Müdürlüğü (MGM) ile Iowa State University'nin IEM veri tabanından elde edilen 8285 adet METAR ve SPECI havaalanı gözlem raporuna dayanmaktadır. Bu veriler, Batman Havalimanı'ndaki görüş mesafesi, sıcaklık, çiy noktası sıcaklığı, rüzgâr yönü ve hızı, bulut yüksekliği, dikine görüş ve basınç gibi meteorolojik parametreleri içermektedir. Ayrıca, sinoptik ölçekte yapılan analizlerde radiosonde (yüksek seviye balon) verilerinden ve çeşitli uydu görüntüleri (Night Microphysics ve 24-Hour Microphysics RGB) ile elde edilen atmosferik görsel verilerden faydalanılmıştır. Sis olayları uçuş güvenliği açısından kritik önem taşımakta ve Batman Havalimanı'nın ILS CAT I kategorisinde yer alması sebebiyle görüş mesafesi sınırlarının altında gerçekleşen meteorolojik olaylar detaylı biçimde sınıflandırılmıştır. Sis olayları, sıcaklık, çiy noktası sıcaklığı, bulut yüksekliği, görüş mesafesi, rüzgâr yönü ve şiddeti gibi parametrelere göre kategorilere ayrılmış; sisli günlerin zaman, mevsim ve yıl bazında dağılımı analiz edilmiştir. Çalışmanın en önemli çıktılarından biri, 15 yıllık süreçte toplam 751 sisli günün tespit edilmesi ve bu günlerin toplamda 3834,85 saatlik süreye denk gelmesidir. En fazla sisli gün 2013 yılında, en uzun süreli sis ise 2014 yılında yaşanmıştır. En az sisli yıl ise 2010'dur. Sis olaylarının %75'i gece saatlerinde (22:00–06:00 UTC) meydana gelmiştir. Kış mevsimi açık ara farkla en yoğun sis oluşumuna sahip dönemdir. Sis türleri; radyasyon sisi, adveksiyon sisi, bulut tabanı alçalması, yağış sisi ve sabah buharlaşma sisi olmak üzere sınıflandırılmış, en yaygın görülen türün radyasyon sisi olduğu belirlenmiştir. Alçak seviye jetler (LLJ), sınır tabakada ortaya çıkan rüzgâr hız maksimumlarıdır ve sis oluşum mekanizmalarını dolaylı yoldan etkileyebilmektedir. Özellikle bazı bölgelerde güneybatı yönlü LLJ'lerin sisli alanlara nem taşıyarak sisin gelişimini ve süresini uzattığı; buna karşın güçlü kuzeyli LLJ'lerin türbülans ve hava karışımı ile sisin dağılmasına neden olduğu düşünülmektedir . Tezin en özgün katkılarından biri, Türkiye'deki sis ve alçak seviye jeti arasındaki ilişkini araştırıldığı ilk çalışma olmasıdır. Bu çalışmada uzun süreli sis olaylarında LLJ etkisinin sinoptik ölçekte ve yüksek seviye gözlemlerine dayanarak alçak seviye analizi yapılmıştır. LLJ'ler, atmosferin alt seviyelerinde görülen yüksek hızlı rüzgâr akımlarıdır ve özellikle nem taşınımı, türbülans yaratma ve sıcaklık profilini etkileme yoluyla sis oluşumunu doğrudan etkileyebilirler. Bu çalışmada, LLJ etkisini anlamak için dört uzun süreli sis olayı seçilmiş ve sinoptik analizlerle desteklenmiştir: Tezde bu kapsamda 21 Ocak 2013, 18 Aralık 2013, 28 Aralık 2013 ve 8 Şubat 2017 tarihli uzun süreli sis olaylarının sinoptik analizleri yapılmış ve LLJ etkileri somut verilerle değerlendirilmiştir. Yapılan sinoptik analizlerde, LLJ'lerin yönü ve yüksekliği ile sisin yoğunluğu arasında kuvvetli ilişkiler tespit edilmiştir. Tezde ayrıca, Batman Havalimanı'ndaki METAR rasatlarında kullanılan sis kodları (FG, BCFG, PRFG, VCFG, FZFG) açıklanmış, bu kodlar çerçevesinde görüş mesafesi ve diğer parametrelerin değişimi analiz edilmiştir. RVR (Runway Visual Range) değerleri ve dikine görüş (Vertical Visibility - VV) verileri üzerinden de analizler gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında elde edilen bulgular, literatürde daha önce farklı coğrafyalarda yapılmış benzer çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Özellikle Çin'in Tianjin bölgesinde yapılan çalışmalarda, LLJ'lerin sis olaylarının yaklaşık %50'si ile ilişkili olduğu bildirilmiştir. Bu tez kapsamında ise LLJ'lerin Batman Havalimanı'nda analiz edilen 16 uzun süreli sis olayının 4'ünde (%25) etkili olduğu tespit edilmiştir. LLJ yönü ve şiddeti ile sis yoğunluğu arasındaki korelasyon bu oranların daha yüksek olabileceğini düşündürmektedir; zira bazı LLJ olaylarının sinoptik ölçekte etkilerinin yüzeye yansımamış olabileceği ihtimali de mevcuttur. Ayrıca, sisin oluşumuna katkı sağlayan diğer atmosferik değişkenlerin (örneğin yüzey inversiyonları, yüzey nemi, sıcaklık gradyanları gibi) LLJ ile birlikte değerlendirilmesi gerektiği vurgulanmıştır. LLJ'lerin sis üzerindeki etkisini anlamak için kullanılan yöntemler arasında sinoptik harita analizi, yüksek seviye rüzgâr yön ve hız değerlerinin değerlendirilmesi ve sisli zamnalardaki atmosferik sınır tabaka özellikleri gibi analizler kullanılmıştır. Bulgulara göre, LLJ'lerin yönü ve şiddeti, sisin yoğunluğunu doğrudan etkilemektedir. Ayrıca, atmosferik stabilite, yüzey inversiyonu ve yüzey sıcaklık gradyanları da LLJ ve sis arasındaki etkileşimde önemli parametrelerdir. Bu çalışma Batman Havalimanı'nda gözlemlenen sis olaylarının sistematik analizini yaparak havacılık meteorolojisi açısından önemli bir konuya değinilmiştir. Sis oluşumunun sadece yüzey meteorolojisi ile değil, atmosferin alt katmanlarında oluşan jet akımlarıyla da bağlantılı olduğu açıkça ortaya konmuştur. LLJ'lerin hem olumlu hem de olumsuz etkilerinin bulunduğu ve sis oluşumu üzerinde LLJ'lerin etkisinin de değerlendirilmesi gerektiği vurgulanmıştır. Bu bulgular ışığında, Batman Havalimanı'nda uzun süreli sis tahminlerinin daha hassas yapılabilmesi ve hava trafiğinin aksamaması adına operasyonel planlamalara LLJ etkilerinin entegre edilmesi önerilmektedir. Tez, havacılık meteorolojisi, sınır tabaka meteorolojisi ve sinoptik analiz yöntemleri açısından hem akademik hem de pratik katkılar sunmaktadır. Sonuç olarak, Batman Havalimanı'nda sis olayları uçuş güvenliğini doğrudan etkileyen meteorolojik olaylar arasında yer almakta, bu olayların özellikle uzun süreli olanlarının LLJ'lerle ilişkisinin dikkate alınması gerektiği ortaya konulmuştur. Havalimanı operasyonlarının planlanmasında sisli hava koşulları ve bu koşulların oluşumunu etkileyen atmosferik süreçlerin dikkate alınması önem arz etmektedir.

The aviation sector has experienced significant growth in recent years due to the speed and reliability of transportation. Millions of people choose air transportation every year. In parallel with this development, the issue of flight safety has become even more critical, and the impact of meteorological conditions on flight operations has gained greater importance. Meteorology is one of the most important branches of flight safety. Meteorological conditions can cause disruptions or accidents in flight activities. One of the meteorological conditions that affects flight activities is fog, which occurs due to low visibility. Fog can lead to flight cancellations, delays, and security risks. In this context, the accurate detection and prediction of fog events is vital for the safe operation of air transportation. This thesis focuses on a 15-year period between 2010 and 2024 at Batman Airport, located in southeastern Turkey. The primary aim of the study is to analyze fog events in terms of frequency, duration, time of occurrence, and types, with particular attention to long-duration fog events lasting 24 hours or more, and to investigate their relationship with low-level jets (LLJs), a phenomenon in the atmospheric boundary layer. LLJs are characterized by local maxima in wind speed observed at lower atmospheric levels and are known to have both direct and indirect effects on fog formation through mechanisms such as moisture advection, turbulence generation, and alterations in temperature structure. The data used in the study were derived from a total of 8,285 METAR and SPECI aviation weather reports, obtained from the Turkish State Meteorological Service (MGM) and the Iowa Environmental Mesonet (IEM) database at Iowa State University. These data included meteorological parameters such as visibility, air temperature, dew point, wind direction and speed, cloud height, vertical visibility, and pressure observed at Batman Airport. In addition, synoptic-scale analyses employed radiosonde (upper-air balloon) data and satellite imagery from Night Microphysics and 24-Hour Microphysics RGB products to assess atmospheric conditions visually. One of the most important outcomes of the study is the identification of a total of 751 foggy days over 15 years, totaling 3834.85 hours. The most foggy day occurred in 2013, and the longest fog period occurred in 2014. The least foggy year was 2010. 75% of fog events occurred during the night hours (22:00–06:00 UTC). Winter is by far the period with the most intense fog formation. Fog types were categorized as radiation fog, advection fog, cloud base descent, precipitation fog, and morning evaporation fog, with radiation fog being the most common type. Low-level jets (LLJs) are wind speed maxima that occur in the boundary layer and can indirectly affect fog formation mechanisms. In particular, in some regions, southwesterly LLJs were found to prolong the development and duration of fog by carrying moisture to foggy areas. However, strong northern LLJs are thought to cause fog dispersion through turbulence and air mixing. One of the most unique contributions of this thesis is that it is the first study to investigate the relationship between fog and the low-level jet in Turkey. This study conducted a low-level analysis of the LLJ effect on long-duration fog events at the synoptic scale and based on high-level observations. LLJs are high-speed wind currents observed in the lower atmosphere and can directly affect fog formation, particularly by transporting moisture, creating turbulence, and affecting the temperature profile. In this study, four long-duration fog events were selected and supported by synoptic analyses to understand the LLJ effect. In this context, the thesis conducted synoptic analyses of the long-duration fog events dated January 21, 2013, December 18, 2013, December 28, 2013, and February 8, 2017, and evaluated the LLJ effects with concrete data. The synoptic analyses revealed strong relationships between the direction and height of the LLJs and the density of the fog. The thesis also explains the fog codes (FG, BCFG, PRFG, VCFG, FZFG) used in METAR observations at Batman Airport, and analyzes the changes in visibility and other parameters within the framework of these codes. Analyses are also conducted on RVR (Runway Visual Range) values and Vertical Visibility (VV) data. The results of the study were also compared to similar research conducted in different regions. Notably, studies conducted in Tianjin, China, reported that approximately 50% of fog events were associated with LLJs. In this thesis, LLJs were found to be present in 4 out of 16 analyzed long-duration fog events at Batman Airport, corresponding to 25%. This figure may in fact be higher, as some LLJs might not have manifested clearly at the surface level despite their presence in the upper atmosphere. The findings suggest that additional atmospheric variables such as surface inversions, near-surface humidity, and temperature gradients should also be considered when assessing fog formation in relation to LLJs. Methods used to examine the influence of LLJs included synoptic map analysis, evaluation of upper-level wind direction and speed, and characterization of boundary layer conditions during fog events. The results demonstrated that the direction and strength of LLJs directly affected fog density and duration. Furthermore, atmospheric stability, surface inversions, and near-surface temperature gradients were found to be key parameters in the interaction between LLJs and fog. By providing a systematic analysis of fog events observed at Batman Airport, this study contributes to a critical topic within the field of aviation meteorology. It clearly illustrates that fog formation is not only related to surface meteorological conditions, but also significantly influenced by jet flows within the lower atmosphere. The study emphasizes that LLJs have both positive and negative impacts on fog formation and that their role must be taken into consideration in forecasting models and operational planning. In light of these findings, it is recommended that LLJ effects be integrated into operational planning to ensure more accurate long-term fog forecasts at Batman Airport and to avoid disruptions to air traffic. The thesis offers both academic and practical contributions in terms of aviation meteorology, boundary layer meteorology, and synoptic analysis methods. Based on these findings, it is recommended that LLJ dynamics be incorporated into operational planning and fog forecasting systems to ensure more accurate long-term fog predictions and to prevent disruptions to air traffic. The thesis provides both academic and practical contributions to the fields of aviation meteorology, boundary layer meteorology, and synoptic-scale weather analysis. In conclusion, fog events at Batman Airport are among the most critical meteorological factors affecting flight safety. The findings of this study demonstrate that long-duration fog events are strongly influenced by the presence and characteristics of LLJs, and that these dynamics should be carefully considered in the planning of airport operations. Integrating atmospheric processes affecting fog formation into routine forecasting procedures will enhance aviation safety and improve the efficiency of air traffic management.