Atmosferde su baharı çok az olmasına nazaran çok önemli bir elemandır. Çünkü meteorolojik olayların oluşmasında etkilidir. Atmosferdeki su buharının kaynağını toprak ve su yüzeyinden buharlaşan su oluşturur. Atmosferde su buharı sürekli fakat değişik miktarlarda bulunur. Su buharı atmosferde gözle görülemeyecek düzeyde olup, çiğ, kırağı, sis ve bulut biçimine dönüşerek görülebilir hale gelmektedir. Atmosferdeki su buharı atmosferin her yerinde eşit olarak dağılım göstermez. Özellikle tropik bölgelerde daha fazla bulunur.
Su yüzeyinden, nemli topraktan ve bitkilerden buharlaşarak atmosfere karışan su, üç biçimde bulunur. Bunlar; gaz, sıvı ve buz kristalidir. Bir durumdan diğerine olan geçişler sıcaklığa yani ısı alışverişine bağlıdır. Bir durumdan diğerini geçiş aşağıdaki şekilde olur.
Buz -----------Su----------------Su Buharı
Erime Buharlaşma
veya
Su Buharı -----------------Su ------------- Buz
Yoğunlaşma Donma
Su buharı gr/m3 şeklinde ölçülür.
Havanın su buharı miktarı atmosferde zaman ve yer olarak çok fazla değişmektedir. Atmosfer bileşiminde su buharı miktarı:
- Deniz yüzeyinde ortalama %1,3
- Çok kurak bölgelerde %0
- Çok nemli bölgelerde ise %4'e kadar çıkmaktadır.
Atmosfer içindeki belirli bir hacimdeki hava belirli sıcaklıkta ancak belirli miktarlarda su buharı taşıyabilmektedir. Havanın en yüksek su buharı ile yüklenmesi "havanın doymuş durumu" olarak tanımlanır. Doymuş olan hava fazla su buharı alamaz. Havanın sıcaklığa bağlı olarak taşıyabileceği su buharı miktarı gr/m3 şeklinde ölçülür.
Havadaki nem miktarının verilen değerleri aşması durumunda yoğunlaşma meydana gelmektedir.
Atmosferdeki hava nemi mutlak nem, bağıl (oransal) nem, spesifik (özgül) nem ve buhar basıncı olarak tanımlanır.
- Mutlak Nem : Mevcut belirli bir havanın 1m3 'deki nemin gr. olarak miktarıdır. Mutlak nem miktarı, sıcak bölgelerden soğuk bölgelere gidildikçe azalır. Aynı şekilde mutlak nem yaz aylarında kış aylarından, gündüzleri gecelerden daha yüksektir.
- Bağıl (Oransal) Nem : Belirli bir sıcaklıta 1 m3 havanın içerdiği nemin (mutlak nem) o sıcaklıkta taşıyabileceği en yüksek nem miktarına oranıdır ve (%) olarak tanımlanır. Atmosfer içinde yükselme sonucu hava soğuduğunda veya havaya soğuk bir hava kütlesi karıştığında bağıl nem miktarı artar. Bağıl nem değerinin % 100' e eriştiği sıcaklığa çiğleme noktası adı verilir.
- Spesifik (özgül) Nem : Spesifik nem 1 kg. havanın taşıdığı nemin miktarıdır ve (gr) olarak belirtilir.
- Buhar Basıncı : Havadaki su buharı miktarı buhar basıncı olarak da anlatılır. Buhar basıncı; havanın toplam basıncı içerisinde su buharının altındaki yüzeye yaptığı basınçtır. Birimi mm.Hg yüksekliği olarak verilir. Maksimum buhar basıncı havanın sıcaklık derecesine göre değişir. Bazı sıcaklık derecelerindeki maksimum buhar basıncı şöyledir.
0°C --------- 4,58 mm.Hg
20°C --------- 17,4 mm.Hg
Hava Niminin Değişimi
Karalarda sabahları sıcaklığın minimum olduğu zaman olan gün doğuşu sarısında bağıl nem maksimum,
Sıcaklığın maksimum olduğu zaman olan öğleden sonraları ise minimum değere erişir.
Aynı şekilde, kış aylarında bağıl nemde bir maksimum, yaz aylarında ise bir minimum elde edilir.
Okyanusta günlük yada yıl içinde bağıl nem değerinde büyük değişiklik görülmez.
Bağıl nem oranları nemli karasal bölgelerde ve kutuplarda yüksek iken, subtropik bölgelerde düşüktür. Karasal bölgelerde hava sıcaklığının yüksek olması nedeni ile mutlak ve bağıl nem birlikte fazladır. Kutuplarda ise sıcaklığın az olmasına karşın bağıl nem değeri yüksektir. Subtropik bölgelerde mutlak nemin kutuplara oranla daha yüksek olmasına karşı atmosfer sıcaklığının fazlalığından dolayı bağıl nem değeri daha azdır.
Su buharı basıncı bağıl nemin aksine havanın soğuk olduğu zamanlarda daha düşüktür. Havanın sıcak olduğu zamanlarda daha yüksektir.
Bizim bulunduğumuz coğrafik bölgede ilkbahar ve yaz aylarında sabahın erken saatlerinde su buhar basıncı düşüktür. öğleye doğru havanın ısınması ve buna bağlı olarak artan buharlaşma ile su buharı basıncı yüksek bir düzeye erişir. (yaz = 2 max, -2 min) (Kış = 1 max - 1 min)
Hava Neminin Ölçülmesi :
- Psikometre İle Nem Ölçülmesi : Havadaki mutlak nem miktarı psikometre ile ölçülür. Psikometre, biri kuru, diğerinin haznesi ıslatılmış iki termometre ve bir vantilatörden oluşur. Termometrelere hazneleri çevresinden vantilatör yardımı ile hava akımı sağlanır. Islak haznede fazla buharlaşma nedeni ile termometrede sıcaklık düşmesi görülür. Çünkü buharlaşma için ısı enerjisi tüketilir. Havanın su buharı açısından doyma açığı ne kadar büyükse buharlaşma ve buna bağlı olarak ta ıslak ve kuru termometreler arasındaki sıcaklık farkı, o oranda büyüktür.
- Higrometre ile Nem Ölçülmesi : Yaygın olarak saçlı higrometreler kullanılmaktadır. Yağdan temizlenmiş insan saçı kullanılmaktadır. İnsan saçının nemlendiğinde uzaması esasına dayanır. Yalnız saç zamanla materyal yanılması gösterdiğinden, ara ara psikometre sonuçlarına göre ayarlanması gerekir.
Buharlaşma, yer ile güneş arasındaki enerji alışverişi sonucunda su moleküllerini birbirlerine bağlayan kohezyon kuvvetinin azalmasıyla ortaya çıkan bir olaydır.
Buharlaşma anında su molekülleri arasındaki bağlantı çok zayıflamakta ve moleküller bulunduğu yüzeyden ayrılarak atmosfere geçmektedir. Buharlaşma hava sıcaklığının, havanın çiğlenme noktası üzerinde olduğu zamanlar yani hava nem yönünden doyma açığı bulunduğu zaman olabilecektir. Buharlaşma için yer yüzündeki belli başlı kaynaklar :
- Okyanuslar,
- Denizler,
- Göller,
- Nehirler,
- Islak topraklar,
- Bitkilerdir.
Ortam sıcaklığına bağlı olarak 1 gr. su buharlaşırken çevreden 539-598 cal. alır. Ortalama 595 cal. kabul edilir. Bularlaşma hızı aşağıdaki faktörlerin etkisi altındadır.
- Havanın Nem İçeriği veya Doyma Açığı : Havanın nem içeriği oranında buharlaşma az veya çok olmaktadır. Nemli havalarda doyma açığı az olduğundan buharlaşma düşüktür.
- Hava Sıcaklığı : Havanın sıcak oluşu buharlaşmayı iki şekilde etkiler. Birincisi atmosferin sıcaklığı oranında taşıyabileceği nem miktarı da arttığından doyma açığı daha fazla olacaktır. İkincisi ise buharlaşmanın gereksinmesi olan enerjinin karşılanması yönündedir.
- Hava Hareketleri : Buharlaşan suyun yüzeyden ayrılmaması durumunda; atmosferin alt tabakası ile toprak veya su yüzeyindeki nem oranları bir birine eşit veya yakın olduğundan buharlaşma azalır veya durur. Buharlaşma olması için konveksiyonla su buharının, buharlaşan yüzeyden uzaklaşması gerekir. Buda hava hareketi ile mümkündür. Rüzgar hızı arttıkça buharlaşma artar.
- Hava Basıncı : Toprak ve su yüzeyinden oluşan buharlaşma bu yüzeylerdeki buhar basıncı ile daha yukarıdaki havanın buhar basıncı arasındaki fark ile orantılı olarak değişir.
- Yer veya Su Yüzeyinin Sıcaklığı : Yer veya su yüzeyi sıcaklığı arttıkça su moleküllerinin hızları artar. yüzeysel gerilim azalır. Bunun sonucunda toprak veya su yüzeyindeki havada nem ve buhar basıncı artacağından buharlaşma kolaylaşır.
- Su Kaynağının Miktarı ile Yoğunluğu : Buharlaşma meydana gelen yerde suyun az veya çok oluşu buharlaşmada etkilidir. Aynı şekilde suyun yoğunluğunun az olduğu yerlerde buharlaşma tuzlu sulara göre daha fazladır.
- Toprak ve Bitki Örtüsü Özellikleri : Toprak özellikleri topraktaki suyun buharlaşmasında önemli rol oynar. Toprak renginin koyu veya açık oluşu, toprak içindeki hava miktarı, toprağın tekstürü (vb) toprak faktörleri buharlaşmayı etkiler. Bitki örtüsünün varlığı ve çeşidi de buharlaşmayı etkiler. Bitki örtüsünün fazla oluşu topraktan kaynaklanan buharlaşmayı azaltır. Ancak toplam buharlaşma kendi bünyesinden oluşan transpirasyon biçimindeki buharlaşma nedeni ile artabilir.
- Evaporasyon : Evaporasyon; nemli toprak yüzeyi ile su yüzeyinden oluşan buharlaşma olarak bilinir.
- Transpirasyon : Bitkinin topraktan kökleri aracılığı ile aldığı suyun terleme yoluyla kaybolmasına transpirasyon denir.
- Evapotranspirasyon : Transpirasyon ve evaporasyonun isinin birlikte olmasına denir ve ikiye ayrılır.
- Gerçek Evapotranspirasyon : Mevcuk su miktarına göre meydana gelen toplam buharlaşmadır.
- Potansiyel Evapotranspirasyon : Bölgenin mevcut koşullarına göre yer yüzeyinde sürekli ve yeterli su olduğu durumlarda meydana gelecek en yüksek buharlaşma miktarıdır.
Karalar üzerinde en fazla buharlaşma ekvator bölgesinde meydana gelmektedir. Çünkü bu bölgede sıcak ve aynı zamanda yüksek buharlaşma subtropik kurak kuşağa doğru birden bire azalmakta ve orta enlemde ikinci bir maksimum değere ulaşmaktadır. İkinci maksimumların nedeni batı rüzgarlarıdır.
Kutuplara doğru sıcaklık azalmasına paralel olarak buharlaşmanın değeri de küçülmektedir. Karalardaki buharlaşma ile denizlerden olan gerçek buharlaşma karşılaştırıldığı zaman, kutuplarda denizlerden ve karalardan olan buharlaşma bir birine eşit ve ekvator bölgesindeki küçük bir alan dışında, yer yüzünün bütün enlemlerinde denizlerden olan gerçek buharlaşma karalardan daha büyüktür.
Buharlaşmanın Ölçümü ve Hesabı :
- Ölçme Yöntemleri :
- Buharlaşma Terazileri ile : En uygunu hild-buharlaşma terazisidir. Burada temel ilke buharlaşan suyun tartı ile bulunmasıdır. Su kaptan buharlaştıkça ibre kaç mm. suyun buharlaştığını gösterir. Ölçülen değer potansiyel buharlaşmayı gösterir.
- Buharlaşma Kapları : Bunlar su yüzeylerine ve arazi yüzeylerine yerleştirilen kaplardır.
- Deniz ve Göllere Yerleştirilen Buharlaşma Kapları : Belirli büyüklükte içi su dolu kaplar su içinde yüzmeye terk edilir. Tarım yönünden fazla önem taşımaz.
- Livingstone ve Ramsaver Sistemi (Evaporametre) : Bu yöntem buharlaşma kaplarına oranla doğal koşullara daha uygun düşmektedir. Buharlaşma yüzeyini gözenekli bir kıl küre oluşturur. Küreden buharlaşma oldukça, cam kaptan su ince bir boru yardımı ile kıl küreye doğru emilir. Kaptaki bölmelerden buharlaşan su miktarı, potansiyel buharlaşmayı gösterir.
- Lizimetreler : Özellikle tarıma yönelik evaporasyon ve evapotranspirasyon ölçmelerinde lizimetreler geniş ölçüde kullanılırlar. Bunlar değişik yüzey alanlarına sahip içi toprakla doldurulmuş tanklardır. Amaca göre lizimetre içinde bir bitki yetiştirilmektedir. Evapotranspirasyon ölçmelerinde lizimetreye belirli miktarda su verilir. Buharlaşan su yada lizimetre tartılarak yada lizimetreden drene olan su ölçülerek saptanır. Lizimetrelerle elde edilen buharlaşma değerleri uygulamaya daha uygundur.
- Buharlaşmanın Hesaplanması : Çeşitli meteorolojik faktörler göz önünde tutularak geliştirilmiş eşitliklerle buharlaşma miktarı hesaplanabilir.
Belirli sıcaklıktaki hava, ancak belirli miktarda su buharı taşıyabilir. Hava sıcaklığı, çiğlenme noktası sıcaklığının altına düştüğünde (diğer bir anlatımla bağıl nem oranı %100'den fazla olduğu durumlarda) su buharı sıvı duruma geçer. Bu olaya su buharının yoğunlaşması denir.
Toprak yüzeyinde veya yüzeyden fazla yüksek olmayan cisimler üzerinde ortaya çıkan yoğunlaşmaya sis, daha yükseklerdekine ise bulut adı verilir.
Hava Soğuma ve Yoğunlaşma Şekilleri
Atmosferde havanın soğuması, çiğlenme noktasının aşılması dolayısıyla yoğunlaşmanın oluşması çeşitli şekillerde olmaktadır.
- Nemli Havanın Soğuk Yüzeylere Çarpması ile : Açık ve berrak gecelerde radyasyonla toprak yüzeyi ısısı aşırı derecede düşmektedir. Bu yüzeylere çarpan nemli havadaki su buharı da soğumakta ve yoğunlaşma olmaktadır. Böylece çiğ meydana gelmektedir. Eğer soğuma çok fazla olursa su buharı toprak yüzeyinde donmaktadır ve kırağı meydana gelmektedir.
- Atmosfer Havasının Soğuması : Çeşitli nedenlerle soğuyan yer yüzü üzerindeki atmosfer alt tabakası havasında soğumasına neden olur. Özellikle geceleri sıcaklığın en düşük düzeye eriştiği zamanlarda nem miktarı çiğlenme noktasını aşarsa yoğunlaşma meydana gelmektedir. Bu biçimdeki yoğunlaşmalar sonucunda sis oluşur. Bunlarla birlikte sislerin oluşumu farklı şekillerde olabilir. Bunlar :
- Deniz Sisi : Ya sıcak deniz yüzeylerine soğuk havanın gelmesi ile yada soğuk deniz yüzeylerine sıcak havanın yayılması ile oluşur.
- Toprak Sisi : Toprağın ve bunu izleyen nemli havanın soğuması ile oluşur. Bunlar sonbahar ve kışın oluşan tipik sislerdir.
- Karışım Sisi : Sıcak ve soğuk havanın karışmasıyla oluşurlar. Bu çeşit sisler gündüzleri görülürler.
- Çeşitli Sıcaklıktaki Hava Kütlesinin Birbirine karışması : Sıcak hava kütlesinin daha soğuk bir bölgeye karışması, sıcak ve soğuk havanın bulunabileceği deniz kıyısı bölgelerde sık sık rastlanır.
- Havanın Yukarıya Doğru Hareketi : Toprak yüzeyindeki hava atmosfer içerisinde yükselirken hacimce genişlediğinden soğumaktadır. Şayet soğuma çiğlenme noktasına kadar inecek olursa yoğunlaşma oluşacaktır. Bu yoğunlaşma ile bulutlar meydana gelmektedir. Havanın yukarıya doğru hareketi buna bağlı olarak ta bulutların oluşumu çeşitli faktörlere bağlıdır.
- Termik Konveksiyon : Toprak yüzeyinde ısınmış nemli hava konveksiyonla atmosfer içerisinde yükselmektedir. Şayet atmosfer içerisinde her 100 metre yüksekliğe karşılık, sıcaklık farkı 1°C üzerinde ise aşağıdaki ısınmış hava hızlı bir biçimde yükselir. Bu koşullar düz alanlarda ve kentler üzerinde mevcuttur ve genellikle kümülüs tipi bulutların oluşmasına neden olur. Bu bulutlar belli yüksekliklerde yatay olarak hareket etmektedir. Eğer bu bulutlar aşağı tabakaları çevreye göre oldukça soğuk bir bölgeye gelirlerse alçalıp düşeceklerinden hava ısınacak ve bulutlar çözülecektir.
- Yer Yüzeyinin Engebelik (orografik) Durumu : Nemli hava rüzgarında etkisiyle genellikle yer yüzeyine paralel akar. Havanın hareket yönündeki yükseltiler; gelen bu havanın yükselmesine aksi tarafta ise alçalmasına neden olur. Eğer bazı meteorolojik koşullar mevcutsa dağların nemli havanın geldiği tarafında bulutlar oluşur. Arka tarafta ise oluşan bulutlar çözülür ve kaybolur.
- Sıcak Hava Kütlesinin Soğuk Hava Kütlesiyle Karışması : Belirli bir hızla gelen sıcak hava kütlesi, soğuk bir hava kütlesiyle karşılaştığında soğuk hava tabakası üzerinde kayma ile yükselecektir. İlk önce yukarı hava tabakalarındaki yükselme ile "sirus bulutları" oluşmaktadır. Daha sonra alt tabakalarında yükselmesiyle "altosratus bulutları" meydana gelmekte ve bunları yağmur izlemektedir. Yağmurlar genellikle sıcak hava, soğuk hava kütlesine yayılmadan önce görülmektedir. Sıcak hava, soğuk hava yöresinde yayılmasını tamamladığında bu bölge ısınacak ve bulutların çözülmesine neden olacaktır.
- Soğuk Hava Kütlesinin Ani Akımı :Soğuk hava kütlesinin ani basıncı ile sıcak havanın hızlı bir şekilde yükselmesi meydana gelebilmektedir. Soğuk hava sıcak hava bölgesine geldiğinde bir dirsek oluşmakta, sıcak havayı alttan yukarıya doğru itmektedir. Böylece sıcak havanın kısa zamanda da belli yüksekliklere erişmesi sağlanmakta ve kümülüs bulutları oluşmaktadır. Burada yağışlar genellikle gök gürültülü olmaktadır. Soğuk havanın sıcak hava bölgesine yayılması ile yağmur yağışı sona ermekte ve bulutlar çözülmektedir. Bu anda aşağı katmanlarda toprak yüzeyi yakınlarında hızlı bir ısınma meydana gelmektedir. Buna bağlı olarak termik konveksiyon ve tekrar kümülüs bulutları meydana getirmektedir ki bu bulutlar yer yer yağış getirir. Bazen sıcak havanın aniden soğuk havayla karışmasıyla dolu da meydana gelebilmektedir.