Fırtına dalgası

Fırtına dalgası[1], deniz yüzeyinin fırtına veya kasırga gibi bir alçak basınç sistemi nedeniyle kabarması. Fırtına dalgaları, başlıca rüzgârın deniz yüzeyini itmesi sonucu dalgaların deniz seviyesi üzerinde yuğulmasıyla oluşur. Bizzat (rüzgâr etkisi olmadan) alçak basınç[1] ve suyun derinliği de fırtına dalgalarının oluşmasında etkilidir.

Gel-git kabarması kıyısal su taşkını ya da tsunami benzeri yükselen sudan kaynaklanan   bir olgudur ve şiddeti dalgalarının sürelerinden su gövdesinin fırtınaya oranının  uyumundan ve sığlığından etkilenen düşük basınçlı ısı sistemleri (tropikal siklon ve güçlü ekstra tropikal siklon) ile ilişkilendirilir. Çoğu kayıplar gel-git kabarmasının sonucu olarak tropikal siklonlar boyunca oluşur.

Gel-git kabarmasının oluşmasına katkısı olan iki meteorolojisel olgu fırtınanın içine  doğru spiral çizen uzun feç rüzgârları ve su kubbelerinden kaynaklanan ve fırtına merkezine doğru süzülen düşük basınçtır. İkinci etki ise en yoğun tropikal sistemlerle ilişkilendirilen meteotsunamilerin zararlarından sorumludur.

Tarihsel fırtına kabarmaları

Bay- Bengal bölgesinde 500.000 kadar insanın ölümüne yol açan en ölümcül gel-git kabarması 1970 yılında Bhola siklonunda kaydedilmiştir. Bay-Bengal bölegisinin deniz seviyesinin altında olan kıyısı onu tropikal siklonlardan kaynaklanan gel-git kabarmalarına açık dayanıksız hale getirir.  Yirmi birinci yüzyılda meydana gelen en ölümcül gel-git kabarması Nargis Siklonunda meydana geldi ve Myanmar da Mayıs 2008 de 138.000 den fazla insanı öldürdü. Bu yüzyıldaki bir diğer en ölümcül gel-git ise Haiyan tayfunu idi ve merkez Filipinlerde 2013 yılında 3600 den fazla insanın ölmesine be tahmini 14 milyar dolardan fazla ekonomik kayıplar yaşanmasına sebep oldu.

1900 yılındaki Galveston fırtınası, Texas, Galvestonu vuran  4. Kategori fırtınası , kıyıya yıkıcı bir dalgalanam sürdü – 6000 ile 12000 arasında can kaybına yol açtı- ve Birleşik Devlet’lerdeki en ölümcül doğal felaket olarak tarihe geçti.

Tarihte kaydedilen en yüksek dalga fırtına gel-git , Mahine siklonu tarafından 1899 yılında üretildi: 13 Bathurst Bay, Avusturya da 13 metre olduğu tahmine edilmektedir ancak 200 yılında yayınlanan çalışma bunların çoğunluğunun dik kıyısal topolojiden kaynaklanan dalga tırmanması olabileceğini görüşündeydi. Amerika Birleşik Devletleri'nde, kaydedilen en büyük fırtınalardan biri 2005 yılında  Waveland, Bay st Louis (38 ft), Diamondhead (30 ft) and Pass Christian (35 ft) in Mississippi yaşam alanlarında (41,5 ft) 8 metreden daha fazla gel-git kabarması oluşturan  maksimum gel-git Katrina kasırgası tarafından oluşturuldu.  Bir diğer kaydedilmiş fırtına ise Ekim 2012 de New York şehrinde meydana gelen Sandy kasırgası idi ve 4.2 m’lik bir dalga boyuna sahipti.

Mekanik

Fırtına süresince dalga boylarının değişmesi olayında en az beş farklı işlem dahil edilebilir: basınç etkisi, direkt rüzgâr etkisi, Dünya’nın dönmesinin etkisi, dalgaların etkisi, ve yağmur etkisi. Tropikal siklonun basınç etkileri, açık okyanuslardaki su seviyelerinin düşük atmosferik bölgelerde düşmesine, yüksek basınçlı bölgelerde yükselmesine neden olur. Artan su seviyesi düşük atmosferik basıncı yok eder ki Su yüzeyinin altında bazı düzlemde toplam basınç sabit kalır. Bu etki deniz seviyesinden yükseldikçe her bir milibar için 10 mm (0,39 in) artar.

Güçlü yüzey rüzgârları MediaWiki:Badtitletext adı verilen bir etki ile yüzey dalgalarının 45 derecelik açıya sahip olmasına neden olurlar. Rüzgâr stresleri “rüzgâr ayarlaması” olarak bilinen, su seviyelerinin rüzgâr yönünde artmasına, rüzgâr yönünün tersine azalmasına neden olan bir eğilimdir. Bu suyu çanağın bir tarafına kendi rüzgârının yönünde üflemesiyle gerçekleşir. Çünkü Ekman Spirali’nin etkileri su boyunca dikey olarak yayılır, etki derinlikle ters orantılıdır.  Bir açık sahilde basınç etkisi ve “rüzgâr ayarlaması” baylara astronomik medcezir ile aynıdır.

Dünyanın dönmesi, dalgaları Kuzey Yarım Küre de sağa doğru eğen Güney yarım Küre de sola doğru eğen Coriolis etkilerine neden olur. Bu eğilme dalgaların kıyı ile daha dik bir şekilde iletişime geçirdiği zaman, bu durum dalgalanmayı güçlendirir ve dalgayı kıyıdan eğdiği zaman, dalgalanmayı azaltıcı bir etkiye sebep olur.

Dalgaların etkisi, doğrudan rüzgâr tarafından güçlendirildiği zaman, fırtınanın rüzgâr gücü kaynaklı dalgalarından bağımsızdır. Güçlü rüzgâr, geniş güçlü dalgaları hareketi yönünde hızlandırır. Bu yüzey dalgaları açık sularda oldukça küçük su taşımasından sorumlu olmasına rağmen, yakın kıyılarda önemli su taşımalarından sorumlu olabilir. Dalgalar bir çizgi üzerinde daha fazla veya daha kıyıya daha az paralel kırıldığı zaman, kıyıya doğru önemli ölçüde su taşırlar. Kırıldıkları zaman, su parçacıkları kıyıya doğru hareket ederek büyük bir momentuma sahip olurlar ve kırılmadan önce dalganın iki katını aşan ortalama su hattı üzerinde eğimli sahil oluşturabilirler.

Yağış etkisi yoğunluklu olarak haliçlerde yaşanmaktadır. Kasırgalar geniş alanlar üzerine 12 in (300 mm) kadar 24 saat süreyle yağış bırakabilirler ve yağmur yoğunlukları yerel bölgelerde daha yüksektir. Bunun sonucu olarak yağış hızlı bir şeklide suyun onları kurutan nehirlere doğru kabarmasını sağlar. Bu da fırtına kaynaklı suların okyanustan kabararak haliçlerden düşen yağışı karşılayarak, su seviyesinin yakınındaki medcezirsel haliçlerde yükselmesine sebep olur.

Kabarma ve kıyıdaki dalga yükseklikleri yapılandırma ve okyanus tabanının biyografyasından etkilenir. Kıyı daha düşük bir dalgalanma, ancak daha yüksek ve daha güçlü bir dalga üretme eğilimindedir sonradan kıyıya dik bir düşüş vardır ve dar bir raf , veya bir yakınında derin su üretir. Bu durum en iyi Florida nın güney kıyılarında örneklenmiştir. Florida platosunun su derinliğinin 91 metreye (299 ft) ulaştığı uçları, Palm Sahilinin 3000 m (9800 ft) açıklarında  ve yalnızca 7000 m (23.000 ft) açıklarında uzanır: derinlik 180 m (590 ft) üzerinde artar.

Aksine Kuzey Amerika boyunca uzanan sahiller örneğin Teksas’dan Florida’ya Mexico-Gulf ya da Asya’ daki Bengal-Bay Uzun, hafif eğimli raflar ve sığ su derinliklerine sahiptir. Florida’nın Gulf köşesinde , Florida Platosu 160 kilometre (99 mi) den daha fazla Collier Ülkesinin Marco adasının açıklarında uzanır. Florida Keys ve anakara arasında uzanan Florida Bay’ı oldukça sığdır ; derinlikler genellikle 0.3 m (0.98 ft) ve 2 m (6.6 ft) . Bu alanlar fırtına dalgası kabarmalarına maruz kalırlar ancak bunlar küçük dalgalardır. Farklılık daha derin dalgalarda, kabarmanın aşağı doğru kabarmasından ve kasırgadan uzaklaşmasından kaynaklanır. Ancak daha sığ ve nazikçe eğilimli raflara girerek, kabarma dağılamaz ancak karaya doğru sürüklenir. Kara yüzeyinin topoğrafyası  fırtına ölçülerindeki diğer bir önemli bir unsurdur. Deniz seviyesinin altındaki yerler su baskınları için daha fazla risk altındadır.

Verilen bir topoğrafya ve derinlik ölçümü için kabarma yalnızca dalgaların zirve yüksekliklerinden etkilenmez: fırtınanın büyüklüğü de kabarmanın zirvesini etkiler.  Fırtına fazla alanı kapladıkça, gibi herhangi bir fırtına ile yığılı su yüzüne bir çıkış yolu vardır ve bu kaçış mekanizması ( aynı tepe rüzgâr hızı için ) dalgalanma kuvvetine orantılı olarak azalır.

Asya bölgelerinde, Filipinler, tayfunların fırtına kabarmalarından en çok etkilenen alanlarından biridir çünkü Japonya, Tayvan, Çin, Vietnam, Kamboçya’yı etkileyen tayfun yolları üzerinde bulunur.

Tropikal siklonlar gibi yoğun çöküntüler meteotsunami adı verilen kıyıdaki su yüksekliklerini birdenbire yükselten bir tür kabarma oluşturabilirler. Derin siklonlar olması durumundaki bu düşük atmosferik basınç ve içe doğru dönen kaldırılmış su kubbelerinin altında ve fırtına ile tandem halinde yolculuk eden rüzgârlar nedeniyle oluşur. Bu su kubbeleri hedef kıyıya ulaştığında, sığ bölgelerde şaha kalkarlar; deprem sonucu oluşan tsunamilere benzerler.

Ekstratropikal kabarmalar

Tropikal Siklonlara benzer bir şekilde, ekstra tropikal siklonlar da su yükselmesine sebep olurlar. Ancak, çoğu tropikal siklon fırtına kabarmasının aksine, ekstra tropikal siklonlar sisteme bağlı olarak daha geniş alanlarda daha uzun süreli daha yüksek su kabarmalarına neden olurlar. Bu birçok sebep yüzünden olabilir örneğin fırtına boyutu, sistemi fırtına kabarmasına maruz bırakacak farklı yöndeki rüzgârlar bunlardan bazılarıdır.

Ekstra tropikal fırtına kabarmasının başka bir bileşeni de negatif su seviyeleridir. Eğer güçlü rüzgârlar açık denize doğru eserse, koy içindeki su seviyelerinin büyük ölçüde arttığı durumlar meydana gelebilir ki bu da kıyıya bağlı gemiler için büyük bir tehdit oluşturabilir. Eğer negatif su seviyeleri yeterince kötü ise, gemiler porttan ayrılmayı engelleyerek deniz tabanına oturabilir.

Kuzey Amerika’da, ekstra siklon fırtına kabarmaları Pasifik ve Alaska sahillerinde ve  Atlantik Sahili’nin 31°N  kuzeyinde oluşabilir. Ekstra tropikal siklonlar Gulf sahili için de kış aylarında bu siklonlar sahili etkilediğinde söz konusu olabilir.

13 Kasım 2009 Birleşik Devletler’de önemli bir ekstra tropikal siklon fırtına kabarması olayını kaydetti. Ida Kasırgasının ekstratropikal kalıntıları Birleşik Devletlerin Güneydoğusunda Nor’easter ‘de gelişti. Olay sırasında, doğudan gelen fırtına gücü rüzgârları, Chesapeake Koy’u gibi yerlere suyun girmesini zorlayarak düşük basınç merkezinin kuzey çevrelerinde  belli günler mevcuttu. Su durmadan nehir ağzından kıyıya doğru biriktiği için ve taze sular haliçe düştüğü için su seviyeleri önemli ölçüde arttı ve ve normalin üzerinde 8 ft (2.4) metre seviyelerinde Chesapeake’nin belli bölgelerinde günler boyunca kaldı.

Kabarmanın ölçümü

Tahmini gelgit ve gözlemlenen su artışı arasındaki farka bakılarak, kabarma kıyılardaki gelgitsel istasyonlarda doğrudan ölçülebilir.Kabarmayı ölçmenin başka bir yolu da yaklaşan bir tropikal siklonun kıyı şeridi boyunca  basınç dönüştürücülerin dağıtımıdır. Bu ilk defa 2005 yılındaki Rita Kasırgası için test edilmiştir. Bu tip sensörler su altında kalacak bölgelere  koyulabilir ve üzerindeki su yüksekliğini doğru bir şekilde ölçebilirler.

Bir siklondan gelen dalgalanma geriledikten sonra, sörveyörlerinin ekipleri fotoğrafları ve işaretleri yazılı açıklamalar içeren titiz ve ayrıntılı süreçte, arazi üzerindeki yüksek su işaretleri (HWM) haritasını çıkarırlar. HWM fırtına olay yerini ve sel sularının yükselmesi gösterir. HWM incelendiğinde, su yüksekliği çeşitli bileşenleri kırık olabilir eğer dalgalanma atfedilen kısmı tespit edilebilirse, böylece, o işareti fırtına kabarması olarak sınıflandırılabilir. Aksi takdirde, bu fırtına gelgit olarak sınıflandırılır. Karada HWM dikey verisi (bir referans koordinat sistemi) referans alınmıştır. Değerlendirme sırasında, HWM işareti güvene dayalı dört kategoriye ayrılır; "Mükemmel" dalgalanma sonrası fırtına analizinde NHC tarafından kullanılan sadece HWM değerlendirildi.

Fırtına medceziri ve fırtına kabarması olarak iki çeşit ölçü kullanılmaktadır. Fırtına gelgiti bir jeodezik dikey referans noktasını (NGVD 29 veya NAVD 88) kullanılarak ölçülür. Fırtına kabarması  dalgaların normal hareketinin ötesinde beklenen su yükselmesi olarak tanımlandığından, medcezir tahmininin iyi bilinmesi ve kabarmaya maruz olan bölgelerdeki yavaş değişimini varsayımıyla fırtına kabarması medcezir tahminlerini kullanarak ölçülür. Gelgitler bölgesel olgular olduğundan,  fırtına kabarması yalnızca yakındaki mbir gelgit istasyonu ile  olan ilişkisine bakılarak ölçülebilir. Bir istasyonda gelgit tezgâh işareti bilgileri o yerde deniz seviyesi (MSL) anlamına jeodezik datum dikey bir çeviri sağlar, sonra gelgit tahmin çıkarılarak normal su yüksekliğinin üstünde bir dalgalanma yüksekliği verir.

Slosh 

Birleşik Devletlerdeki Ulusal Kasırga Merkezi, kasırgaları açılımı Sea, Lake ve Overland Surges from Hurricanes olan SLOSH Modelini kullanarak tahmine etmektedir. Model yüzde yirmi oranında doğru tahminler yapmaktadır.. SLOSH girdileri tropikal siklonun merkez basıncını, fırtına büyüklüğünü, siklonun ileri hareketi, yolu ve maksimum korunan rüzgârlarını içermektedir. Önceden tanımlanmış ve SLOSH havzası adı verilen  bir grid üzerinde bölgesel topoğrafya, haliç ve nehir uyumu, deniz tabanının derinliği, astronomik gelgitlerin yanı sıra fiziksel özellikler de hesaba katılır. Örtüşen SLOSH havzaları Amerika kıtasının kuzey ve güney kıyılarında tanımlanır. Bazı fırtına simülasyonları birden fazla SLOSH havzası kullanabilirler. Örneğin Katrina SLOSH modeli hem Ponchartrainn Gölü/ New Orleans Havzası için hem de Missisipi Ses Havzası için Meksika toprak kaymasının kuzey Gulf’u için kullanıldı. Modelden alınan en son çıktı suyun maximum dış örtüsünü, başka bir deyişle her bölgede bulunan MEOW, verir. Tahmin belirsizliklerini kaldırmak içim, genellikle çeşitli modeller değişken girdi parametreleriyle MOMs, yani Maximum of Maximums, haritaları oluşturmak için çalışır. Ve kasırga tahliye çalışmaları için, temsili izlerden oluşan bir fırtına ailesi, değişen yoğunluk, yarıçap ve hızlarda, herhangi bir tropikal siklon oluşumu için en kötü durum su yükseklikleri üretmek için modellenmiştir. Bu çalışmaların sonuçları genellikle SLOSH un birkaç bin defa çalıştırılmasıyla oluşturulur. Bu çalışmalar çeşitli devletler için , Federal Acil Durum Yönetim Ajansı sözleşme kapsamında , USACE tarafından tamamlanan ve onların Hurricane Tahliye Çalışmaları ( HES ) web sitesinde mevcuttur edilmiştir .Onlar asgari SSHS kategorisini tanımlamak için gölgeli kıyı ilçe haritaları , dahil ilçenin her alanda , sellere neden olur kasırga .

Azaltma

Meteorolojisel çalışmalar ciddi fırtına ve kasırgalar hakkında uyarsa bile, kıyısal sel riskinin yüksek olduğu bölgelerde özel fırtına kabarması uyarıları bulunmaktadır. Bunlar örneğin Hollanda,İspanya, Amerika Birleşik Devletleri ve Birleşik Krallık’ta uygulanmıştır.

1953 Kuzey Denizi Sel’inden sonra sonra tanıtılan bir profilaktik yöntem baraj ve baraj kapakları ( fırtına dalgalanma bariyerleri ) kurulmasıdır. Bunlar  arazi fırtına kabarması tehdidi altında iken serbest geçişe izin verecek şekilde açık ancak arazi fırtına kabarması tehdidi altında iken kapalıdır. Büyük fırtına kabarması bariyerleri Hollanda’daki Oosterscheldekering ve Maeslantkering dir ve bunlar Delta Work, Londra’daki TheThames Barrier ve Rusya’daki Sankt-Peterburg projelerinin de bir parçasıdırlar.

Hollanda’da kullanımda olan başka bir modern gelişme de, yüzer yapılı ıslak toprakların köşelerinde, konut alanlarının kurulmasıdır. Bu ıslak topraklar akarsuları yer temin eder ve kabarmalar çevredeki yapılara zarar vermez. Bunun yanı sıra bir yandan doğal yapıyı korurken bir yandan da dalgalanmaları ve bentlerin vereceği zararları da önlemiş olurlar.

Anakaralar için fırtına denizden yaklaştığı zaman, karadan yaklaşmasına göre daha büyük bir tehdit oluşturmaktadır.

Notlar

1. Meteoroloji Sözlüğü'nde fırtına dalgasının "fırtına oladığı hâlde" oluştuğu söylenmesine rağmen, aynı tanımda "kasırgalarda olduğu gibi (...) küçük bir alçak basınç merkezide aynı boyutta dalga yaratabilecek güce ulaşır" (yazım hataları özgün metinden) denilmesinden, bu dalgaların başlıca fırtınalarda oluştuğu, ama uygun koşullarda küçük alçak basınç alanlarında da meydana gelebildiği anlaşılmaktadır. Zaten sözlükte terimin İngilizce karşılığı olarak verilen "storm surge", başlıca fırtına ve kasırgalar sonucu meydana gelen dalgaları ifade etmektedir. "Storm surge" hakkındaki İngilizce kaynaklara bkz. Meteoroloji Sözlüğü 28 Ağustos 2011 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi., T.C. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü. Erişim tarihi 28 Ağustos 2011