Rüzgar

Rüzgar, dünyamıza ulaşan güneş enerjisinin değişik bir formudur. Güneş tarafından eşit ısıtılmayan yer yüzeyleri rüzgarın oluşmasını sağlar. Dünya yüzeyine ulaşan güneş ışınlarının %2’sinin atmosfer içinde kinetik enerjiye yani rüzgara dönüştüğü, oluşan bu kinetik enerjinin ise ancak %30’unun 1000 metrenin altındaki irtifalarda oluştuğu tahmin edilmektedir.

Buna rağmen, bu alçak irtifalarda oluşan rüzgarların enerjisi bile, dünyanın toplam enerji ihtiyacını karşılayabilecek kapasitedir.

Rüzgarlar sınıflandırırken ilk olarak küresel ve yerel olmak üzere 2’ye ayrılır.

Küresel rüzgarlar, güneşin, dünyanın ekvator bölgesi ile kuzey ve güney kutuplarını ısıtması arasındaki büyük fark nedeniyle oluşur. Ekvator bölgesinde ısınan tropikal hava genişleyip yükselerek kutuplara doğru akmaya başlar. Kutuplardaki soğuk hava ise yüzeye yakın olarak ekvator bölgesine ilerler. Küresel rüzgarlar, yerkürenin dönüş hareketinden etkilenerek, ekvatora yaklaştıkça batılı, kutuplara yaklaştıkça ise doğulu rüzgarlara dönüşen büyük bir hava sirkülasyonu oluşturur. Kuzey yarımkürede bu rüzgar hareketi saatin dönüş istikametine ters yöndeyken, güney yarımkürede ise saatin dönüş istikametindedir.

Yerel Rüzgarların oluşumu ise iki mekanizmaya bağlıdır.

İlk mekanizma toprak ve suyun ısınmasındaki fark ile oluşur.

Gün içinde dünyaya ulaşan güneş enerjisi, toprak yüzeyinde hissedilir bir sıcaklık artışı sağlar. Deniz, göl gibi su birikintilerinde ulaşan güneş enerjisinin bir kısmı suyun buharlaşması için harcandığından yüzeyde daha düşük sıcaklık artışına neden olur. Kara yüzeyinin deniz yüzeyinden daha sıcak olması, kara üzerindeki havanın deniz üzerindeki havadan daha fazla ısınarak daha fazla yükselmesine sebep olur. Daha cok ısınarak daha fazla genleşen kara üzerindeki havanın yerini, deniz üzerindeki daha serin ve daha yoğun havanın doldurması sonucu, deniz meltemleri oluşur.Geceleri, karalar denizlerden daha çabuk soğuduğu için rüzgarın esiş yönü karadan denize doğru değişir.

Tepeler ve dağ yüzeyleri yerel rüzgarların oluşmasına yol açan ikinci mekanizmayı oluşturur.

Yüksek eğimli yüzeyler, alçaklardaki düz yüzeylere göre gündüz daha hızlı ısınır, gece ise daha çabuk soğur, Bu sıcaklık farkları gündüz düzlüklerden tepelere doğru, gece ise tepelerden alçaklardaki düzlüklere doğru bir hava akımı yaratır.

Rüzgarlar 100m irtifaya kadar, yüzey pürüzlülüklerinden, engellerden ve yüzeydeki sürtünmeden çok etkilenirler. Genel olarak, yüzeydeki engeller ve pürüzlülükler ne kadar artarsa, rüzgar da o kadar yavaşlar. Ormanlar ve büyük şehirler rüzgarı bariz şekilde yavaşlatan engellerdendir. Su yüzeyleri daha düzgün olduklarından rüzgarı yavaşlatma etkileri çok daha azdır. Yüzeyden yükseldikçe yüzey pürüzlülüklerinin rüzgara etkisi azalır, rüzgar hızı artar. Rüzgar hızı yüzeyden irtifa ile değişiklik gösterir. Buna literatürde “Wind Shear” denmekte. Bu tabirin Türkçe karşılığı olmadığı için şimdilik “Rüzgar Biçimi” demeyi uygun görüyorum.

Alttaki grafik rüzgar hızının ilk 100m’de irtifa (z) arttıkça nasıl değiştiğini göstermektedir. Akışkanlar mekaniğinden hatırlanacağı gibi yüzeyde (z = 0) rüzgar hızı sıfır olacaktır. Yerel engellerin yüksekliklerine bağlı olarak irtifa arttıkça rüzgar hızı da dik bir şekilde artacaktır.

Yukarıdaki grafiğin matematiksel fonksiyonunu

Şeklinde gösterebiliriz. Bu formülde belirli irtifadaki hızı bulmak için rüzgar hızını çekersek, formül;

Şeklini alır. Burada, (d) engelin yarattığı türbülansın etkisi bittikten sonra oluşan logaritmik fonksiyonun sıfır hız göreceği yükseklik (yaklaşık engel boyu), Zo pürüzlülüğün rüzgar hızına etkisine devam ettiği yüksekliktir. V esas fonksiyonun gösterdiği rüzgar hızıdır.

Düz sahalarda, engellerin ihmal edilebileceği, fonksiyonun basitleştirilerek kullanılabileceği yerlerde, formülü kısaltarak aşağıdaki şekliyle kullanabiliriz;

V2= h2 yüksekliğindeki rüzgar hızı

V1= h1 yüksekliğindeki rüzgar hızı

α Değeri yüzeydeki pürüzlülük yaratan elemanlara bağlıdır, yöreye göre değişiklik gösterir ve Zo dan farklıdır. α değeri bir çok açık alanda α=1/7 =0.14 alınabilir.

α değeri mevsimsel ve gün içinde saatsel olarak bile değişebilir. Binalar gibi çok büyük engellerin olduğu düz olmayan yüzeylerde çok fazla türbülans ve düzgün olmayan akımlar oluşur.

Rüzgarın bir engelin ardından oluşturduğu türbülansları aşağıdaki çizim gayet güzel göstermekte.

Rüzgar türbinleri en çok tepelere, çevreyi net olarak görebilen yükseltilerin üstüne yerleştirilir. Özellikle hakim rüzgar yöne bakan bölgenin olabildiğince açık olması istenir. Tepelerde ayrıca havanın yükselerek sıkışması nedeniyle çevreye göre daha yüksek rüzgar hızları görülür.