Jet Akımları: Oluşumu, Etkileri ve Havacılıktaki Kritik Rolü

Jet Akımları: Oluşumu, Etkileri ve Havacılıktaki Kritik Rolü

Jet Akımları Nedir?

Jet akımları, hem kuzey hem de güney yarımkürelerde, batıdan doğuya doğru tüm dünyayı saran, nispeten dar bir koridorda ortaya çıkan, güçlü hava akımlarıdır. Jet akımları, hava durumu ve iklim dinamiklerinde kritik roller oynarken, ayrıca havacılık sektörü için de ekonomik ve operasyonel etkilere sahiptir. Teknik olarak ortaya çıkmalarının temelinde ekvatordaki ısınarak yükselen sıcak hava kütleleriyle, kutuplardaki soğuk ve daha yoğun hava kütlelerinin karşılaşması etkili olur. Özellikle ılıman enlemlerde jet akımları, cephe bölgelerinin ve hava kütlelerinin hareketini yönlendirir, böylece yüzey hava durumunu etkiler ve orta enlem bölgelerinde yaygın olan batılı rüzgarlara katkıda bulunur.

Jet akımları binlerce mil uzunluğunda, yüzlerce mil genişliğinde ve birkaç bin fit derinliğinde olabilir. Jet akımı olarak nitelendirmek için minimum rüzgâr hız sınırı 60 knot'tır. Tipik jet akımı hızı saatte 100 knot) civarındadır. Ancak kış aylarında, kutuplar ve Ekvator arasındaki sıcaklık farkının en üst seviyeye çıkmasıyla rüzgar hızları daha da artabilir. Bu dönemlerde, Kuzey Amerika ve Avrupa üzerinde 200 knot'a (370 km/s) ulaşabilir. Hatta Japonya ve Güneydoğu Asya üzerinde 250-300 knot (460-550 km/s) gibi olağanüstü hızlar da kaydedilmiştir.

İki ana jet akımı türü vardır: Subtropikal Jet Akımları (yaklaşık 30 derece enlemlerde) ve Polar Jet Akımları (orta enlemlerde). Her ikisi de ağırlıklı olarak dünyanın kendi eksinindeki hareketinden momentum kazanarak batıdan doğuya doğru eser.

Jet Akımlarının Oluşumu

Jet akımlarının varlığı, 18. yüzyılda George Hadley tarafından tropik alize rüzgarlarının ortaya çıkış dinamikleri üzerine yaptığı tartışmada teorize edilmiştir. Hadley, Dünya'nın dönüşünü ve güneş ısısının eşit olmayan dağılımını, alize rüzgarlarını açıklamak için gereken iki temel unsur olarak doğru bir şekilde tanımlamıştır. Jet akımları kavramsal olarak 1920'lerde Japon meteorolog Wasuke Oishi tarafından keşfedilmiştir [1]. Oishi, Fuji Dağı yakınlarından bıraktığı meteoroloji balonlarının hareketlerini takip ederek, daha sonra "jet akımı" olarak adlandırılacak olan bu olguyu tespit etmiş, ancak bulguları İkinci Dünya Savaşı'na kadar uluslararası alanda pek bilinmemiştir.

Jet akımlarının oluşumundaki temel süreçler diyagramda gösterilmektedir.

Jet akımları, uçuş emniyeti ve verimliliği açısından havacılık özelinde kritik öneme sahiptir:

1.Yer Hızı ve Uçuş Süresi:

Uçaklar, batıdan doğuya doğru uçarken yer hızını artırmak ve uçuş süresini kısaltmak için jet akımını kullanmaya çalışır. Jet akımları bu senaryoda çok güçlü bir “tail wind” kuyruk rüzgârı bileşenine dönüştüğü için uçuş süresi ciddi bir biçimde kısalabilir.

Doğudan batıya doğru uçan uçaklar ise jet akımından kaçınmayı veya “head wind” karşı rüzgarlardan kaynaklanan olumsuz etkiyi azaltmayı planlar.

Bu durum, aynı mesafeyi kat etmesine rağmen doğuya doğru uçan bir uçağın batıya doğru uçan bir uçağa göre daha kısa sürede destinasyonuna varabilmesinin ana nedenidir. Ayrıca batıdan doğuya uçuşta jet akımlarından istifade edildiği için daha az yakıt tüketilmektedir. Doğudan batıya uçuşta ise karşı rüzgârdan ötürü hem uçuş süresi hem de yakıt sarfiyatı artmaktadır. Bu durum aynı rotada uçuş özelinde bile doğudan batıya dönüş bacağının daha maliyetli olmasına, tabi olarak da bilet fiyatının diğer uçuş bacağına göre daha pahalı olmasına yol açabilir.

2.Açık Hava Türbülansı (CAT) [2]:

CAT, bulutlar ve fırtınaların olmadığı, ya da onlarla ilişkilendirilen termal hava akımlarının bulunmadığı, bundan ötürü de buz ya da su partikülleri ihtiva etmeyen, hava araçları açısından tespiti güç bir türbülans çeşididir. Uçuşun seyir safhasının yaklaşık %3’lük kısmında hafif ya da daha şiddetli olarak sınıflandırılan CAT ile karşılaşılabilir [3]. CAT genel itibariyle yüksek irtifalarda gözlemlenen, jet akımları içeren hava koridorlarının periferinde yer alan stabil olmayan “windshear” aktiviteleri ile ilişkilendirilir.

Günümüz ticari hava taşımacılığı uçaklarında yer alan hava radarları, teknik olarak su ya da buz partikülleri içeren hava kütlelerini efektif olarak sınıflandırabilirken, açık hava türbülansı bahsi geçen bileşenleri içermediği için tespiti zor bir meteorolojik fenomen olarak karşımıza çıkmaktadır. Dağ dalgalarının da içerisinde bulunduğu mekanik türbülans türevi etkiler, ısınan havanın yükselmesi ile oluşan konveksiyon kaynaklı hava akımları ve jet akımlarının çevresinde sıklıkla rastlanan windshear bölgeleri, uçuş emniyetini sekteye uğratmalarının yanı sıra yol açabilecekleri ekonomik zararlar açısından da yakından irdelenmesi gereken, CAT oluşum senaryolarına işaret etmektedir.

Genellikle on bin feet irtifa üzerinde pilotlar tarafından kemer ikaz uyarısının kaldırılması sonrasında, öngörülemeyen bir şekilde ortaya çıkan CAT (Açık hava türbülansı) senaryolarında, kabin içerisinde hareket halinde olan yolcular ve kabin görevlileri türbülansa hazırlıksız yakalanabilmekte, ciddi yaralanmalar meydana gelebilmektedir. Elverişsiz hava koşullarıyla ilintili kaza ve yaralanmaların %65’i türbülanstan kaynaklanmaktayken, %24’ünden tek başına CAT sorumlu tutulmaktadır [4]. Ayrıca ABD'deki havayolu şirketleri için türbülansın yıllık maliyetinin, yolcu ve mürettebat yaralanmaları, yapısal hasar denetimleri ve uçuş gecikmeleri nedeniyle 500 milyon dolara kadar çıktığı tahmin edilmektedir.

CAT nasıl tespit edilebilir?

CAT tespit edebilmek için kullanılan yöntemlerden biri LIDAR (Light Detection and Ranging) olup pilotlara öngörü sağlayarak o bölgeden kaçınarak rota planlamalarını kolaylaştırabilir. Bu sayede pilotlar da emniyet kemer ikazını erkenden devreye alarak, yolcuların ve kabin görevlilerinin koltuklarına dönmelerini hızlandırabilir. Ancak LIDAR teknolojisinin yüksek maliyetleri de beraberinde getirmesi potansiyel faydalarının önüne geçmektedir [5]. Bu durumda bel bağlanan bir diğer teknoloji ise özellikle konveksiyon sonrasında oluşabilecek ısı değişimlerinin yerçekimi dalgalarıyla olan ilişkilerini yüksek çözünürlüklerde görüntüleyerek, potansiyel türbülans bölgelerini etkin bir şekilde tespit edebilen uydu tabanlı (GOES-16 uydusu gibi) sistemlerdir [6].

Sonuç

Jet akımları, modern havacılık için hem fırsat hem de risk oluşturan karmaşık atmosferik fenomenlerdir. Doğru bir şekilde istifade edildiğinde önemli yakıt tasarrufu ve zaman kazancı sağlarken, açık hava türbülansı gibi güvenlik riskleri de barındırır. Teknolojik gelişmeler ve iklim değişikliğinin etkilerini dikkate alarak, havacılık sektörünün jet akımları gibi meteorolojik fenomenlerle daha etkin ve güvenli bir şekilde başa çıkması gerekmektedir.

Kaynaklar: 

[1] Lewis, J. M. (2003). Oishi's Observation: A Kitemeteorological Observation in the Early Days of Upper-Air Observation in Japan. Bulletin of the American Meteorological Society.:

[2] Varlık F., Türbülans Kavramı ve Küresel İklim Değişikliği ile İlişkisi, Ağustos 2024.

[3] Watkins, C.D., Browning, K.A.: The detection of clear air turbulence by radar. Phys. Technol. 4,28–61 (1973).

[4] Kim, J.-H., & Chun, H.-Y. (2011). Statistics and possible sources of aviation turbulence over South Korea. Journal of Applied Meteorology andClimatology, 50(2), 311–324.

[5]Kauffmann, P. (2002). The business case for turbulence sensing systems in the US air transport sector. Journal of Air Transport Management, 8(2), 99–107.

[6] Wimmers, A., Griffin, S. M., Bachmeier, A. S., Gerth, J., & Lindstrom, S. (2018). Resolving gravity waves with Himawari-8 and GOES-16 imagery at the new limit of resolution and the application to aircraft-scale turbulence. In: Sixth aviation, range, and aerospace meteorology special symposium, Austin, TX: American Meteorological Society. (alert-passed)