Storms And Meteorological Parameters Affecting The Aviation

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2016Fırtınalar ve havacılığı etkileyen meteorolojik parametreler (rüzgar hamlesi, gökgürültülü fırtınalar, pist görüş mesafesi, volkanik kül vb.) insan hayatını olumsuz yönde etkileyen atmosferik olaylardır. Bu meteorolojik olayların oluşum mekanizmalarını anlamak ve ileride bu tür atmosferik hadiseler öncesinde hava öngörüsünde bulunarak gerekli olan önlemleri almak havacılık için önem arz etmektedir. Bu tez kapsamında fırtınalar ve havacılığı etkileyen meteorolojik parametrelerden, sırasıyla Esenboğa Uluslararası Havalimanı için şiddetli gök gürültülü fırtına, Atatürk Uluslararası Havalimanı için oraj ve sis hadiseleri ve Türkiye Fır Sahaları için ise volkanik kül incelenmiştir. Bu tez çalışması 3 adet SCI & SCI-E makale ve 1 adet ulusal makaleden oluşmaktadır. Orajlar, şiddetli hava sarsıntılarının (downdraft and updraft), şiddetli buzlanmaların, dolu ve aşırı sağanak yağışların görüldüğü, şimşek, yıldırım ve tehlikeli rüzgar kırılmalarının bulunduğu olaylardır. Çok iyi gelişmiş olan TS’in tropopoz seviyesini aşıp daha yukarı seviyelere kadar dikey olarak gelişen ve havacılık için çok önem taşıyan meteorolojik hadiselerdir. Orajların oluşabilmesi için a) Hava parselinin yüksek oranda nem içermesi b) Hava parselini yukarıya taşıyacak bir kaldırma kuvvetinin var olması (Konveksiyon, konverjans, oroğrafik yükselme ve cephesel kaldırmalar) c) Atmosferin kararsız bir yapıda olması gibi şartların sağlanması gerekir. Orajların oluşturduğu tehlikelerinden bazıları “ wind shear, buzlanma, türbülans, dolu , şimşek , elektrik yüklenmesi, windstorms , microburst ve macrobursts” olarak sıralanabilir. Orajlar dinamik mekanizmaları nedeniyle havacılık sektöründe meydana getirdikleri kazalar ve divertler nedeniyle önemini hiçbir zaman kaybetmemişlerdir. Bu çalışmada 2008-2013 yılları arasında METAR (Aviation Routine Weather Report) and SPECI (Aviation Selected Special Weather Report) rasatları kullanılarak Istanbul Atatürk International Airport (LTBA) ‘da meydana gelen thunderstormlar araştırılarak, yıllara, aylara, günlere ve saatlere (UTC- Universal Coordinated Time) göre dağılımları ve frekansları incelenmiştir. Ayrıca oraj meydana gelen günlere ait yüksek seviye ölçüm değerleri İstanbul Ravinsonde rasatları incelenerek, gün içindeki CAPE (Conditionally Available Potential Energy) ve CIN (Convective Inhibition) değerleri istatistiksel değişimleri saptanmıştır (Özdemir et al., in press, a). Her geçen yıl havacılık sektörü büyümektedir. Bu büyümeyle birlikte sektör açısından ciddi oranda tehdit oluşturan tehlikeli meteorolojik olaylara çözüm bulma ihtiyacı daha da artmaktadır. Bu tehlikeli olaylardan birisi de havalimanlarında meydana gelen boran hadisesidir. Bu çalışmada 15 Temmuz 2013 tarihinde Ankara Esenboğa Havalimanı’nda meydana gelen boran hadisesi incelenmiştir. Çalışma kapsamında Esenboğa Meteoroloji Ofisi tarafından hazırlanan METAR ve SPECI rasatları , sinoptik haritalar, Skew-T Log-P diyagramı, uydu ve radar görüntüleri değerlendirilmiştir. 14:32 UTC (Universal Coordinated Time)’da şiddetli gök gürültülü doluyla birlikte yağmur sağanağı meydana gelmiştir. Bu hadisenin olduğu zamanda gün içindeki en yüksek maksimum rüzgar şiddeti değeri olan 61 knots ölçülmüştür. 54 dakikalık zaman aralığında 16.4 mm yağış meydana gelmiştir. Radar ürünlerinde Esenboğa Havalimanı ve çevresinde maksimum 57 dBZ reflektivite değerine ulaşan radar eko şiddeti ölçülmüştür. Olayın etkileri ise; 15 Temmuz 2013 tarihinde Ankara ve çevresinde meydana gelen severe thunderstorm ile birlikte kuvvetli sağanak yağışlar birçok yerde hayatı olumsuz etkilemiştir. Keçiören ve Pursaklar İlçeleri’nde daha etkili olan sağanak yağış ulaşımda aksamalara neden olmuştur. Esenboğa Havalimanı Karyağdı civarında bulunan alt geçidin suyla dolması sonucu araçlar bu geçidi kullanamazken fırtınanın ve dolu yağışının etkisiyle Saray Bölgesi’nde birçok evin camları kırılmıştır. Ankara Çubuk Karayolu orta refüjde bulunan ağaçlar yerinden sökülmüş, Yenice mahallesinde bulunan dev totem tabelaları devrilerek biri bir aracın üzerine düşmüştür. Esenboğa Havalimanı’nda ise terminal çatısından sızan yağmur suları yolculara zor anlar yaşatarak hava trafiğinin aksamasına neden olmuş, iki uçak ilk denemelerinde iniş yapamamış, bir uçak başka bir havalimanına yönlendirilmiştir. Yağmur sularının elektrik tesisatına sızması nedeniyle havalimanında sık sık elektrik kesintisi yaşanmıştır (Özdemir&Deniz, 2016). Sis canlıların yaşamını etkileyen önemli meteorolojik olaylardan biridir. Stratüs bulutunun yer seviyesine inmesi sonucu da sis oluşmaktadır. Tarımsal açıdan ekinlerin ve bitkilerin donmasını önlemektedir. Sis sonucu yatay ve dikey görüş mesafesinin azalması kara, deniz ve hava ulaşımında birçok olumsuzluklara neden olmaktadır. Ulaşımın aksaması, iptal edilmesi ve kazalar sis sonucu olan olaylardır. Havalimanlarında meydana gelen sisler de uçuşların iptal edilmesine, hava trafiğinin hızının azalmasına, uçuşların diğer havalimanlarına yönlendirilmesine ve en önemlisi de kaza kırımlara yol açmaktadır. Meteorolojide “Rüyet” veya “Görüş Mesafesi” belirli bir özelliğe sahip bir nesnenin gözle (aletsiz olarak) tanımlanabileceği veya geceleyin yapılan gözlemlerde aynı nesnenin gün ışığı varmış gibi tanımlanabileceği en uzak mesafe olarak adlandırılır. Su damlacıklarının veya buz kristallerinin yer yüzeyine yakın bir tabakada asılı olarak kalmaları sonucunda görüş mesafesinin 1000 metrenin altına düşmesi sonucunda oluşan hava hadisesine sis denir. Benzer koşullarda görüş mesafesi en az 1000 metre fakat 5000 metreden fazla olmamak koşuluyla oluşan hadiseye de pus denir (havacılık amaçlı yapılan rasatlarda). Pist görüş mesafesinin sis tanımına uygun bir şekilde azalması ve bulut alt tabanının da yere oldukça yaklaşması havacılık sektörü için önem arz etmektedir. Bu iki faktöre etki eden diğer meteorolojik hadiselerde yağmur, çisenti ve kar kombinasyonlarıdır. Havalimanlarında meydana gelen sisler uçuşların iptal edilmesine, hava trafiğinin hızının azalmasına, uçuşların diğer havalimanlarına yönlendirilmesine ve en önemlisi kaza kırımlara yol açmaktadır. Bu çalışmada 2006-2015 yılları arasında METAR ve SPECI rasatları kullanılarak İstanbul Atatürk Havalimanı (LTBA) ‘da meydana gelen sisler araştırılarak, yıllara, aylara, günlere ve saatlere göre dağılımları ve frekansları incelenmiştir.10 yıllık periyotta 49 gün sisli gün olarak tespit edilmiş ve toplam 157 saat 6 dakika devam etmiştir. Çalışmanın amacı havacılık amaçlı aletli iniş sistemi kategorisinde sisleri sınıflandırarak Atatürk Havalimanı’nın sisli saatlerindeki CAT kategorilerini tespit etmektir. Buna göre CATIIIA uçuş kategorisine göre uçuşların %97.63’ü gerçekleşebilmektedir (Özdemir et al., in press, b). Volkanik kül bulutları patlamanın olduğu yanardağdan yüzlerce, binlerce mil uzaklara, hatta meteorolojik şartlara bağlı olarak kıtalararası mesafeler boyunca sürüklenebilir. Çok geniş bir hava sahasında etkili olabilir. Kül bulutları birkaç ülkenin, FIR (Flight Information Region-Uçuş Bilgi Bölgesi) ve kontrol sahasına yayılarak tehlike oluşturabilir. Çok geniş bir sahada etkili olan volkanik kül bulutları havacılık için hayati önem taşımaktadır. Volkanik kül bulutlarının mevcut olması veya günümüzde öngörüsü yapılan etki alanlarının tespit edilebilmesi uçuşlarda rota değişimlerine, gecikmelere ve hatta uçuş iptallerine neden olmaktadır. Bu çalışmada 2010 ile 2015 yılları arasında meydana gelen yanardağ patlamalarının Türkiye FIR Sahaları üzerindeki etkisi incelenmiştir. 5 yıllık periyotta Fransa’da bulunan Volkanik Kül Tavsiye Merkezi (VAAC-Volcanic Ash Advisory Centre) Toulouse’la koordineli çalışan Londra Volkanik Kül Tavsiye Merkezi tarafından hazırlanan Volkanik Kül Grafikleri (VAG-Volcanic Ash Graphic) kullanılmıştır. Türkiye’deki FIR Sahalarına olan etkilerin araştırılması içinde Türkiye’de bulunan Ankara FIR (LTAA) ve İstanbul FIR (LTBB) sahaları için sırasıyla Esenboğa ve Atatürk Uluslararası Havalimanları Meteoroloji Ofisleri tarafından hazırlanan SIGMET (Significant Meteorological Information) mesajları değerlendirilmiştir. Elde edilen Atatürk Uluslararası Havalimanı Meteoroloji Ofisi’nin hazırlamış olduğu SIGMET mesajlarına göre, 18 Nisan 2010 tarihinde Trakya’nın kuzeyi ve Karadeniz’in güney batısı, 19 Nisan 2010 tarihinde de Karadeniz’in güney batısı uçuş seviyesi olarak 10.000 feet ile 30.000 feet arasındaki mesafeler için uçuşlara kapatılmıştır (Özdemir&Deniz, 2015).Storms and meteorological parameters affecting the aviation (such as wind gust, thunderstorms, runway visual range, volcanic ash) are the atmospheric events which affect human lives negatively. Understanding these meteorological events’ formation mechanisms and predicting the weather before happening of these atmospheric events and taking the proper precautions are particularly important for aviation. Within the scope of this thesis, storms and the meteorological parameters affecting the aviation, respectively, severe thunderstorm for Esenboğa International Airport, thunderstorm and fog for Atatürk International Airport and Volcanic ash for Turkish FIR areas were examined. This thesis study is based on 3 SCI & SCI-E articles and 1 national article. Thunderstorms are produced when clouds develop vertically and some may exceed the tropopause and spread out widely. That is why thunderstorms are very important for the aviation industry because of their dynamical mechanism and air safety. The main purpose of this study is to unveil the thunderstorm activity at Istanbul Ataturk International Airport (LTBA) and its relationship to convective available potential energy (CAPE) values handled from soundings statistically. In this study, thunderstorms at LTBA are analysed by periods and using METAR (Aviation Routine Weather Report) and SPECI (Aviation Selected Special Weather Report) reports in the period 2008–2013. Also CAPE and CIN (Convective Inhibition) values are estimated statistically and classified according to moderate and deep convection thresholds. During the 5 years study period, there were 127 thunderstorm (TS) days and chance of a TS was 6.95%. Although the highest CAPE values were observed in summer, TS frequency was highest during. Maximum frequency of thunderstorms is observed during September (22 days) and June (19 days). It is observed that 42.16% of thunderstorms occurred between 1700 and 2400 UTC (Coordinated Universal Time) and 17.48% are between 0900 and 1300 UTC. The longest-lasting thunderstorm was detected on September 8 and 9, 2009 and June 23, 2010, lasting 7 hours 30 minutes (Özdemir et al., in press, a). In this study, a severe thunderstorm that occurred at Esenboğa International Airport (ICAO code: LTAC) on the 15th of July, 2013, was investigated. A heavy thunderstorm with hail and rain showers occurred at 14:32 UTC. The maximum wind speed of 61 knots was measured at 14:34 UTC. During a 14-minute time interval, 16.2 mm of precipitation occurred. The aircraft parking area was under water, and rainwater leaked from the terminal roof, which affected passengers. For LTAC and its surroundings, 57 dBZ maximum reflectivity values at radar echo intensity were measured (Özdemir&Deniz, 2016). The aims of this study were to classify the fog that occurs at Istanbul Ataturk International Airport according to its formation mechanism, identify the instrument landing system category (ILS-CAT) operations required to land aircraft in the fog, and determine the CAT operations of the foggy hours at the airport. METAR and SPECI observations were used to investigate fog events occurring at the airport for the years of 2006 to 2015. Of the flights that required an Instrument Landing System to land, 97.63% were under the CAT IIIA operation, 100% of flights were under the CAT IIIB operation and 100% flights were under the CAT IIIC operation (Özdemir et al., in press, b). Volcanic ash clouds could be drifted to hundreds, thousands of miles away and even intercontinental depending on meteorological conditions. They can have an effect over a very large air space. Ash clouds can drift over multiple countries, FIR (Flight Information Regions) and control areas and may cause danger. Volcanic ash clouds, which are effective in a very large area, have vital importance for aviation. Existence of volcanic ash clouds, or locating the dangerous areas may cause route changes, delays or even flight cancellations. In this study, the effect of volcanic eruptions between 2010-2015 in Turkish FIR areas were examined. The 5 year period of VAG (Volcanic Ash Graphic), which is designed by London Volcanic Ash Advisory Centre (VAAC) and works in coordination with Toulouse VAAC located in France, was used. In order to investigate the effects on Turkish FIR areas of Ankara FIR (LTAA) and Istanbul FIR (LTBB) areas, the SIGMET (Significant Meteorological Information) messages, which were generated by Esenboğa and Atatürk International Airport Meteorological Offices respectively, were examined. As the result of SIGMET messages generated by Atatürk International Airport Meteorological Office, flights between 10.000 and 30.000 feet altitude were cancelled in 18th April 2010 for northern Thrace and south west Black Sea region as well as in 19th of April 2010 for south west Black Sea region (Özdemir&Deniz, 2015).DoktoraPh