Normalde gökyüzüne baktığımızda gördüğümüz pamuk yığınları veya fırtına bulutlarının ardında, bilim insanları atmosferin karmaşık akışlarını ve fırtınaların oluşumunu inceliyor. Ancak son yıllarda, gezegenimizin ısınmasıyla birlikte şiddetlenen yağışlar, bilim insanlarının bu atmosferik bulmacalara olan ilgisini ve aciliyetini artırdı. Örneğin, 2025 Mart'ında Arjantin'in Bahía Blanca kentinde, şehrin yıllık ortalama yağışının neredeyse yarısı 12 saatten kısa sürede düşerek yıkıcı sellere neden oldu.
Bilim insanları uzun süredir bilgisayar simülasyonları kullanarak havanın ve nemin dinamiklerini ve bu dinamiklerin fırtınaları nasıl etkilediğini anlamaya çalışıyor. Ancak mevcut modeller, giderek artan bu şiddetli fırtınaların neden ortaya çıktığını tam olarak açıklayamıyordu. Isınan havanın daha fazla nem tuttuğu bilinen bir gerçek olsa da, gözlemlenen yağış miktarları bu artış beklentisinin çok ötesine geçiyordu. Bu durum, özellikle nemli sıcak hava dalgalarının ardından veya zaten doygun topraklara düşen şiddetli yağmurlar sonucu ciddi sellere yol açıyordu.
Bu gizemin anahtarının, bulutların oluşumu ve kümülleşme şekli olabileceği düşünülüyor. Yaklaşık on yıl önce başlayan ve giderek büyüyen bir araştırma, iklim modellerinin göz ardı ettiği küçük ölçekli süreçlerin, bulutların nasıl oluştuğunu, bir araya geldiğini ve yoğunlaştığını etkilediğini ortaya koyuyor. Bu süreçler, şiddetli yağışları artırabiliyor ve daha büyük, uzun süreli fırtınaları besleyebiliyor. Bulutların adeta bir "iç yaşamı" olduğu ve bu yaşamın onları güçlendirebileceği veya daha uzun süre var olmalarını sağlayabileceği belirtiliyor.
Bilgisayar modellerinin, gezegeni basitleştirilmiş ve pürüzsüz bir formda temsil etmesi, bulutların karmaşık davranışlarını tam olarak yansıtmada zorluk çıkarıyordu. Ancak günümüzde, daha yüksek çözünürlüklü küresel iklim modelleri, bulutları ve onların oluşturduğu yıkıcı fırtınaları gezegensel ölçekte simüle edebiliyor. Bu, bilim insanlarına daha gerçekçi bir tablo sunuyor ve özellikle tropik bölgelerdeki şiddetli fırtınaların ve gelecekteki yağış tahminlerindeki belirsizliklerin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olması hedefleniyor.
Kümül Bulutlara Dair İlk İpuçları
Tüm bulutlar nemli ve yükselen havada oluşur. Dağlar veya soğuk cepheler havayı yukarı doğru itebilir. Konveksiyon adı verilen bir süreçle de bulutlar oluşabilir: Güneş ışığı, ısınan kara veya su, havayı alttan ısıttığında atmosferdeki hava döngüsü başlar. Isınan hava yükseldikçe soğur, taşıdığı su buharı yoğunlaşarak yağmur damlacıklarına dönüşür. Bu yoğunlaşma süreci aynı zamanda ısı açığa çıkarır ve bu da fırtınaları besler.
Ancak bulutlar, iklim modellerindeki en zayıf halkalardan biri olmaya devam ediyor. Bunun nedeni, gelecekteki ısınma senaryolarını simüle etmek için kullanılan küresel iklim modellerinin, bulutları oluşturan dikey hava akımlarını veya bir fırtınada nasıl döndüklerini yakalayacak kadar detaylı olmamasıdır. Hatta yağmurun miktarını kontrol eden mikro-fiziksel süreçleri açıklamakta da yetersiz kalıyorlar.
Bu sorunu çözmek için bazı bilim insanları, konveksiyonu modelleyebilen daha basit iklim simülasyonlarına yöneldi. Bu yapay ortamlarda, araştırmacılar farklı koşullar altında bulutların nasıl davrandığını anlamak için atmosferi taklit ettiler.
İlginç bir şekilde, araştırmacılar bu modelleri çalıştırdıklarında, bulutlar kendiliğinden bir araya gelerek kümül oluşturdu. Modelde bulutları bir araya getirecek herhangi bir özellik (dağ, rüzgar, Dünya'nın dönüşü veya mevsimsel güneş ışığı değişimi gibi) olmamasına rağmen bu durum yaşandı. Bu durumun nedeninin başlangıçta anlaşılamadığını belirtiyorlar.
2012 yılında, bir araştırmacı tarafından radyasyonel soğuma adı verilen bir süreç keşfedildi. Dünya yüzeyinden uzaya yayılan güneş ısısı, bulutların az olduğu yerlerde daha fazla kaçarak havayı soğutur. Bu soğuk noktalar, havayı daha bulutlu bölgelere doğru yönlendiren atmosferik akışlar oluşturarak daha fazla ısıyı hapseder ve daha fazla bulut oluşumunu tetikler. 2018 tarihli bir takip çalışması, bu simülasyonlarda radyasyonel soğumanın tropik siklonların oluşumunu hızlandırdığını gösterdi. Bu, bulutları anlamak için sadece bulutlara değil, çevrelerine de bakılması gerektiği fikrini doğurdu.
Bilim insanları bulutların altına ve kenarlarına bakmaya başladıklarında, bulutların neden bir araya toplandığını açıklayan başka küçük ölçekli süreçler de keşfettiler. Bu süreçler, ılık ve nemli hava ceplerini bir araya getirerek veya tutarak, zaten bulutlu bölgelerde daha fazla bulut oluşmasını sağlıyor. Bu küçük ölçekli süreçler, genellikle daha büyük hava olayları tarafından maskelendiği için daha önce pek anlaşılamamıştı.
Araştırmacılardan biri, bulutların kenarlarındaki türbülanslı hava karışımı olan "entrainment" sürecini inceliyor. Çoğu iklim modeli bulutları yükselen hava akımları olarak temsil ederken, gerçekte bulutların "karnabahar gibi" olduğunu, bol miktarda türbülans ve bulut içindeki hava kabarcıkları olduğunu belirtiyor. Bu kenarlardaki karışım, bulutların evrimini ve fırtınaların gelişimini etkiliyor; fırtınaları farklı şekillerde zayıflatabilir veya güçlendirebilir. Ancak radyasyonel soğuma gibi, nemli bölgelerde daha fazla bulutun bir arada kümelenmesini teşvik ediyor.
Bu tür süreçler, gelecekteki yağışlar konusunda en fazla belirsizliğin olduğu Dünya'nın tropikal bölgelerindeki fırtınalarda en önemli etkiye sahip olması muhtemeldir. Tropikler, daha yüksek enlemleri etkileyen soğuk cepheler, jet akımları ve dikey/yatay hava sistemlerine sahip değildir.
Şiddetli Yağışları Artıran Faktörler
Bulutların içinde meydana gelen ve aşırı yağışı etkileyen başka mikroskobik süreçler de var, özellikle daha kısa zaman ölçeklerinde. Nem önemli bir faktördür: Nemli, bulutlu havadan düşen yoğunlaşmış damlacıklar inişleri sırasında daha az buharlaşır, bu da daha fazla suyun yere ulaşmasını sağlar. Sıcaklık da önemlidir: Daha sıcak atmosferlerde oluşan bulutlar daha az kar ve daha fazla yağmur üretir. Yağmur damlaları kar tanelerinden daha hızlı düştüğü için inişleri sırasında daha az buharlaşır ve bu da daha fazla yağışa neden olur.
Bu faktörler, eski teori tarafından öngörülen her derece ısınma başına yüzde 7'lik artıştan daha fazla yağmurun bir buluttan nasıl sıkıştırılabileceğini de açıklamaya yardımcı oluyor. Bazı simülasyonlarda bu artışın neredeyse iki katına çıktığı belirtiliyor.
Bulut kümelenmesi, sıcak ve nemli havayı bir arada tutarak daha fazla yağmur damlasının düşmesine yol açar. Yapılan bir çalışma, kümül oluşturan bulutların kısa süreli yağış aşırılıklarını yüzde 30 ila 70 oranında yoğunlaştırdığını, bunun büyük ölçüde yağmur damlalarının ıslak bulutların içinde daha az buharlaşmasından kaynaklandığını gösteriyor.
Başka araştırmalar da, bulutların içindeki mikro-fiziksel süreçlerin hızlı ve şiddetli sağanak yağışlar üzerinde güçlü bir etkisi olduğunu ortaya koymuştur. Bu ani sağanaklar, iklim değişikliğiyle birlikte uzun süreli yağışlardan çok daha hızlı bir şekilde artıyor ve genellikle ani sellere neden oluyor.
Aşırı Yağışların Geleceği
Kümül bulutları üzerinde çalışan bilim insanları, gezegen ısındıkça bu davranışın nasıl değişeceğini ve bunun şiddetli yağış ve sel olayları için ne anlama geleceğini bilmek istiyor.
Bazı modeller, küresel ısınmayla birlikte bulutların (ve onları oluşturan konveksiyonun) daha fazla kümeleneceğini ve teorinin öngördüğünün çok ötesinde yağış aşırılıkları üreteceğini öne sürüyor. Ancak diğer simülasyonlar, bulutların daha az kümeleneceğini gösteriyor. Farklı modelleri karşılaştıran bazı bilim insanları, hala çeşitli cevapların olabileceğini belirtiyor.
Bilim insanları, küresel fırtına çözen modeller adı verilen güçlü bilgisayar simülasyonları kullanarak bu tutarsızlıkları gidermeye çalışıyor. Bu modeller, bulutların, fırtınaların ve siklonların ince yapılarını yakalayabilirken aynı zamanda küresel iklimi de simüle edebiliyor. Bu modeller, genel olarak kullanılan küresel iklim modellerine göre 50 kat daha gerçekçi bir sıçrama sunuyor ancak 30.000 kat daha fazla işlem gücü gerektiriyor.
2024'te yayınlanan bir çalışmada, Bao, Muller ve işbirlikçileri, tropiklerdeki bulutların sıcaklık arttıkça daha fazla kümelendiğini ve bunun daha az sıklıkta ancak daha büyük, daha uzun süren ve bir gün boyunca teorinin öngördüğünden daha fazla yağmur bırakan fırtınalara yol açtığını buldu.
Ancak bu çalışma sadece tek bir modele dayanıyordu ve yaklaşık olarak 2070 yılındaki gelecekteki tek bir zaman noktasının koşullarını simüle ediyordu. Bilim insanlarının, daha uzun süreli simülasyonlar çalıştırması gerekiyor, ancak çok az araştırma ekibi buna maddi olarak gücü yetiyor. Bu modeller o kadar hesaplama yoğundur ki, genellikle büyük merkezi veri merkezlerinde çalıştırılır ve bilim insanları veri işlemek ve paylaşmak için zaman zaman "hackathon"lar düzenler.
Bulutlar hakkındaki en büyük bilinmezlere ışık tutmak için araştırmacıların daha fazla gerçek dünya gözlemine de ihtiyacı var. Her ne kadar uydudan elde edilen verilerle yapılan bir dizi son çalışma, bulut kümelerinin tropik bölgelerdeki daha ağır yağışlarla bağlantısını gösterse de, birçok tropik bölgede büyük veri boşlukları bulunuyor. Bu durum iklim projeksiyonlarını zayıflatıyor ve birçok ülkeyi hazırlıksız bırakıyor. 2025 Haziran'ında Venezuela ve Kolombiya'daki seller ve toprak kaymaları en az bir düzine insanın ölümüne neden oldu, ancak bilim insanları bu fırtınaları neyin kötüleştirdiğini bilmiyor çünkü veri çok yetersiz. Bu durumun neyi tetiklediğini hala kimsenin tam olarak bilmediği belirtiliyor.
Yeni ve ayrıntılı veriler yolda. Bazı araştırmacılar, 2024'te tropik Atlantik Okyanusu'nda altı hafta boyunca seyreden bir Alman araştırma gemisinden elde edilen yağış ölçümlerini analiz ediyor. Geminin radarı, geçtiği fırtınalarla ilişkili konveksiyon kümelerini haritalamış, bu da araştırmacıların okyanusun geniş alanları üzerindeki bulut organizasyonunu görmelerine yardımcı olacak.
Daha da küresel bir bakış ufukta görünüyor. Avrupa Uzay Ajansı, 2029'da Dünya okyanuslarını dalgalandıran ve dağ zirvelerini süpüren yüzeye yakın rüzgarları ölçmek üzere iki uydu fırlatmayı planlıyor. Bilim insanları umuyor ki, bu uydulardan gelen veriler nihayet kümelenmiş bulutları ve onlardan düşen en şiddetli yağmurları daha iyi anlamayı sağlayacak.
