עמוד הבית > מדעי כדור-הארץ והיקום > מטאורולוגיה [אקלים ומזג האוויר] > מזג אוויר
מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכיתאוניברסיטת תל אביב. בית ספר לחינוך. המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי



תקציר
על מזג האוויר וחיזויו - על חיזוי באמצעות תצפיות ומפות ושימוש במחשבים וחזאים אנושיים, על כללים בסיסיים למתן תחזית, על שימוש בלוויינים ובטכנולוגיות חיזוי לטווח מידי, על הסיבות לטעויות בתחזית, על חיזוי לטווחים ארוכים ועל תחזית לשינויי אקלים.



חיזוי מזג האוויר
מחברים: יואב יאיר; ד"ר רמי קליין



מהו מזג אוויר?


כל אחד מאתנו חי בהתאם למזג האוויר ומושפע ממנו באורח יום-יומי. ההחלטה מה ללבוש, אם לנסוע על אופניים או באוטובוס לבית הספר ואם יתקיים הטיול השנתי נקבעת - כמעט באופן מוחלט - על ידי תנאי מזג האוויר הצפויים.

אך כיצד מגדירים מזג אוויר? האם אכן די בתיאור הכללי "חם ויבש" או "קר וגשום" והאם הוא מדויק? כדי להחליט מה ללבוש ואם לנסוע על אופניים אולי כן, אבל עבור פעילות של שדה תעופה, קבלן היוצק בטון או חקלאי השוקל אם לקטוף את הכותנה זהו מידע חלקי שאינו מספק.

כדי לתאר נאמנה את מזג האוויר לא די בצמד מילים, משום שמזג האוויר תלוי בזמן ובמקום ומורכב מגורמים רבים. מבלי לתאר כראוי את המצב הנוכחי, בוודאי לא נוכל לחזות מה יקרה בעוד כמה שעות! לכן, מקובל להגדיר את מזג האוויר כתיאור מצבה הנוכחי של האטמוספרה על ידי אוסף של גדלים כמותיים: טמפרטורה, לחות, לחץ האוויר, כיוון הרוח ומהירותה. יש להוסיף גם מידע תיאורי: סוג העננים בשמים וכמותם, האם יש משקעים (גשם וברד)? מה טיב הראות? האם יש אובך ואבק? וכדומה.



מתצפיות למפות


כיצד נדע מה יהיה מזג האוויר במקום מגורינו בעוד 24 שעות? האם הוא תלוי רק במה שמדדנו ותיארנו עכשיו?

התשובה היא המפתח למדע החיזוי: כדי להיות מסוגלים לחזות את מזג האוויר הצפוי, עלינו לדעת מהו מזג האוויר במקומות רבים בו-זמנית. הסיבה לכך היא העובדה שהאטמוספרה מתנהגת כזרם רציף, ומערכות מזג האוויר נעות ממקום למקום ומושפעות מהרוחות ומהתנאים בדרכן.

לדוגמה, שקעים שנוצרים בהם עננים הממטירים בארצנו גשמים עזים מגיעים מן המערב, ואנו יכולים לראותם במפות עוד בהיותם באזור איטליה ולצפות מתי יגיעו לחופינו. חמסינים משתוללים הנישאים ברוחות הדרומיות מאפריקה מתחילים את דרכם הרחק מישראל, והתחזית יכולה לקבוע את מועד הגעתם.

ברור לפיכך שצריך מדידות במקומות מרוחקים מאוד זה מזה, לעתים במדינות שונות או ביבשות שונות. לשם כך נקבעה שפה אחידה, שמשמשת לדיווח על מזג האוויר בכל העולם.

מדי יום מבוצעות תצפיות מטאורולוגיות בשעות קבועות בכל העולם. אלפי אנשים יוצאים בדיוק באותו רגע ומודדים את כל הפרמטרים שמנינו באמצעות מכשירים. באזורים מרוחקים ישנן תחנות אוטומטיות ממוחשבות הפועלות ללא מגע יד אדם ומדווחות על תוצאות התצפית. המדידות נערכות גם באמצעות בלונים, המודדים את מצב האטמוספרה לא רק סמוך לפני הקרקע, אלא בשכבות גבוהות יותר.

מאוסף התצפיות באזורים נרחבים המוזרמות למרכזים בין לאומיים, בונים החזאים מפות סינופטיות: אלה הן מפות המתארות את מצב האטמוספרה, ועל פיהן אפשר לקבוע את כיוון הרוחות ולחזות את התנהגותן של מערכות מזג האוויר בימים הקרובים.



מחשבים וחזאים אנושיים


מפה סינופטית היא כמו מפת צופן למציאת מטמון: צריך לפענח אותה כדי להבין מה צפון בה. מחשבי-על מהירים במיוחד אוספים את כל הנתונים הגולמיים שדיווחו התחנות, ובאמצעות מודלים מיוחדים יוצרים מפות לחיזוי מזג האוויר העתידי.

מודל לחיזוי מזג אוויר מכיל מערכת מסובכת של משוואות, המתארות גדלים שונים באטמוספרה: לחץ האוויר, האנרגיה של הזרימה, הלחות והעננים, הטמפרטורה ועוד. בגלל כמות הנעלמים והקשרים ההדדיים ביניהם, מערכת המשוואות מורכבת ביותר, ונדרש זמן חישוב ארוך במיוחד כדי לפתור אותה.

המחשבים אינם חוזים את מזג האוויר, אלא רק בונים מפות עתידיות של האטמוספרה בכמה גבהים - ל-24 שעות, ל-48 שעות, ל-72 שעות וכדומה. במפות אלה קל לזהות את מערכות הלחץ - שקעים ורמות - ולחזות את התקדמותן ואת מסלולי תנועתן.

חזאי מיומן יכול לקבוע, על סמך ניסיונו, את מזג האוויר החזוי על פי המפות שייצר המחשב. הוא זה אשר חוזה אם ירד גשם, היכן ירד ומה יהיה מזג האוויר בכל מקום.
לחיזוי מזג האוויר על פי מפות סינופטיות

כמה כללים פשוטים


כולנו מכירים כבר חלק מהביטויים שהחזאים משתמשים בהם ברדיו ובטלוויזיה: "שקע קר מקפריסין", "אפיק מים-סוף", "רמה ברומטרית מסיביר" או "שקע שרבי במצרים"… ואכן אלה הם המונחים שמתארים את מערכות הלחץ ה"קלסיות" שפוקדות את אזור מזרח הים התיכון.

המפות המגיעות מהמחשב מתארות את תנועת השקעים והרמות, את כיווני הרוחות והטמפרטורות ואת מיקום העננים והגשמים. לכל מערכת כזו יש מזג-אוויר מיוחד משלה.

בשל העובדה שתבניות מזג האוויר חוזרות על עצמן בשינויים קלים מדי עונה ועונה, נוצרו בכל מקום כללים פשוטים שמאפשרים לחזות את ההתרחשויות. לדוגמה, רוח דרום מערבית בחורף מנבאת בצפון הארץ את בוא הגשם, משום שהיא עוברת מעל הים וצוברת לחות. לעומת זאת, אותה רוח הנושבת בדרום הארץ מבשרת יובש, מפני שמסלולה עובר מעל מדבריות אפריקה.

אנו יודעים שבשקע ברומטרי, שהוא אזור לחץ נמוך, מזג האוויר בדרך כלל בלתי יציב, ויש סיכוי לעננים ולמשקעים. ברמה או ברכס שהם אזורי לחץ גבוה, מזג האוויר בהיר ויציב, ללא עננים וגשם. החזאי משתמש בכללים הבסיסיים הללו ובהיכרותו עם הדקויות של כל מצב כדי לתת תחזית.



לוויינים מביטים מעל


בראשית שנות ה-60 של המאה ה-20 החלו ארצות הברית ורוסיה בשיגור לוויינים לחלל. כחלק ממירוץ החימוש ששרר אז בעולם, צוידו הלוויינים במצלמות מתוך כוונה לרגל ולהשיג מידע על המתרחש במדינות אויב. אולם כשהגיעו תמונות ראשונות של כדור הארץ מהחלל, הסתבר לכול שהדבר הבולט ביותר בהן הוא - מערכות מזג האוויר ותבניות העננים הנלוות אליהן!

לוויינים מטאורולוגיים הם כיום חלק בלתי נפרד מתהליך החיזוי: הם מספקים תמונות רציפות של כדור הארץ ועוקבים אחר התפתחות סופות ומסלולי תנועתם של מערכות לחץ, כגון שקעים ורמות.

החזאי מצרף את תמונת הלוויין ומפות התחזית של המחשב ומשלב ביניהן כדי להבין טוב יותר את התנהגות מערכות מזג האוויר. טכניקה זו מאפשרת דיוק רב יותר בתחזית.



טכנולוגיה וחיזוי לטווח המידי


לרשות החזאי עומדות כיום מערכות משוכללות אשר משפרות את כושר החיזוי ומגדילות את הדיוק של התחזית באזור נתון. ענף זה של חיזוי נקרא "חיזוי מידי" או חיזוי לטווח קצר, ובו ניתנות תשובות לבעיות מזג אוויר כמעט בזמן אמת. הצרכנים שלו הם בראש ובראשונה שדות תעופה ונמלי ים, שפעילותם תלויה מאוד במזג האוויר.

חיזוי לטווח מידי נעזר במכ"ם עננים - מערכת המסוגלת לזהות היכן יורדים גשמים ובאיזו עצמה. מערכת זו מסוגלת גם לזהות את תנועת מערכות העננים ומהירויות הרוח בהם. בתמונת מכ"ם כזו אפשר להבחין באזורים המועדים לשיטפונות, במקומות שיש בהם סכנת טורנדו, ובמגמת ההתקדמות של סופה בטווח של שעות קדימה.

מערכת נוספת היא מערכת לאיתור ברקים - חיישנים מיוחדים הפזורים במספר מקומות ומסוגלים לזהות את מיקום הברקים ואת עצמתם בזמן אמת. החזאי יכול לקבל ממנה תמונה על מיקום סערות הברקים ולהתריע על סכנה מתקרבת בפני תחנות כוח ומרכזי מחשבים, הרגישים במיוחד לזרמים העצומים של הברק.



מדוע טועים החזאים?


שאלה או האשמה כזו שומעים רבות מפי אנשים שנרטבו ביום גשום, משום שהתחזית בבוקר קבעה שיהיה יום בהיר ושטוף שמש. ואכן אנו נוטים לזכור לחזאים את כישלונות החיזוי שלהם, אף על פי שהם אינם רבים.



יחד עם זאת, ישנן כמה "נסיבות מקילות" המסבירות את האירועים שבעטיים היתל מזג האוויר בחזאים. הראשונה היא תופעת ה"כאוס" - השינוי בתוצאה של מודל מחשב עקב אי-דיוק זעיר בתנאי ההתחלה. ה"כאוס" (תוהו ובוהו) הוא ענף חדיש של הפיסיקה שנתגלה בעקבות תוצאות החיזוי המטאורולוגי במחשבים. מסתבר ששינוי קטנטן באחד הערכים - למשל, הלחץ או הטמפרטורה - בנקודה מסוימת ברשת הנקודות המשמשות את המחשב, יכול להביא לתוצאה סופית שונה לחלוטין. חזאי שיתבסס על תוצאה כזו, ייתן בהכרח תחזית מזג אוויר שגויה.

היות שכושר הדיוק של התצפיות שלנו מוגבל, ובשל העובדה שאנו עושים קירובים ו"מעגלים" מספרים, נוצרות טעויות גם במפות הממוחשבות. ככל שעולה טווח התחזית, גדל שיעור אי-הוודאות, והטעויות מתחזקות. לכן, גם מחשבי-העל וגם החזאי האנושי יכולים לדייק רק עד גבול מסוים. מעבר לו - הכול בידי האטמוספרה!



חיזוי לטווחים ארוכים


התחזית המועברת כיום באמצעי התקשורת האלקטרונית והמודפסת היא בדרך כלל לטווח של יומיים-שלושה. לטווחים רחוקים יותר נמסרת רק הערכה כללית ולא מדויקת של מזג האוויר עד לטווח של חמישה ימים. יש אתרים באינטרנט, המציעים מפות חיזוי ל-10 ימים ותחזית של הטמפרטורה וכמות המשקעים לאותו פרק זמן, אך זהו בדרך כלל הגבול העליון של כושר החיזוי, והדיוק בו נמוך יותר.

ומה לגבי חיזוי לטווח ארוך יותר, למשל, לעונה שלמה? האם אפשר לצפות מראש חורף שחון או שנה גשומה? האם אפשר להעריך אם עונת ההוריקנים תהיה פעילה או דלילה?



כיום מתבססות תחזיות עונתיות ארוכות טווח על סמנים אקלימיים וסטטיסטיים ועל ממוצעים רב-שנתיים. הדיוק של תחזיות אלה אינו רב, בשל העובדה שיש שונות רבה בלתי מחזורית בתופעות מזג האוויר. על כן, לא פעם אמרות הכנף של בדווים מהמדבר או של "זקני צפת" - "אחרי ארבע שנים גשומות תבוא בצורת" או "קיץ לוהט סימן לסתיו גשום" - מוכחות כנכונות למדי.



תחזית לשינויי אקלים


מה יקרה בעתיד? האם יותכו הקרחונים בקטבים? האם יעלה מפלס האוקיינוסים, והיבשות תוצפנה? האם יתפשטו המדבריות ויחוסלו אזורים פוריים? אלה הן רק חלק מהשאלות שמנסים לענות עליהן באמצעות חיזוי האקלים.

אך בעוד שתחזיות מזג האוויר מתייחסות לטווחים קצרים או בינוניים, כשמדובר באקלים, המצב נהיה סבוך בהרבה. כיום, בעידן שהשפעת האדם על האטמוספרה גדולה מאוד, חשוב מאוד לדעת אם גם האקלים משתנה ואם אכן יש לפעילות האדם השפעה גלובלית עולמית, ולא רק השפעה מקומית.

אנו נמצאים כעת בתקופה חמה, לאחר שעידן הקרח האחרון הסתיים לפני כ-10,000 שנים. אולם התקופה הנוכחית חמה גם משום שחלה הפרעה במאזן האנרגיה של כדור הארץ: המין האנושי הוסיף כמויות עצומות של גזי חממה כמו, למשל, פחמן דו-חמצני לאטמוספרה. גזים אלה בולעים היטב את קרינת החום הנפלטת מפני כדור הארץ וגורמים להתחממות האטמוספירה.

כדי לחזות את השינוי האקלימי שיתרחש, מחשבים את המאזנים ואת התהליכים בסקלה עולמית: חילופי חומרים ואנרגיה בין כיפות הקרח, האוקיינוסים, האטמוספרה והיבשות. כותבים מערכת משוואות מסובכת ומנסים לכלול בה את השפעתו המתמשכת של המין האנושי. מודלים אקלימיים כאלה הם מורכבים ועדיין לא מדויקים, אך הם חיוניים לצורך התארגנות לקראת העתיד.



אל האסופה מסע במרחבי האטמוספרה : מזג אוויר ואקלים - פרקים נבחרים3

ביבליוגרפיה:
כותר: חיזוי מזג האוויר
שם  התקליטור: רוח ים : מאגר מידע מתוקשב להכרת מערכות האטמוספירה וההידרוספירה
מחברים: יאיר, יואב ; קליין, רמי (ד"ר)
תאריך: 1999
הוצאה לאור: מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכית; אוניברסיטת תל אביב. בית ספר לחינוך. המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי
הערות: 1. התכנית פותחה בשיתוף אוניברסיטת תל-אביב. בית הספר לחינוך. המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי - מדע וטכנולוגיה לחטיבות הביניים.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית