לידת הפיזיקה בארץ ישראל
פרופ' יובל נאמן

סוליטונים: גלים הלוכדים את עצמם
מרדכי שגב

התקדמות בננוטכנולוגיה אטומית ומולקולרית
ג' אלי מנסורי

אוטומטונים סלולריים
סטפן וולפרם

הגדרה חדשה לעונות השנה
פ. אלפרט, א. אוסטינסקי, ב.זיו, ח. שפיר

תבניות שוברות סימטרייה ומורכבות אקולוגית
אהוד מירון

קווזי-גבישים: מקפלר ועד שכטמן
רון ליפשיץ




  גיליון מספר 3 | 01.10.2004
הגדרה חדשה לעונות השנה


פ. אלפרט, א. אוסטינסקי, ב.זיו, ח. שפיר


על פי מצבי מזג האוויר



כיצד קובעים את עונות השנה

במאמרו "מהן העונות?" מציג Trenberth (שנת 1983) את הבעיה המעניינת הבאה: סופת שלגים רצינית פוקדת את מרכז היבשת בארה"ב באמצע דצמבר. החזאי שמתאר את המצב החמור בטלוויזיה מוסיף את ההערה כי לאמיתו של דבר נותרו עדיין כ- 10 ימים עד לתחילת עונת החורף! הוא, כמובן, מתייחס להגדרה האסטרונומית של החורף. העונה האסטרונומית של החורף (בחצי כדור הצפוני או קיץ בחצי כדור דרומי) מוגדרת כתקופה מן "Winter Solstice" - בממוצע 22 דצמבר ועד ל-"Vernal Equinox" - בממוצע 21 במרץ. האביב מסתיים ב-"Summer Solstice" - בממוצע 22 יוני. הקיץ נמשך עד ל-"Autumnal Equinox" - בממוצע 23 בספטמבר והסתיו משלים את מחזור העונות. אורך העונה האסטרונומית הוא 89-93 יום כתוצאה מהמסלול הלא מעגלי של כדור הארץ מסביב לשמש.Trenberth מוסיף כי למרות שהגיאומטריה שמש-ארץ היא הגורם לעונות אין קשר מיידי בין העונה האסטרונומית לטמפרטורה או למזג האוויר.

במטאורולוגיה, מקובל להגדיר 4 עונות של 3 חודשים כל אחת. הצעה הגיונית יותר מובאת על ידי Trenberth ולפיה ההגדרה של העונה תיקבע ע"פ המחזור השנתי של טמפרטורת האוויר באזור נתון. כמובן, קיים הפרש פזה בין מחזור קרינת השמש (המחזור האסטרונומי) למחזור הטמפרטורה ובארה"ב הנו בממוצע 27.5 יום. כאשר מגדירים את עונות השנה באופן זה כארבע עונות שוות מראה Trenberth כי העונות ע"פ הטמפרטורה מתחילות בארה"ב כ- 17-20 יום קודם. כך, החורף מתחיל בארה"ב בממוצע ב- 3 לדצמבר והקיץ ב- 4 ביוני. זמנים אלו תואמים יותר טוב את החלוקה המטאורולוגית - כל עונה 3 חדשים - על-פיה החורף מתחיל ב- 1 לדצמבר והקיץ ב- 1 ביוני.

עובדיה וגולדרייך (1997) המשיכו את שיטתו של Trenberth גם לישראל ונתחו את עונות השנה ע"פ מחזורי טמפרטורת האוויר ב- 22 תחנות מטאורולוגיות. הם מצאו כי בישראל החורף מתחיל בממוצע ב- 12 בדצמבר (ומסתיים ב- 14 למרץ) והקיץ מתחיל ב- 13 ביוני (ועד 12 בספטמבר). החיסרון בשיטת Trenberth הוא שאורך העונות משתנה מאזור לאזור. כך, קרוב לים הפרש הפזה גדול יותר מחמת ההשפעה הממזגת של הים על טמפרטורת האוויר. עובדיה וגולדרייך (1997) מצאו, למשל, שמספר הימים בין היום שבו הקרינה מירבית (22 ביוני) ליום החם ביותר הוא 42 בתל-אביב, 37 בירושלים ו- 30 יום באילת.

הגדרה מטאורולוגית-סינופטית של עונות השנה

אנו נציע הגדרה מטאורולוגית חדשה לעונות אשר מתבססת על המצבים הסינופטיים הדומיננטיים בממוצע לכל יום מימות השנה ע"פ הגדרתן האובייקטיבית שנעשתה לתקופה 1948-2000, דהיינו: 53 שנים. שיטת המיון היומי למצבים סינופטיים הוצעה על ידי אלפרט ושות' (2002). בעבודה זאת בוצע מיון אובייקטיבי יומי של המצבים הסינופטיים במזרח הים התיכון על בסיס של Discriminant Analysis.

המיון הנוכחי מתבסס על הניתוח האטמוספרי המחודש (Reanalysis) של המרכז הלאומי האמריקאי לחיזוי סביבתי בוושינגטון (NCEP, National Centers for Environmental Prediction), ארה"ב. הנתונים סופקו ע"י NOAA-CIRES Climate Diagnostic Center, Boulder, Colorado, מהאתר שלהם: http://www.cdc.noaa.gov. מעל מזרח הים התיכון אובחנו ע"י החזאים תשעה-עשר מצבים סינופטיים עבור שנת 1985 (ובתוספת חורף 1991/2 עקב מחסור יחסי בכמה מצבים אופייניים לחורף בשנת 1985). מצבים אלו הוזנו למחשב ושימשו כבסיס המידע - training set - לניתוח אובייקטיבי של כל הימים ב- 53 שנים. הפרמטרים האטמוספריים מנקודות הסריג ששימשו בתהליך היו: הגובה הגיאופוטנציאלי, שני רכיבי הרוח האופקית והטמפרטורה במפלסים של 1000 ו- 500 מ"ב. מספר נקודות הסריג בכל מפלס היה 25 (5x5) עם מרחק אופקי של 2.5° כך שסך כל המשתנים ליום נתון (שעה 12.00 UTC) הגיע ל- 200. לתיאור מפורט של השיטה ובדיקתה ראה (2004a ,י Alpert et al). תוצאות שהתקבלו בשיטה הנ"ל מכילות הגדרה למצב סינופטי לכ- 53x365 יום החל ב- 1 בינואר 1948 ועד ל- 31 בדצמבר 2000 ומשמשות אותנו להגדרת העונות. בכל עונה מופיעים כידוע כמה מצבים סינופטיים אופייניים, ראה למשל זיו ויאיר (1994), ולקהילות המטאורולוגים באזור ידועים היטב המצבים השולטים בכל עונה ועונה. הקיץ, למשל, מאופיין היטב על ידי האפיק הפרסי מצפון-מזרח לישראל והרמה הסובטרופית מדרום-מערב לו (1990 ,י Alpert et al). החורף מאופיין על ידי שקעים סינופטיים, שחודרים למזרח הים התיכון ממערב, ורמות לחץ שביניהם. בסתיו שכיח אפיק ים-סוף מדרום, ובאביב השקעים השרביים שמגיעים אלינו ממערב עד דרום-מערב.

איך נקבע הקיץ

ההנחה עליה התבססנו ואותה בדקנו היא כי שכיחותם הממוצעת של המצבים השולטים בעונה מסויימת תגבר באותה עונה. על מנת להגדיר היטב את הכניסה והיציאה של העונה בחרנו לבדוק עבור כל יום בשנה את מספר הימים (הממוצע ל- 53 שנה) מכל מצב סינופטי ב- 11 הימים שסביב אותו יום (5±ימים). כך מצאנו, למשל, כי ב- 25 ביוני מספר הימים הממוצע של אפיק פרסי מתוך 11 (דהיינו, הימים שבמרווח 20 יוני - 30 יוני ) מגיע לראשונה מתחילת השנה לערך של 9. לאמור, ב- 25 ביוני ובממוצע ע"פ 53 שנים, 9 מתוך 11 ימים מאופיינים במצב של אפיק פרסי. באותו אופן, ה- 31 במאי הנו היום הראשון של תקופת הקיץ שבו בממוצע 6 מתוך 11 ימים מאופיינים על ידי אפיק פרסי. ציור 1 מציג את מספר הימים הממוצע מתוך 11 ימים, כאמור לעיל, או את שכיחותם הממוצעת של המצבים האופייניים השולטים בכל אחת מארבע העונות.


Figure 1: Climatic seasonal distribution of the typical Eastern
Mediterranean synoptic systems' frequencies.
RST = Red Sea Trough

החלוקה לעונות

השליטה כמעט מוחלטת של האפיק הפרסי בקיץ (המורכב משלושה תת-מצבים שונים של אפיק פרסי: חלש, בינוני ועמוק), ניכרת היטב ומאפשרת הגדרה חדה לעונת הקיץ. הצעתנו היא כי רוב של 6 מתוך 11 ימים של אפיק פרסי יגדיר את הקיץ, וזה תואם לתקופה 31 במאי - 22 ספטמבר (115 יום). בהתאמה רוב ניכר/חזק של 9 מתוך 11 ימי אפיק פרסי (כ- 82%) יגדיר את שיא העונה (High Season), וזה תואם לתקופה 25 יוני - 7 ספטמבר (72 יום). מעניין לציין כי ההגדרה של העונות ע"פ הטמפרטורה (עובדיה וגולדרייך 1997, טבלה 1) הכופה 3 חדשים לכל עונה נופלת ב- 13 יוני - 12 ספטמבר, עם אורך של 91.25 יום, ובדיוק בין שתי תקופות הקיץ אותן הצענו. בעונות האחרות ההבדלים בין ההגדרות משמעותיים יותר. בעונת החורף בולטת השליטה של השקעים החורפיים הים-תיכוניים. כאשר הם מתקרבים אלינו הם מסווגים כשקעים קרים ממערב, במעברם אותנו הם נקראים שקעים קפריסאים (קיימים 4 תת-מצבים שהם צפוני עמוק, צפוני רדוד, דרומי עמוק ודרומי רדוד), ובעזיבתנו הם נקראים שקעים ממזרח. שכיחותם של השקעים החורפיים גבוהה ביותר - בסוף ינואר ובפברואר - מגיעה ל- 4 מתוך 11 ימים (37%), וזו נמוכה כצפוי בהשוואה לשכיחות האפיק הפרסי בקיץ. לפי הצעתנו (ציור 1, חצים, טבלה 1), עונת הסתיו קצרה יותר מן הקיץ ומן החורף ונשלטת על ידי אפיק ים סוף שמגיע לשיאו בסוף אוקטובר ומרבית נובמבר (5 מתוך 11 ימים, כ- 46%).

עונת האביב קצרה ביותר והשקעים השרביים מגיעים לשיא בחודש אפריל ל- 0.5 ימים מתוך 11 (5% בלבד). הסיבה לשכיחותם הנמוכה ביותר ע"פ השיטה הסינופטית היא כדלהלן. השקעים השרביים הם קטנים, מתקדמים מהר מזרחה בשולי הרמה הסובטרופית ועוברים את מזרח הים התיכון לעתים בתוך 1-2 ימים או בתוך פרק זמן קצר מיממה (Alpert and Ziv, 1989). פרק זמן זה נופל בין הדגימות היומיות שלנו בשעת הצהרים (12.00UTC), כך שבערך שליש מהשקעים השרביים חולף מעל אזורנו בשעות הערב והלילה ללא זכר בשעות הצהרים (למעט הצטברות אבק בבתינו). יחד עם זאת, אין ספק שהדומיננטיות של מזג האוויר המלווה את השקע השרבי, לאמור, טמפרטורות גבוהות מאוד, רוחות חזקות, אבק וסופות חול עם ראות לקויה מאוד לעתים, עננות גבוהה ובינונית עם גשמים קלים לפעמים (מלקוש) - היא זו שמגדירה מטאורולוגית באופן מאוד מוחשי את האביב בישראל. טבלה 1 מסכמת את עונות השנה על פי המצבים הסינופטיים במזרח הים התיכון ובהתאם לחצים בציור 1. עולה מכאן כי עונות הקיץ והחורף נמשכות כ-4 חודשים, ואילו עונות הסתיו והאביב נמשכות כחודשיים בלבד.

Table 1: New season definitions at the Eastern Mediterranean.
(a) Dates and lengths; (b) Suggested rules.


Figure 2: Comparison of the lengths of summer (a) and winter (b)
by the four different methods:
astronomical, meteorological, temperature and synoptic.
The high seasons are marked by winged arrows.


ציור 3 מציג תמונות האופייניות למצבי מזג האוויר השונים בצמוד למפה הסינופטית המתאימה עבור אפיק פרסי, אפיק ים-סוף, שקע קפריסאי ושקע שרבי.


אפיק פרסי


אפיק ים-סוף


שקע קפריסאי


שקע שרבי



על היתרונות של שיטת המיון הסינופטית המוצעת

הטענה העיקרית של Trenberth כנגד מיוני העונות הקודמים שהם האסטרונומי מחד והמטאורולוגי מאידך, הייתה בצדק, כי אינם מתחשבים במזג האוויר. בהתאם לכך, האלטרנטיבה שהציע Trenberth , ואותה בדק בארה"ב, מסתמכת על השינויים במחזור הטמפרטורה השנתי ולא באילוץ הקרינתי של השמש שבסופו של דבר גורם לשינויי הטמפרטורה עם הפרש פאזה משתנה בממוצע של 27.5 יום. חשוב לציין כי הטמפרטורה היא רק פרמטר מטאורולוגי אחד בתוך המכלול של תופעות מזג-האוויר שמגדיר אצל המטאורולוג באופן אמיתי ומלא יותר את עונות השנה. המצבים הסינופטיים השונים הם שקשורים באופן הדוק לתופעות מזג האוויר השונות. אפיק פרסי מגדיר את מכלול מזג האוויר הקיצי כשם ששקע שרבי מאפיין את התופעה הבולטת והייחודית לאביב, וחדירתם של שקעים ברומטריים למזרח הים התיכון - את החורף. זהו היתרון הבולט של ההגדרה הסינופטית שאנו מציעים לעונות השנה.

יתרון שני הוא ברגישותה של ההגדרה לשינויי אקלים. היווצרותן של מערכות עונתיות מושפעת לאו-דווקא מהערך המוחלט של הטמפרטורה ושינויים במחזור השנתי אלא בעיקר משינויי טמפרטורה במרחב. זה אקטואלי ביותר לאזורים ממוזגים כמו מזרח התיכון. דוגמה קלאסית לכך היא אי-היציבות הברוקלינית המקובלת כיום כיצרן הראשי של שקעי החורף; אי-יציבות זו נובעת בעיקר מגרדיינטים אופקיים של טמפרטורה שעוברים סף מסוים.

שינויי אקלים כתוצאה מהתחממות גלובלית אחראים לפי כמה מחקרים לשינויים באורכן של עונות השנה, כגון: הארכת עונת הקיץ ודחיית סוף עונת החורף לכוון האביב, כפי שהוצעו ע"י כמה חוקרים.

א. בשיטות האסטרונומית והמטאורולוגית העונות שוות בארכן - 3 חודשים - כאשר השיטה המטאורולוגית היא המקדימה ביותר וכ-3 שבועות קודם לתחילת העונה האסטרונומית.

ב. בשיטת הטמפרטורה של Trenberth, וממשיכיהם בישראל עובדיה וגולדריך, העונה היא גם-כן של 3 חודשים ונופלת בין השיטה האסטרונומית לשיטה המטאורולוגית.

ג. בשיטה הסינופטית המוצעת כאן עונת החורף ועונת הקיץ הן כמעט 4 חודשים (3 חודשים ו- 23 יום). העונה הסינופטית מתחילה בתאריך הקרוב ביותר להתחלת העונה (העונה המטאורולוגית) ומסתיימת בקרבת התאריך המאוחר ביותר לסיום העונה (סוף העונה האסטרונומית).

ד. שיא העונה הסינופטית מתחיל בקירבת התאריך המאוחר ביותר לתחילת העונה (תחילת העונה האסטרונומית) ומסתיים בקירבת התאריך המוקדם ביותר לסיום העונה (סוף העונה המטאורולוגית).

ה. מסקנות ג' ו- ד' מאשרות שהגדרת העונות הסינופטית תואמת היטב להגדרות הקודמות.


רשימת ספרות:

אלפרט פ., ז'ק ר., גטניו ב., סתר א. ודקר ד., 1987: חיזוי שדה הרוחות על פני הקרקע באמצעות מודל חד-רמתי מלווה במיון מצבים סינופטיים בעונות הקיץ והחורף. אוניברסיטת תל אביב והשרות המטאורולוגי, דו"ח למשרד האנרגיה והתשתיות, 59 ע"מ.

אלפרט פ., אוסטינסקי א., זיו ב. ושפיר ח., 2003: הגדרה חדשה לעונות השנה על פי המצבים הסינופטיים והדגמתה לישראל. מחקרי יהודה ושומרון - קובץ י"ב, המכללה האקדמית יהודה ושומרון, אריאל, 371-378.

זיו ב. ויאיר י., 1994: מבוא למטאורולוגיה - יחידה 5 : מזג האוויר בישראל, הוצאת האוניברסיטה הפתוחה, האוניברסיטה הפתוחה-רמת אביב, 216 עמ'.

עובדיה ע. וגולדרייך י., 1997: חלוקת השנה בישראל על פי נתוני הטמפרטורה. מחקרי יהודה ושומרון - הכנס השישי, המכללה האקדמית יהודה ושומרון, אריאל, 293-297.

שפיר ח., זיו ב., נאמן ב. ואלפרט פ., 1994: מיון אובייקטיבי של מצבים סינופטיים, והשלכתו להערכות כלכליות של זמינות אנרגית רוח בתנאי מזג אויר שונים בישראל. מטאורולוגיה בישראל, כרך 3, חוברת 1-2, 29-49.

Alpert P. and Ziv B., 1989 : The Sharav cyclone - Observations and some theoretical considerations, J. Geoph. Res., 94, 18495-18514.

Alpert P., Abramsky R. and Neeman B. U., 1990: The prevailing summer synoptic system in Israel - Subtropical High, not Persian Trough, Israel J. Earth Sci., 39, 93-102.

Alpert P., Osetinsky I., Ziv B. and Shafir H., 2004a. Semi-objective classification for daily synoptic systems: Application to the Eastern Mediterranean climate change. International Journal of Climatology ((8)24, 1001-1011).

Alpert P., Osetinsky I., Ziv B. and Shafir H.. 2004b. A new seasons definition based on the classified daily synoptic systems: An example for the Eastern Mediterranean. International Journal of Climatology ((8)24, 1013-1021.).

Trenberth K. E., 1983: What are the seasons? Bull. Amer. Meteorol. Soc., vol. 64, no. 11, 1276-1282.


תודות:

תודה לחזאים המומחים אלי דנציגר, הדס סערוני ויוסי ברקן. בזאת אנו מביעים את תודתנו עבור התמונות המתארות את מזג האוויר לאלי גנור עבור תמונת זהום האוויר בקיץ שצולמה על ידו, לליון נובאק עבור תמונת השיטפון בנגב ולגיא שחר עבור תמונת הכותל המערבי המכוסה שלג. התמונה נלקחה מתוך אתר המצגות של גיא שחר: http://www.boker.org.il/geography/info/israel/materials/guyshahar.htm

This research was supported by a grant (GLOWA - Jordan River) from the Israeli Ministry of Science and Technology; and the German Bundesministerium fuer Bildung und Forschung (BMBF).

להרחבה מדעית בנושא ראה Alpert et al - 2004b. ואלפרט ושו"ת - 2003.



[הקליקו לקריאת המאמר באנגלית] [Click to read the article in English]

אודות המחברים :
פרופ' פנחס אלפרט הוא מטאורולוג, חבר בסגל האקדמי של מחלקה לגיאופיזיקה ומדעים פלנטריים באוניברסיטת תל-אביב.



 


חינוך
תרבות
אמנות
נקודת מבט
[משלוח תגובה] [הדפסת דף זה] [שליחת דף זה] [דף קודם] [ראש הדף]  

בניית ותחזוקת האתר: נאורה neora.com