מחבר: ברוך זיו ויואב יאיר

שנת ההוצאה: 2012

מילות מפתח: מזג אוויר; מזג-אוויר; מזג אויר; מזג-אויר; מטאורולוגיה

האטמוספרה היא מעטפת האוויר המקיפה את כדור הארץ, מגִנה על החיים שעל פניו ומאפשרת את קיומם. שפע התופעות המתרחשות בה מוכר לכולנו מחיי היום ־יום: רוחות, עננים, צורות מגוונות של משקעים, גלי חום, בצורות ושיטפונות. הספר עוסק במבנה האטמוספרה ובהרכבה, בתהליכים ובמנגנונים הפועלים בה, במערכות מזג האוויר ובשינויים המתרחשים בהן, החל משבירת שרב בתוך שעות אחדות וכלה בהתחממות גלובלית הנמשכת עשרות שנים. הוא גם מציג נקודת מבט ישראלית – מתאר את המאפיינים המטאורולוגיים של הארץ על ־פי מיקומה הגיאוגרפי ביחס לרצועות האקלים העולמי. אל הספר

נושא/נושאים: , מדעי הטבע והחיים, מדעי כדור הארץ וגיאולוגיה

תוכן הספר:

• מבוא למטאורולוגיה יחידות ‭4-1‬

• יחידה 1 מבנה האטמוספרה

• תוכן העניינים

• רשימת מושגים חדשים

• מבוא ויעדי לימוד

• 1 הרכב האטמוספרה

• טבלה ‭1.1‬ שכיחות המרכיבים העיקריים של האטמוספרה עד לגובה של ‭מ"ק 100‬. כל השכיחויות (פרט לזו של אדי מים) הן בעבור אוויר יבש. ¹

• איור ‭1.1‬ שינויים בריכוז ה־‭CO _2‬ באטמוספרה בין 1958 ל־‭,2010‬ כפי שנמדדו במצפה בהר הגעש מאונה־לואה שבהוואי. מגמת העלייה בריכוז ברורה, רציפה ומתמשכת.

• איור ‭1.2‬ ריכוזים יממתיים של גפרית דו־חמצנית במיקרוגרם למטר מעוקב אוויר, כפי שנמדדו בכמה תחנות ניטור בישראל

• איור ‭)1.3‬ב) עננים ערמתיים מעל ישראל. חלק ניכר מכמות המים באטמוספירה נמצא בעננים.

• איור ‭)1.3‬א) תיאור סכמתי של מחזור המים בטבע, תוך כדי ציון התהליכים הפיסיקליים המשתתפים בכל שלב (רוב המושגים שבאיור יידונו ביחידות 2 ו־‭(3‬

• איור ‭1.4‬ החלוקה הסכמתית של האטמוספרה לטורבוספרה ולהטרוספרה

• איור ‭1.5‬ תצלום של אטמוספרת כדור הארץ שצילם האסטרונאוט הישראלי אילן רמון ‭ל"ז)‬) בינואר ‭,2003‬ ממעבורת החלל קולומביה. החלק השחור בתחתית התמונה הוא כדור הארץ, בצדו הלילי. אור השמש בצד הנגדי מאיר פס דק בגווני כחול וכתום, זוהי האטמוספרה. קל לראות, כי מעל גובה ההומופאוזה, הצבע הכחול הופך כהה ומתמזג לתוך חשכת החלל.

• 2 האבולוציה של האטמוספרה

• איור ‭2.1‬ ריכוז החמצן באטמוספרה (באחוזים) כפונקציה של הזמן, החל מהיווצרות כדור הארץ לפני ‭4.7‬ מיליארד שנים ועד ימינו אלה. אפשר להבחין בעלייה המהירה בריכוז לפני כ־‭1.8‬ מיליארד שנים, עם התבססותם של היצורים החיים.

• טבלה ‭2.1‬ ריכוז נתונים יסודיים על נוגה, ארץ ומאדים

• 3 הלחץ האטמוספרי

• איור ‭3.1‬ השוואה בין גובה עמוד האוויר באזור מישורי והררי

• איור ‭)3.2‬א) ברומטר הכספית של טוריצ'לי

• איור ‭)3.2‬ב) ברומטר כספית מודרני

• איור ‭3.3‬ ברוגרף למדידת לחץ רצופה. הזרוע המכנית רושמת את הקריאה על גבי התוף המסתובב. אפשר להבחין באנרואיד, אשר מתכווץ ומתפשט בהתאם לשינוי בלחץ האטמוספרי.

• איור ‭3.4‬ הקשר בין הלחץ בקרקע לגובה מעל פני הקרקע, המבוטא בנוסחה ‭(3.2)‬

• 4 הרכב האטמוספרה

• טבלה ‭4.1‬ שכבות ביונוספרה ותכונותיהן

• איור ‭4.1‬ ההשפעה של היונוספרה על מעבר גלי רדיו. הקרן האנכית A עוברת בלי כל השפעה, ו־ B עוברת עם הטיה קלה. לעומתן, הקרניים המשודרות בזוויות נמוכות יותר עוברות החזרות מרובות בין הארץ ליונוספרה. אלה הם "גלי רקיע" המאפשרים תקשורת גם עם תחנות קרקע הנמצאות מעבר לאופק של המשדר.

• איור ‭4.2‬ פרופיל הטמפרטורה האנכי באטמוספרה ממוצעת. קיימת חלוקה ברורה לארבע שכבות — טרופוספרה, סטרטוספרה, מזוספרה ותרמוספרה, שביניהן מפרידים שלושה משטחי גבול: טרופופאוזה, סטרטופאוזה, מזופאוזה.

• איור ‭4.3‬ ענן סערה (קומולונימבוס) שפסגתו מצליחה לפרוץ את הטרופופאוזה ולחדור לסטרטוספרה. היציבות בשכבה זו גורמת לשיטוח ול"גזירת" הענן.

• איור ‭4.4‬ זוהר הקוטב הצפוני, כפי שנצפה באלסקה

• 5 השפעת קרינת השמש על האטמוספרה

• איור ‭5.1‬ התחומים השונים בספקטרום האלקטרומגנטי

• טבלה ‭5.1‬ תחומים של אורכי גל אופייניים של צבעים שונים בתחום האור הנראה

• איור ‭5.2‬ (א) דוגמאות לספקטרום של קרינת גוף שחור בטמפרטורות שונות. העקומות בגרף מתוארות על־ידי משוואת פלאנק. (ב) ההתאמה בין ספקטרום הפליטה של השמש כפי שנמדד מחוץ לאטמוספרת כדור הארץ ‭( I )‬ ועל פני הארץ ‭,( II )‬ לבין הספקטרום התיאורטי של קרינת גוף שחור בטמפרטורה של ‭.( III ) 6100K‬ מן הגרף עולה, כי ספקטרום הפליטה של השמש קרוב מאוד לעקומה התיאורטית המתקבלת ממשוואת פלאנק. הסטיות בגרף ‭( II )‬ נובעות מבליעה באטמוספרה.

• איור ‭5.3‬ תצלום לוויין של המזרח התיכון. אפשר להבחין בנקל בהבדלי האלבדו שבין העננים (לבנים, מחזירים היטב‭,(‬ הקרקע המדברית והים (כהה, בולע היטב‭.(‬

• טבלה ‭5.2‬ ערכים אופייניים של אלבדו עבור סוגים שונים של משטחים. ככל שהאלבדו גבוה יותר, כמות גדולה יותר של קרינה מוחזרת לחלל.

• איור ‭5.4‬ הגיאומטריה של שיווי המשקל הקרינתי בכדור הארץ

• איור ‭5.5‬ תיאור סכמתי של אפקט החממה

• איור ‭5.6‬ ספקטרום הבליעה של קרינת כדור הארץ על־ידי האטמוספרה. "החלון" הוא בין 7 ל־ 14 מיקרון; הבליעה משני צדדיו היא על־ידי אדי מים ופחמן דו־חמצני

• איור ‭5.7‬ ההבדלים בגיאומטריה של כדור הארץ ביחס לקרינת השמש לאורך מסלולו יוצרים את עונות השנה. הגדרת העונות ואורך היום מתייחסים לחצי כדור הארץ הצפוני.

• איור ‭5.8‬ המצב היחסי של קרינת השמש וכדור הארץ בסתיו, בקיץ, באביב ובחורף (בחצי הכדור הצפוני)

• איור ‭5.9‬ (א) כאשר קרני השמש פוגעות בקרקע בזווית של ‭, 90 °‬ האנרגיה החוצה בכל שנייה ‭² מ 1‬ מגיעה לשטח של ‭² מ 1‬ על הקרקע. (ב) כאשר זווית הפגיעה קטנה מ־ ‭, 90!‬ אותה האנרגיה מתפזרת על פני שטח גדול יותר. נוסף על כך, דרכן של קרני השמש באטמוספרה ארוכה עתה יותר מאשר במקרה הראשון.

• איור ‭5.10‬ כמות הקרינה השנתית המגיעה מן השמש והנפלטת מכדור הארץ בקווי רוחב גיאוגרפיים שונים

• איור ‭5.11‬ מאזן האנרגיה במערכת כדור הארץ — האטמוספרה

• שאלות סיכום

• תשובות על השאלות שבגוף היחידה

• תשובות על שאלות הסיכום

• נספח א: מושגי יסוד במכניקה

• נספח ב: מבנה החומר

• נספח ג: משוואת המצב של הגז האידיאלי

• איור ג‭1.‬ מאזן הכוחות על חבילת אוויר

• נספח ד: חזקות, שורשים ולוגריתמים

• רשימה ביבליוגרפית

• יחידה 2 האוויר בתנועה

• תוכן העניינים

• רשימת מושגים חדשים

• מבוא ויעדי לימוד

• 1 מפת לחץ

• איור ‭1.1‬ מפת לחץ של ישראל מיום ‭,26.1.90‬ בשעה ‭06UTC‬ (ערכי הלחץ נתונים בהקטופסקלים‭.(‬ הקווים הם קווי גובה בהפרשים של ‭.'מ 300‬ אזורים שגובהם עולה על 600 מ' מוצללים.

• איור ‭1.2‬ עמודות אוויר פיקטיביות המשמשות לתיקון הלחץ בהתאם לגובה פני הים

• איור ‭1.3‬ מפת הלחץ של ישראל מתוקן לגובה פני הים, מיום ‭,26.1.90‬ בשעה ‭. 06UTC‬ הסימנים הטופוגרפיים כבאיור ‭1.1‬

• איור ‭1.4‬ מפת הלחץ המתוקן לגובה פני הים בתוספת איזוברים (קווים עבים) מיום ‭,26.1.90‬ בשעה ‭. 06UTC‬ הסימנים הטופוגרפיים כבאיור ‭1.1‬

• איור ‭1.5‬ שקע ברומטרי במפת הלחץ

• איור ‭1.6‬ רמה ברומטרית במפת הלחץ

• איור ‭1.7‬ מפת לחץ

• איור ‭1.8‬ מפת לחץ של המזרח התיכון (הערכים נתונים בהקטופסקלים‭.(‬ ערך הלחץ מיוצג בנקודה שליד המספר.

• איור ‭1.9‬ רדיוסונדה

• איור ‭1.10‬ חתך דרך משטחי לחץ העוטפים את כדור הארץ

• איור ‭1.11‬ חתך אנכי דרך משטחי לחץ (קווים לבנים) ומשטחי גובה (קווים שחורים דקים)

• איור ‭1.12‬ מפת גובה של משטח לחץ של 1000 הפ‭) ס"‬א) ומראה פיסי שלו ‭.(ב)‬ הקצה הימני של התמונה (ב) חופף לקצה הימני התחתון של המפה ‭.(א)‬ צבעם של קווי הגובה באיור א משקף את הגובה: קווים חומים מייצגים ערכים גבוהים וקווים כחולים וסגולים - ערכים נמוכים ונמוכים מאוד (בהתאמה‭.(‬

• איור ‭1.13‬ מפת קרקע (א) ומפת רום של 500 הפ‭) ס"‬ב) מיום ‭,17.4.2007‬ בשעה ‭. 12UTC‬ שימו לב, כי הקווים במפת הקרקע הם איזוברים, ובמפת הרום — איזוהיפסים (גובה במטרים‭.(‬ במפת הקרקע קיימים, נוסף על האיזוברים, קווים המעוטרים בחצים וכאלה המעוטרים בעיגולים. אלה הם חזיתות (נדון בהן ביחידה ‭.(4‬

• 2 הרוח

• טבלה ‭2.1‬ סולם בופור להערכת עצמת הרוח

• איור ‭2.1‬ שושנת הרוחות

• איור ‭2.2‬ שבשבת — החץ מראה את כיוון נשיבת הרוח (צילמה קרן מזומן)

• איור ‭2.3‬ אנמומטר כפות

• איור ‭2.4‬ מפת לחץ. הקווים הם איזוברים, והערכים רשומים בהקטופסקלים. קטע באורך ‭מ"ק 100‬ הוצב במקומות שונים בניצב לאיזוברים.

• איור ‭2.5‬ תיאור סכמתי של כוח החיכוך

• איור ‭2.6‬ תנועתם של פני כדור הארץ בחצי הכדור הצפוני בקווי רוחב שונים

• איור ‭2.7‬ תיאור סכמתי של כדור הנזרק ממרכזה של קרוסלה

• איור ‭2.8‬ כוח צנטריפוגלי הפועל על מכונית הנעה בסיבוב. החץ המעובה מתאר את תנועת המכונית, והחץ הדק — את כיוון הכוח הצנטריפוגלי. O הוא מרכז המעגל שהכביש הוא חלק ממנו בקטע הפנייה.

• 3 מערכות סינופטיות

• איור ‭3.1‬ התפתחות איזון גיאוסטרופי; כוח קוריוליס מצוין באות ‭. C‬

• איור ‭3.2‬ רוחות גיאוסטרופיות במפה סינופטית בחצי כדור הארץ הצפוני. החצים הדקים מייצגים את כיוון גרדיינט הלחץ, ואורכם מייצג את גודלו. החצים העבים — את הרוח הגיאוסטרופית.

• איור ‭3.3‬ תנועת אוויר סביב שקע. כוח קוריוליס מצוין באות ‭, C‬ הכוח הצנטריפוגלי ב־ ‭. C _e‬ ראש החץ מציין את הרוח.

• איור ‭3.4‬ תנועת אוויר סביב רמה. כוח קוריוליס מצוין באות ‭, C‬ הכוח הצנטריפוגלי ב־ ‭. C _e‬

• איור ‭3.5‬ זרימה גלית

• איור ‭3.6‬ התפתחות רוח מאוזנת בהשפעת חיכוך. כוח החיכוך מצוין באות ‭. f‬

• איור ‭3.7‬ איזון בין כוח גרדיינט הלחץ ‭,( •P )‬ כוח קוריוליס ‭( C (‬ וכוח החיכוך ‭.( f )‬ החצים המרוסקים מייצגים את הרכיבים בכיוון מזרח־מערב וצפון־דרום.

• איור ‭3.8‬ מפת קרקע. הקווים הרצופים הם איזוברים. החצים מייצגים את כיוון הרוח, ואורכם — את עצמתה.

• איור ‭3.9‬ השוני בין השפעת החיכוך בלילה (א) לבין זו שביום ‭(ב)‬

• איור ‭3.10‬ זרימה בשקע ברומטרי (בלי חיכוך‭.(‬ קווים רצופים מציינים איזוברים. חצים מקוטעים — כוח גרדיינט הלחץ. חצים על גבי האיזוברים — כיוון הרוח (הגיאוסטרופית‭.(‬

• איור ‭3.11‬ תנועת גוף הנישא בזרימה ישרה בעלת גזירה ציקלונית

• איור ‭3.12‬ זרימה ברמה ברומטרית (בלא חיכוך‭.(‬ הפרטים — כמו באיור ‭3.10‬

• איור ‭3.13‬ תנועת האוויר בהשפעת חיכוך בשקע (א) וברמה ‭;(ב)‬ המעגלים מציינים איזוברים. החצים — תנועת אוויר.

• איור ‭3.14‬ חתך אנכי של תנועת האוויר בשקע

• איור ‭3.15‬ חתך אנכי של תנועת האוויר ברמה

• איור ‭3.16‬ זרימה עקמומית. הקווים הם קווי זרימה, והחצים מראים את כיוונה. הנקודה המסומנת ב־ X היא מרכז העקמומיות של השטח המוצלל.

• איור ‭3.17‬ גזירת רוח בזרימה ישרה. החצים מציינים את כיוון הרוח. דגל משולש מציין 50 קשר וכל קו נוסף — קשרים נוספים.

• איור ‭3.18‬ מיפוי הציקלוניות ושדה הרוח במפלס לחץ 1000 הפ‭) ס"‬בקרבת הקרקע‭.(‬ האזורים האנטיציקלוניים מוצללים. אורך חצי הרוח פרופורציוני למהירותה.

• איור ‭3.19‬ שדה הרוח במפלס 1000 הפ"ס. כיוון החצים מייצג את כיוון הרוח, ואורכם — את עצמתה.

• איור ‭3.20‬ אפיק ברומטרי

• איור ‭3.21‬ רכס ברומטרי

• איור ‭3.22‬ אוכף

• איור ‭3.23‬ מפת לחץ (הפ"ס) בגובה פני הים

• איור ‭3.24‬ חתך אנכי באטמוספרה שבה שוררת אחידות בלחץ ובטמפרטורה

• איור ‭3.25‬ חתך רוחב בשקע תרמלי מתפתח

• איור ‭3.26‬ מבנה סכמתי של שקע תרמלי. הקווים הרצופים מציינים איזוברים. הקווים המקוטעים — איזותרמות. על גבי האיזוברים נוספו חצים המציינים את כיוון הרוח.

• איור ‭3.27‬ מבנה סכמתי של שקע חזיתי. הקווים הרצופים מציינים איזוברים; הקווים המקוטעים באדום איזותרמות; והחצים מציינים את כיוון הרוח.

• איור ‭3.28‬ תנועה יחסית של אוויר קר וחם בשקע חזיתי

• איור ‭3.29‬ זרימה היורדת מאזור גבוה לאזור נמוך — מבט מן הצד

• איור ‭3.30‬ התהוות שקע טופוגרפי — מבט מלמעלה

• איור ‭3.31‬ מיפוי שדה הטמפרטורה

• 4 מהרכב האטמוספרה מזומטאורולוגיות

• איור ‭4.1‬ חתך מעל שטח עם לחץ וטמפרטורה אחידים

• איור ‭4.2‬ היווצרות צירקולציה תרמית

• איור ‭4.3‬ מפת לחץ (בקרקע) של אזור גבול בין אוויר חם לאוויר קר. הקווים העבים מציינים איזוברים. הקו המרוסק — גבול בין אוויר קר לחם. החצים — כיווני זרימת הרוח.

• איור ‭4.4‬ תמונת לוויין בתת־אדום של חופו המזרחי של הים התיכון מיום ‭,14.4.2011‬ בשעה ‭05:00‬ (א) ובשעה ‭12:00‬ (ב‭.(‬ ככל שהשטח קר יותר, הוא נראה בהיר יותר (השעות — זמן מקומי)

• איור ‭4.5‬ חתך רוחב בצירקולציית הבריזה היומית

• איור ‭4.6‬ הבריזה בישראל בעת הזריחה (א) ובצהריים ‭.(ב)‬ החצים מציינים את כיוון הרוח, והקווים הניצבים להם — את עצמתה. קו מלא מציין 10 קשרים ‭\'מ 5 )‬שנ‭.('‬

• איור ‭4.7‬ רוח אנבטית

• איור ‭4.8‬ רוח קטבטית

• איור ‭4.9‬ חתך רוחב בזרימת אוויר באזורים ‭2 ,1‬ (מבט מלמעלה‭.(‬ הקווים הרצופים מציינים את קווי הזרימה.

• איור ‭4.10‬ השפעת ואדי על זרימת הרוח — מבט מלמעלה

• איור ‭4.11‬ השפעת אפקט הוואדי על רוחות דרום־מזרחיות במפרץ חיפה ועל רוחות צפוניות במפרץ אילת. קווי הגובה במרווחים של ‭.'מ 400‬ הקו המרוסק — קו הגובה של ‭.'מ 300‬ אזורים שגובהם עולה על 400 מ' מוצללים.

• איור ‭4.12‬ השפעת מכשול טופוגרפי על הרוח במעלה ההר

• איור ‭4.13‬ גלי הרים

• איור ‭4.14‬ תמונת לוויין מיום ‭,19.02.2012‬ בשעה ‭10:30UTC‬ שבה נראית מערכת גשם מעל מזרח הים התיכון, הקשורה בשקע ברומטרי עמוק. הרוחות המערביות הקשורות בשקע זה יצרו גלי הרים במורדות המזרחיים של הרי מואב והרי אדום.

• סיכום

• שאלות סיכום

• תשובות על השאלות שבגוף היחידה

• תשובות על שאלות הסיכום

• נספח א: השתנות מערכות הלחץ עם הגובה

• איור א‭1.‬ חתך באטמוספרה שבה הטמפרטורה אינה אחידה. קווים רצופים מציינים משטחי לחץ.

• איור א‭2.‬ חתך דרך משטחי לחץ באטמוספרה ברוטרופית

• איור א‭3.‬ חתך רוחב דרך משטחי לחץ מקו המשווה עד הקוטב הצפוני

• איור א‭4.‬ מפות מיום ‭,4.2.2007‬ שעה ‭: 00UTC‬ (א) 300 הפ"ס; (ב) 700 הפ"ס; (ג) קרקע

• איור א‭5.‬ שקע חם. (א) מבט מלמעלה: הקווים המרוסקים מציינים איזותרמות, הקווים הרצופים — איזוברים (בהקטופסקלים) (ב) מבט מן הצד

• איור א‭6.‬ שקע קר. (א) מבט מלמעלה: הקווים המרוסקים מציינים איזותרמות, הקווים הרצופים — איזוברים (בהקטופסקלים) (ב) מבט מן הצד

• איור א‭7.‬ חתכים אנכיים ברמה: (א) רמה חמה; (ב) רמה קרה. משטחי הלחץ (בהקטופסקלים) מצוינים בקו רצוף.

• רשימה ביבליוגרפית

• יחידה 3 עננים ומשקעים

• תוכן העניינים

• רשימת מושגים חדשים

• מבוא ויעדי לימוד

• 1 מושגי יסוד

• איור ‭1.1‬ שיווי משקל בין התאדות להתעבות — רוויה ביחס למשטח מים נוזליים

• טבלה ‭1.1‬ ערכים של לחץ האדים ברוויה ‭( e s)‬ ויחס העירוב ברוויה ‭( w s)‬ בעבור טמפרטורות שונות. ערכי ‭w _s‬ חושבו בעבור לחץ של 1000 הפ"ס. המספרים בסוגריים בשתי העמודות הנם הערכים של ‭e _si‬ ושל ‭w _si‬ ביחס לקרח.

• איור ‭1.2‬ (א) מצב יציב — כאשר הכדור מוזז הוא שואף לחזור למצבו ההתחלתי. (ב) מצב בלתי יציב — הזזת הכדור גוררת שינוי בלתי הפיך.

• איור ‭)1.3‬א) דיאגרמת טמפרטורה־גובה. הקו האלכסוני מייצג את המפל ‭. G _d‬ בעלייה או בירידה של אוויר תשתנה הטמפרטורה לאורך קו זה. (כל קו מייצג טמפרטורה מסוימת של פני הקרקע‭(.‬

• איור ‭)1.3‬ב) דיאגרמת טמפרטורה־גובה, במצב שבו המפל באטמוספרה g קטן מן המפל האדיאבטי היבש ‭.( G _{d >}; g )‬ טמפרטורת הסביבה בכל גובה נמצאת על הקו ‭. g‬

• איור ‭1.4‬ מפל אינברסיה

• איור ‭1.5‬ גרף טמפרטורה־גובה, שבו האטמוספרה היא בלתי יציבה והמפל האטמוספרי גדול מן המפל האדיאבטי היבש, ‭. g > G d‬ הטמפרטורה של חבילת האוויר בכל גובה מתקבלת על־ פי הקו של המפל האדיאבטי, ‭, G _d‬ ואילו טמפרטורת השכבה נתונה על־ידי הקו ‭. g‬

• 2 היווצרות עננים ומשקעים

• איור ‭2.1‬ היווצרות אווירוסולים מקצף הגלים בים

• איור ‭2.2‬ תצלום ענן האפר והפיח המתנשא מעל הר הגעש סנט־הלנס בארצות־הברית

• איור ‭2.3‬ השוואה בין הרדיוס ‭,( r )‬ הריכוז בליטר ‭( n )‬ ומהירות הנפילה של הטיפות בסנטימטר לשנייה ‭( v )‬ בשלבים שונים בענן. טיפונת ענן טיפוסית היא בעלת רדיוס של 10 מיקרון, ומהירות נפילתה ‭\מ"ס 1‬שנ. הגבול בין טיפונת ענן לטיפת גשם הוא ברדיוס 100 מיקרון. טיפת גשם טיפוסית היא ברדיוס של ‭1000 ) מ"מ 1‬ מיקרון) ומהירות נפילתה כ־ ‭\'מ 6.5‬שנ‭.'‬

• איור ‭2.4‬ חלקיקי אווירוסול בהגדלה. התמונות צולמו במיקרוסקופ אלקטרונים סורק.

• איור ‭2.5‬ תהליך ההתלכדות בין טיפונות ענן קטנות: (א) בהעדר מהירות אנכית; (ב) בנוכחות מהירות אוויר אנכית

• איור ‭2.6‬ תצלומים של גבישי שלג שונים שנמצאו בעננים קרים

• איור ‭2.7‬ אבן ברד גדולה (קוטר ‭.(מ"ס 7.4‬ בביצוע חתך אפשר להבחין במבנה דמוי בצל שבו שכבות של סוגי קרח שונים, בהתאם לתנאים השוררים בחלקים שונים בענן שבהם עברה אבן הברד.

• איור ‭2.8‬ תיאור סכמתי של גידול טיפונות ענן בעקבות התנגשויות אקראיות

• איור ‭2.9‬ צורות שונות של חלקיקים שנדגמו בעננים, אשר נוצרו בעקבות התנגשויות בין גבישי קרח לבין טיפות נוזליות

• איור ‭2.10‬ התהליכים השונים ליצירת משקעים בעננים

• 3 צורות ותהליכים בעננים

• איור ‭3.1‬ היווצרות עננות הררית: האוויר מתרומם עקב פגיעת הרוח בהר, עובר את רום העיבוי (ה־ ‭( LCL‬ ויוצר עננים.

• איור ‭)3.2‬א) תצלום לוויין של דרום־האוקיינוס ההודי, שבו אפשר להבחין בגלי עננות הנוצרים עקב פגיעת הרוח בהר הגעש באי אמסטרדם ‭) Amsterdam island )‬

• איור ‭)3.2‬ב) ענני הרים הנוצרים בשל גלים אטמוספריים המתהווים עקב פגיעת הרוח בהרים ‭) lee waves )‬

• איור ‭3.3‬ פסי התעבות מעל העיר סן־פרנסיסקו. הופעת פסי התעבות בשעות הבוקר, והפיכתם בתוך שעות אחדות לענני צירוס, היא תופעה שכיחה.

• איור ‭3.4‬ ערפל קרינה במטרים הראשונים מעל הקרקע

• איור ‭3.5‬ ערפל גולש לתוך מכתש רמון. אפשר לראות כי הערפל מתפוגג כשהוא מתחמם תוך כדי ירידתו למכתש.

• תרשים ‭3.1‬ סוגי ערפלים ותהליכי היווצרותם

• טבלה ‭3.1‬ קבוצות עננים על־פי גובה בסיס הענן מעל פני הקרקע, בקווי הרוחב הממוזגים

• איור ‭3.6‬ ענני צירוס

• איור ‭3.7‬ החזרת אור בגבישי הקרח של עננים גבוהים (צירוסטרטוס) יוצרת את ההילות האופייניות סביב השמש והירח.

• איור ‭3.8‬ וירגה בענן צירוס

• איור ‭3.9‬ ענני צירוקומולוס המאורגנים כאלמנטים קטנים עקב קונבקציה פנימית (תאי בנארד)

• איור ‭3.10‬ שמש חיוורת מבעד לענני אלטוסטרטוס

• איור ‭3.11‬ אלטוקומולוס לנטיקולריס; עננים נמוכים

• איור ‭3.12‬ ענני קומולוס קטנים, האופייניים למזג אוויר נאה ‭.( fair weather cumulus )‬ התפתחותם האנכית מוגבלת, ותכולת המים בהם נמוכה. גובה בסיס העננים מציין את ה־ ‭. LCL‬

• איור ‭3.13‬ ענן קומולוס מפותח (קומולוס קונג'סטוס ‭.(( congestus )‬ פסגת הענן מתנשאת לגובה ‭מ"ק 6‬, והיא מכילה ריכוז גבוה של טיפות מים בקירור יתר וגבישי קרח.

• איור ‭3.14‬ (א) תצלום של ענני סטרטוקומולוס; (ב) תצלום של שכבת סטרטוקומולוס דקה

• איור ‭3.15‬ תהליך ההתפתחות של שדה עננות ערמתית כפונקציה של זמן, ברצף של 55 דקות צילום

• איור ‭3.16‬ תצלום של תופעת ממטוּסים בענני קומולונימבוס

• איור ‭3.17‬ מגדלי קומולוס צעירים בשלב ההתפתחות. מהלך החיים של ענן כזה הנו קצר — פחות משעה בדרך־כלל. לאחר הדעיכה צצים ועולים עננים חדשים במקומות אחרים. הגובה שאליו מגיע הענן נקבע על־פי מידת האי־יציבות של האטמוספרה. צילום באדיבות הילה מזומן

• איור ‭3.18‬ תמונת ענן נימבוסטרטוס. ענן זה אופייני לחזיתות חמות בשקעים, והוא ממטיר גשם בקצב אטי לאורך פרקי זמן ארוכים.

• איור ‭3.19‬ מאפיינים צורניים וגבהים יחסיים של סוגי העננים השכיחים

• איור ‭3.20‬ מראה אופייני של עננים סטרטוספריים קוטביים

• איור ‭3.21‬ (א) שרטוט סכמתי של שקע סגור — החזית החמה והחזית הקרה. כיווני הרוחות בשקע מצוינים על גבי האיזוברים. (ב) העננות האופיינית בשתי החזיתות. שימו לב להגזמה בקנה המידה האנכי, יחסית לממד האופקי. בצד ימין מופיעה החזית החמה, שלה שיפוע רדוד. בצד שמאל — החזית הקרה.

• איור ‭3.22‬ חתך צד בחזית חמה, המתאר את סוגי המשקעים בעננים השונים לאורך החזית

• איור ‭3.23‬ ענני צירוס בשקיעה, במצב שבו חלף זרם סילון מעל ישראל

• איור ‭3.24‬ שכבת ענני סטרטוקומולוס באור השקיעה

• 4 הרכב האטמוספרה בעננים

• איור ‭4.1‬ המעגל החשמלי הגלובלי בשרטוט סכמתי: היונוספרה היא הלוח החיובי, האדמה היא הלוח השלילי, וסופות הברקים הן הגנרטור המייצר מטענים חשמליים לטעינה מחודשת של ה"קבל‭."‬

• איור ‭4.2‬ מבנה חשמלי סכמתי של ענן סערה טיפוסי

• איור ‭4.3‬ הפרדת מטען בהתנגשות על־פי מודל הקיטוב

• איור ‭4.4‬ האפקט התרמואלקטרי בקרח: גרדיינט טמפרטורה מביא להיווצרות הפרש פוטנציאלים בתוך הגביש. שבירה לחלקים תביא להפרדת מטען.

• איור ‭4.5‬ אפקט פוטנציאל השפה בהתנגשויות ברד/גראופל עם טיפונות בקירור יתר. הרסיסים יישאו מטען חיובי לפסגת הענן, והגבישים הגדולים יישאו מטען שלילי לבסיס הענן.

• איור ‭4.6‬ המנגנון הקונבקטיבי של וונגוט

• איור ‭4.7‬ תיאור השלבים במכת ברק מענן לאדמה. תחילה נוצרת פריצה באזור מסוים בענן, אשר מתקדמת בצעדים מהירים אל הקרקע, תוך כדי "איסוף" מטענים חשמליים ממוקדי מטען נוספים בענן. מכת ההחזר הראשונה היא הברק שאנו רואים. בצד ימין מתוארת מכת ברק נוספת דרך אותה תעלת התפרקות, שבה מוקד מטען אחר "מנצל" את האזור המוליך בענן להתפרקות אל האדמה.

• איור ‭4.8‬ היווצרות "צומת" חשמלי בין המוביל המדורג לניצוץ החיובי העולה מן האדמה, בדרך־כלל מעצמים גבוהים ומחודדים. מסיבה זו יש סכנה בעמידה תחת עצים בעת סופות ברקים.

• איור ‭4.9‬ מראה אופייני של מכת ברק מענן לאדמה. המסלול המסתעף נראה בבירור.

• איור ‭4.10‬ צילום במהירות גבוהה של התפרקות שדון־ ברקים ‭.( sprite )‬ קל לראות את המבנה המורכב של התופעה, המשתרעת בין 40 ל־ ‭מ"ק 90‬

• שאלות סיכום

• תשובות על השאלות שבגוף היחידה

• תשובות על שאלות הסיכום

• נספח א: החוק הראשון של התרמודינמיקה

• נספח ב: מפל הטמפרטורה האדיאבטי

• נספח ג: טמפרטורה פוטנציאלית

• איור ג‭1.‬ "חילוף מקומות" בין חבילות 1 ל־2 מוכיח, כי כאשר התנאים שווים, חבילה 1 חמה יותר מחבילה ‭.2‬

• נספח ד: הטפיגרמה

• איור ד‭1.‬ טפיגרמה

• איור ד‭2.‬ פרופיל אנכי של הטמפרטורה וטמפרטורת נקודת הטל על גבי טפיגרמה

• נספח ה: כללי זהירות מפני פגיעות ברקים

• רשימה ביבליוגרפית

• יחידה 4 מערכות אקלימיות ומערכות מזג אוויר

• תוכן העניינים

• רשימת מושגים חדשים

• מבוא ויעדי לימוד

• 1 הצירקולציה הגלובלית

• איור ‭1.1‬ חתך אנכי בתא הדלי. החצים העבים מתארים את זרימת האוויר.

• איור ‭1.2‬ מהירות תנועת כדור הארץ בכיוון מזרח, בקו המשווה ובקו הרוחב ‭30!‬ צפון

• איור ‭1.3‬ תיאור סכמתי של תא הדלי (בעקבות מאמר שפרסם הדלי ב־‭.(1735‬ חצים רצופים מציינים זרימה בקרקע. חצים מקוטעים — זרימה ברום.

• איור ‭1.4‬ המערבולות של קווי הרוחב הבינוניים

• איור ‭1.5‬ ניסוי גיגית המים לבדיקת השפעת כוח קוריוליס על הצירקולציה

• איור ‭1.6‬ תנועת המים (ראו איור ‭(1.5‬ בעת סיבוב הגיגית במהירות נמוכה. החצים המקוטעים מייצגים את הזרימה ליד הקרקעית, המייצגת את הרוח ליד הקרקע. החצים הרצופים מייצגים את הזרימה על פני המים, המייצגת את הרוח ברום.

• איור ‭1.7‬ מבט מן הצד בקדמת הגיגית שבאיור ‭.1.6‬ החצים מתארים את כיוון תנועת המים סמוך לקרקעית וסמוך לפני המים.

• איור ‭1.8‬ אופי זרימת המים בגיגית (ראו איור ‭(1.5‬ בעת סיבוב הגיגית במהירות גבוהה

• 2 מערכות הלחץ העולמיות

• איור ‭2.1‬ הצירקולציה העולמית — תיאור סכמתי

• איור ‭2.2‬ מפת הלחץ העולמית — ממוצע לחודש ינואר

• איור ‭2.3‬ מפת הלחץ העולמית — ממוצע לחודש יולי

• איור ‭2.4‬ מפת טמפרטורות ממוצעת של חצי הכדור המזרחי בינואר

• איור ‭2.5‬ מפת טמפרטורות ממוצעת של חצי הכדור המזרחי ביולי

• איור ‭2.6‬ מפת לחץ ממוצע של חצי הכדור המזרחי בינואר

• איור ‭2.7‬ מפת לחץ ממוצע של חצי הכדור המזרחי ביולי

• טבלה ‭2.1‬ טיפוסי אקלים ראשיים לפי המיון האקלימי של קפן

• 3 הזרימה ברום

• איור ‭3.1‬ מפת רום 300 הפ‭) ס"‬כ־ ‭מ"ק 9‬) ממוצעת לחודש ינואר של חצי הכדור הצפוני. הקווים הדקים מציינים איזוהיפסים (במאות רגל‭.(‬

• איור ‭3.2‬ מפת רום 500 הפ"ס מיום ‭,8.4.85‬ שעה ‭, 00:00UTC‬ של השטח התחום בין קווי הרוחב ‭60!N–30!N‬ וקווי האורך ‭. 60!E–0!‬ קווים רצופים מציינים איזוהיפסים במרווחים של ‭.'מ 60‬ החצים מראים את כיוון הרוח הגיאוסטרופית.

• איור ‭3.3‬ התפתחות גל רוסבי — מבט מלמעלה. החצים המעובים מתארים את הזרימה.

• איור ‭3.4‬ גל רוסבי — מבט מלמעלה. V מתייחס לעצמת הרוח הגרדיינטית, ‭— V‬ לעצמת הרוח הגיאוסטרופית באותם g התנאים. באזורי המעבר, בין רכס לאפיק, מצוינים התהליכים הקשורים ברוח הגרדיינטית.

• איור ‭3.5‬ מפת רוח. כל קו שניצב לחץ הרוח מציין 10 קשר. משולש מלא ‭50 —‬ קשר.

• איור ‭3.6‬ מפת זרם סילון במפלס לחץ 200 הפ"ס. הקווים הדקים מציינים איזוהיפסים ביחידות של עשרות ‭\'מ‬שנ‭.'‬ הקווים הדקים — איזוטכים ביחידות של ‭\'מ‬שנ‭.'‬ אזורים שבהם מהירות הרוח גבוהה מוצללים. החצים הלבנים מראים את מיקומם ואת כיוונם של זרמי הסילון. המפה מיום ‭,22.12.2005‬ שעה ‭. UTC12‬

• איור ‭3.7‬ מערבולות בשוליו של זרם סילון

• איור ‭3.8‬ זרם סילון — מבט מלמעלה. ה"קליפות" הן המשטחים האיזוטכיים. המספרים מציינים את מהירות הרוח במ‭\'‬שנ‭.'‬ החץ הסגול מציין את ציר הסילון.

• איור ‭3.9‬ זרם הסילון הסובטרופי בינואר. הקווים הדקים מציינים איזוטכים במ‭\'‬שנ‭.'‬ החצים העבים — ציר הסילון.

• איור ‭3.10‬ תיאור סכמתי של שדה הטמפרטורה ושל זרמי סילון פולריים בקווי הרוחב הממוזגים. קווים מקוטעים אדומים מציינים איזותרמות. חצים סגולים — צירים של זרמי סילון.

• איור ‭3.11‬ חלוקת הסילון לאזור ציקלוני ‭( C )‬ ולאזור אנטיציקלוני ‭( A )‬

• איור ‭3.12‬ סכמה של היווצרות אזורי התכנסות (מוצללים בכחול ומסומנים ב־ ‭( C‬ והתבדרות (מוצללים באדום ומסומנים ב־ ‭( D‬ בזרם סילון ישר

• 4 זרהרכב

• איור ‭4.1‬ חתך אנכי בצירקולציית צפיפות

• איור ‭4.2‬ צירקולציה תרמו־הלינית — מבט מלמעלה. חצים מקוטעים מציינים זרימה בעומק. חצים רצופים — זרימה בפני המים.

• איור ‭4.3‬ השתנות כיוון תנועת המים ומהירותם בעומקים שונים. בכל עומק מיוצג כיוון התנועה על־ידי חץ, שאורכו מבטא את מהירותה. כאן מוצג חצי הכדור הצפוני.

• איור ‭4.4‬ זרימת המים מול חופי קליפורניה. חצים דקים מציינים את כיוון הרוח השלטת; חצים עבים — כיוון סחיפת המים (זרם קליפורניה‭;(‬ קווים מרוסקים — איזותרמות של טמפרטורת פני המים (על־פי ‭.( Trewarta, 1980‬

• איור ‭4.5‬ זרמי אוקיינוס (תמונה סכמתית)

• איור ‭4.6‬ אנומליות אקלימיות (כפי שמתבטאות בטמפרטורה ובמשקעים) המלוות אירועי אל ניניו בחורף (למעלה) ובקיץ (למטה)

• 5 השקע החזיתי

• טבלה ‭5.1‬ סוגי חזיתות

• איור ‭5.1‬ שישה שלבים במהלך חייו של שקע חזיתי

• איור ‭5.2‬ השינויים בשדה הטמפרטורה ברום הנמוך (מיוצג על־ידי משטח הלחץ 850 הפ"ס) תוך כדי התהוות שקע חזיתי. שלב א — מצב המוצא; שלב ב — בהשפעת השקע. קווים מקוטעים אדומים מייצגים איזותרמות; קווים מקוטעים עבים מציינים את מקום החזיתות, חצים — את כיוון זרימת האוויר.

• איור ‭5.3‬ שילוב של שקע חזיתי בקרקע עם אפיק ברום. את האיזוברים בקרקע מציינים קווים רצופים לבנים, את האיזותרמות ברום הנמוך — קווים אדומים מקוטעים, את האיזוהיפסים ברום הגבוה ‭500 )‬ הפ"ס) — קווים מעובים סגולים. החזיתות מסומנות על־פי המקובל. האות L מייצגת את מרכז השקע בקרקע. קו האפיק ברום מצוין בקו שחור מקוטע.

• איור ‭5.4‬ חתך בחזית

• איור ‭5.5‬ (א) שקע חזיתי — מבט מלמעלה. הקווים הסגולים המקוטעים הם האיזותרמות. אזורי העננות מוצללים באפור, אזורי המשקעים — בירוק; (ב) חתך אנכי לאורך הקטע AB

• איור ‭5.6‬ מבט מלמעלה על שקע חזיתי. הקווים הלבנים מציינים איזוברים (הלחץ בהפ‭,(ס"‬ הקווים המקוטעים האדומים — איזותרמות, והחצים מתארים את כיוון הרוח. האות L מייצגת את מרכז השקע.

• טבלה ‭5.2‬ מאפייני מזג אוויר במעבר חזית

• איור ‭5.7‬ תמונת לוויין של מערב הים התיכון באור הנראה מיום ‭.6.3.86‬ בתמונה נראה שקע חזיתי. החזיתות מצוינות על גבי התמונה.

• 6 טמפרטורות קיצוניות

• טבלה ‭6.1‬ דרגות עומס החום

• איור ‭6.1‬ פרופיל טמפרטורה בבית־דגן מיום ‭,12.5.1988‬ בשעה ‭UTC00‬ (קו מקווקו) ומיום ‭,13.5.1988‬ בשעה ‭UTC12‬ (קו רצוף) המראה התחממות בשכבות האטמוספירה הבינוניות והיווצרות אינברסיית התמוככות שבסיסה בגובה 200 מטרים

• איור ‭6.2‬ תיאור סכמתי של אפקט הפן

• איור ‭6.3‬ מפה טופוגרפית של צפון ישראל ומרכזה (ככל שפני השטח גבוהים יותר הגוון בהיר יותר‭.(‬ החלקים השייכים לירדן, לסוריה וללבנון - בצבע אפור חלק

• איור ‭6.4‬ אפקט פן הפועל על רוח ימית, החוצה את הרי הגליל

• איור ‭6.5‬ סכמה של רוח קטבטית (בלילה)

• 7 סופות חמורות

• טבלה ‭7.1‬ סוגי גרגרים הקיימים בקרקע

• איור ‭7.1‬ מראה סכמתי של חתך בפני שטח חולי בעלי מבנה של דיונות

• איור ‭7.2‬ הפרש לחץ הנוצר על פני שטח גרגרי

• איור ‭7.3‬ ערבול מכני ליד הקרקע

• איור ‭7.4‬ תמונת הלוויין MODIS מיום ‭,2.2.2003‬ שעה ‭, UTC11‬ שבו נראה המזרח התיכון תחת השפעת שקע ברומטרי עמוק, שמרכזו באזור רודוס. השקע גרם לרוחות חזקות במזרח התיכון. אפשר לראות שובלי אובך בחופי מצרים ומזרח לוב, ושובל סמיך במיוחד המשתרע מאזור תעלת סואץ צפונה, אל מול חופי ישראל ולבנון.

• איור ‭7.5‬ עלעול

• איור ‭7.6‬ סכמה של פרץ רוח

• איור ‭7.7‬ שובל גשם המעיד על קיומו של פרץ רוח לח

• איור ‭7.8‬ מראה של סופת טורנדו

• איור ‭7.9‬ השלב הראשוני בהיווצרות הטורנדו — מערבל נטוי

• איור ‭7.10‬ מבנה הטורנדו לאחר שהרוחות גרמו להזדקפות המערבל

• איור ‭7.11‬ נזקי טורנדו בדרגה ‭F3‬

• טבלה ‭7.2‬ סולם פוג'יטה למיון עצמתן של סופות טורנדו

• איור ‭7.12‬ שתי דוגמאות סכמתיות של עצים שנפגעו בסופות

• איור ‭7.13‬ נד מים

• איור ‭7.14‬ מפה סינופטית מיום ‭,28.8.2005‬ שעה ‭, UTC06‬ שבה נראית סופת ההוריקן קתרינה שפקדה את ארצות־הברית. ראו תיאור בהמשך פרק זה.

• איור ‭7.15‬ תמונת לוויין מיום ‭,28.8.2005‬ שעה ‭, UTC06‬ שבה נראית סופת ההוריקן קתרינה; במרכזה נראית העין כחור בעננים

• טבלה ‭7.3‬ סולם ספיר־סימפסון

• טבלה ‭7.4‬ סוגי הרוחות השונים ומאפייניהם העיקריים

• שאלות סיכום

• מפת רוח (היעזרו במפה בתשובותיכם על שאלות ‭(9-6‬

• תשובות על השאלות שבגוף היחידה

• תשובות על שאלות הסיכום

• רשימה ביבליוגרפית

• רשימת בעלי זכויות היוצרים

עמודים:

א  1  2  3  4  5  7  8  9  10  11