מחקר עדכני הראה שבעתיד יהיו באזורנו פחות ימי גשם, אבל יותר אירועי גשם חזקים. כיצד יכולים עקרונות מדעיים פשוטים להסביר את מסקנות המחקר?

בעבר התפיסה הרווחת הייתה שהשפעת גזי החממה מסתכמת בהתחממות, אך היום ברור שפליטת גזי החממה משפיעה על כל היבט של אקלים כדור הארץ, ובין השאר על משטרי הרוחות ודפוסי המשקעים בעולם. היא גורמת לבצורות, שיטפונות ושינויים בעונות השנה.

איך דפוסי הגשם בישראל צפויים להשתנות? לתשובה לשאלה זו השפעות מרחיקות לכת על החקלאות, על התשתיות שלנו ועל המערכות האקולוגיות. בכתבה זו ננסה להבין חלק מהשינויים הצפויים באמצעות עקרונות מדעיים פשוטים: השפעת ההתחממות העולמית על כמות אדי המים באטמוספרה ועל מערכת הרוחות העולמית.

דפוסי המשקעים בעולם, ובכלל זה ישראל, צפויים להשתנות. שדה שיפון ביום קיץ חם ויבש | rsooll, Shutterstock

עלייה בלחות

איך נבין את הקשר בין העלייה בכמות גזי החממה לבין הגשמים? נשתמש במשוואה שפיתחו לפני כמאתיים שנה שני מדענים שנתנו לה את שמה – משוואת קלאוזיוס-קלפרון. המשוואה מלמדת שאוויר חם יכול להכיל יותר אדי מים מאוויר קר. למשל, בסיר מים עם מכסה, ככל שהמים והאוויר יהיו חמים יותר, הסיר יכיל יותר אדי מים. שני תהליכים מתרחשים כל הזמן בסיר: המים מתאדים ובו זמנית אדי המים מתעבים והופכים בחזרה למים. עם חימום המים קצב האידוי שלהם הולך וגדל. אולם, עם עליית כמות האדים גם קצב העיבוי גדל. לאחר זמן מה של חימום, קצב העיבוי הגובר ישתווה לבסוף לקצב האידוי, וכמות האדים בסיר תישאר קבועה. המצב הזה מכונה שיווי משקל ומשוואת קלאוזיוס-קלפרון מחשבת את כמות האדים באוויר בשיווי משקל כשטמפרטורת האוויר משתנה.

אם נשתמש במשוואה לא כדי לתאר סיר עם מכסה אלא את האטמוספרה והים, נגלה שבהתחממות של פני כדור הארץ במעלה אחת, האוויר יכול להכיל עד שבעה אחוזים יותר אדי מים. המשוואה לא קובעת שהאוויר החם יכיל בהכרח יותר לחות, אלא שהוא עשוי להכיל יותר לחות. לכן יש בעולם אזורים חמים ויבשים, למשל מדבריות. לפי המשוואה, בעתיד, כשיהיה חם יותר, האוויר יכיל יותר אדי מים, ואלה יוכלו להתעבות לעננים ולרדת כגשם. יותר מים מעל ראשינו יגרמו לאירועי גשם בעוצמה גדולה יותר, בין השאר בישראל.

תא הדלי תורם לעליית אוויר באזור קו המשווה, והאוויר הזה מתקרר, מתעבה ומוריד גשם. תאי האוויר על פני כדור הארץ | Designua, Shutterstock

רוחות, גשם ומדבר

אם כן, ראינו שבעתיד יהיו יותר מים באטמוספרה ויותר משקעים, אך איפה הגשם ירד? האוויר מכיל אדי מים ומסוגל להחזיק גם טיפות מים מרחפות – העננים. זאת המשמעות של שיווי משקל: אדי מים הופכים לטיפות מים, ואם הן לא כבדות מספיק כדי ליפול לקרקע, הן יתאדו ויהפכו בחזרה לגז, לאדים. גשם, לעומת זאת, הוא דוגמה לחוסר יציבות: טיפות המים המרחפות גדלות וכשהן כבדות מספיק, הן נופלות כגשם.

אי-היציבות הזאת יכולה להתפתח בכמה דרכים. מרכיב חשוב הוא תנועה אנכית של אוויר כלפי מעלה. האוויר מתקרר מהר, וכך המים מתעבים והופכים לטיפות. הטיפות גדלות עד שהן כבדות מספיק כדי לרדת כגשם. ישראל שוכנת בנקודת מפגש בין אזור אקלים ים תיכוני ממוזג לאזור אקלים מדברי, ואי-היציבות והתנועה האנכית של האוויר מסבירות למה בישראל גשמים יכולים לרדת בחורף אך לא בקיץ. כדי להבין מה גורם להבדלים הללו בין העונות, עלינו להכיר את מערכת הרוחות המכונה תא הדלי (Hadley cell).

תא הדלי הוא מערכת של זרימת אוויר עולמית שנוצרת מהפרש הטמפרטורות בין האזור הטרופי סביב קו המשווה, עד קו הרוחב 23, לבין האזורים הסובטרופיים, בין קווי הרוחב 23 ו-35. זרימת האוויר בתא גורמת לעליית אוויר לח באזור הטרופי, סביב קו המשווה, ולשקיעת אוויר יבש באזורים הסובטרופיים. הזרימה המעגלית והסגורה הזאת העניקה למערכת את השם "תא". בתא יש תנועה אנכית של אוויר, מה שמעיד על קשר בין התא לבין משטר הגשמים העולמי. ואכן, תא הדלי תורם לעליית אוויר באזור קו המשווה, והאוויר הזה מתקרר, מתעבה ומוריד גשם. כך מתקיימים יערות גשם באזורים הטרופיים, בהם יער האמזונס. לעומת זאת, באזורים הסובטרופיים תא הדלי תורם לשקיעת אוויר יבש שמונע גשם, וכך תורם להיווצרות רצועת המדבריות, שכוללת את מדבר סהרה באפריקה.

התא הוא עונתי. בקיץ החלק היורד והיבש שלו מגיע עד קו הרוחב 30 בערך, אך בחורף החלק היורד נשאר קרוב יותר לקו המשווה ומשפיע על אזור מצומצם יותר. ישראל שוכנת בקו הרוחב 31 ולכן בקיץ זרימת האוויר היבש בתא מונעת משקעים בישראל, והקיץ הישראלי יבש כמעט לחלוטין. בחורף, תא הדלי לא מגיע עד לאזורנו וכך גשם יכול לרדת בישראל.

חורף סוער וקצר

בעקבות העלייה בריכוז גזי החממה באטמוספרה, תא הדלי מתרחב והענף היורד שלו, שיוצר את רצועת המדבריות העולמית, צפוי לנדוד צפונה. איך התופעה הזאת תשפיע על המשקעים בישראל?

בקיץ ההתרחבות לא תשפיע באופן משמעותי, כי ממילא הקיץ בישראל יבש כמעט לחלוטין. בחורף הענף היורד של התא לא יגיע עד ישראל, גם כשמביאים בחשבון את ההתרחבות העתידית. לכן כשהתא יתרחב צפויה ההתייבשות המשמעותית ביותר דווקא בעונות המעבר. התא ימנע גשמים לא רק בחודשי הקיץ, יוני עד ספטמבר, אלא הוא מתקדם צפונה ולכן ימנע גשמים גם לפני תקופה זו ואחריה. החורף הישראלי מתקצר כי תא הדלי מגיע עד ישראל למשך זמן רב יותר כל שנה.

פרסום

הגענו לשתי תובנות: ממשוואת קלאוזיוס-קלפרון הסקנו שבעתיד יהיו אירועי הגשם חזקים יותר כי האטמוספירה תכיל יותר מים, ומהתרחבות תא הדלי הסקנו שבעתיד יהיו בעונות המעבר בישראל פחות משקעים ופחות ימי גשם. מה קורה בפועל? האם אלה השינויים שנמדדו?

קבוצת חוקרים מהאוניברסיטה העברית ואוניברסיטת תל אביב מצאה שמספר ימי הגשם בישראל יורד בממוצע בכשני אחוזים בעשור מאז 1975, אך עוצמת הגשם בימים הגשומים עלתה בממוצע בכשני אחוזים בעשור. המחקר משער שאירועי הגשם יתחזקו אך מספר ימי הגשם יתקצר בשבעה ימים בממוצע מדי שנה ונקבל כמות משקעים דומה מדי שנה. השירות המטאורולוגי הגיע למסקנות דומות.

עוד מצאו החוקרים שבעונות המעבר פחתו ימי הגשם פי שניים בממוצע – בערך בחמישה אחוזים בעשור. המגמה הזאת מתאימה לתחזית שמבוססת על התרחבות תא הדלי. כך השינויים ברמות הלחות ומשטרי הרוחות מאפשרים לנו להבין איך דפוסי הגשמים בישראל צפויים להשתנות כתוצאה מפליטת גזי החממה. ראינו שאפשר להבין ולחזות את רוב דפוסי הגשם בארץ בעזרת עקרונות מדעיים בסיסיים, ולא רק בעזרת מודלים ממוחשבים מסובכים.

מאת – איתמר קרבי

באדיבות  מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע.