אומנות ומדע בחיזוי מזג האוויר

מאת כתב עורו!‏ בבריטניה

היה זה ב־15 באוקטובר 1987 — אשה אחת התקשרה לתחנת טלוויזיה בבריטניה ודיווחה ששמעה על התקרבות סופה לאיזור.‏ החזאי הרגיע את קהל מאזיניו בטון משרה ביטחון:‏ ”‏אל תדאגו,‏ שום סופה אינה מתקרבת”‏.‏ אבל באותו לילה חשו תושבי דרום אנגליה על בשרם את כל עוצמת הסערה:‏ 15 מיליון עצים הושמדו,‏ 19 איש נספו והסערה הותירה מאחוריה נזקים שנאמדו ביותר מ־4.‏1 מיליארד דולר.‏

מדי בוקר,‏ מיליוני אנשים ואנו בכללם מדליקים רדיו או טלוויזיה כדי להקשיב לתחזית מזג האוויר.‏ האם השמים המעוננים מבשרים גשם?‏ האם קרני השמש הראשונות משמען יום בהיר?‏ האם תגרום העלייה בטמפרטורות להפשרתם ולהמסתם של השלג והקרח?‏ לאחר שאנו מאזינים לתחזית,‏ אנו מחליטים אילו בגדים ללבוש ואם לקחת איתנו מטרייה או לא.‏

אך מדי פעם תחזיות מזג האוויר שגויות לחלוטין.‏ אמת,‏ למרות השיפור הניכר ברמת הדיוק של התחזיות בשנים האחרונות,‏ חיזוי מזג האוויר הוא מזיגה מרתקת של אומנות ומדע הרחוקה מלהיות נטולת טעויות.‏ מה כרוך בחיזוי מזג האוויר,‏ ועד כמה מהימנות התחזיות?‏ על מנת להשיב על כך,‏ הבה נבחן תחילה כיצד התפתח חיזוי מזג האוויר.‏

חקר מזג האוויר

בתקופת המקרא התבסס חיזוי מזג האוויר בעיקרו על תצפיות שנערכו בעין בלתי מזוינת (‏מתי ט״ז:‏2,‏ 3‏)‏.‏ לרשותם של המטאורולוגים כיום עומד מגוון של מכשירים מתוחכמים,‏ שהבסיסיים שביניהם הם מַדֵי לחץ אוויר (‏ברומטרים)‏,‏ מדי טמפרטורה,‏ מדי לחות ושבשבוֹת רוחות.‏

בשנת 1643 המציא הפיזיקאי האיטלקי אֶווַנְגֶ’‏לִיסְטָה טוֹרִיצֶ’‏לִי את הבּרומֶטֶר,‏ מכשיר פשוט המודד את לחץ האוויר.‏ תוך זמן קצר גילו שהלחץ האטמוספירי עולה ויורד עם שינויי מזג האוויר,‏ ושירידת לחץ מאותתת לא אחת על התקרבות סערה.‏ ההיגרומֶטֶר,‏ מכשיר למדידת לחות האוויר,‏ פּוּתח ב־1664.‏ וב־1714 המציא הפיזיקאי הגרמני דניאל פַרֶנהַייְט את מדחום הכספית,‏ שבעזרתו ניתן היה למדוד את הטמפרטורה המדויקת.‏

בשנת 1765 בקירוב,‏ הציע המדען הצרפתי אנטואן לורַן לַווּאַזְיֶיה לערוך מדידות יומיות של הלחץ האטמוספירי,‏ לחות האוויר ומהירות הרוחות וכיוונן.‏ ”‏בעזרת כל המידע הזה”‏,‏ הצהיר,‏ ”‏ניתן כמעט תמיד לחזות את מזג האוויר יום או יומיים מראש ברמת דיוק סבירה”‏.‏ אולם התברר שאין זו משימה קלה.‏

ניטור מזג האוויר

ב־1854 ירדו למצולות בסערה עזה,‏ סמוך לנמל בַּלַקלבָה שבקרים,‏ ספינת מלחמה צרפתית ו־38 ספינות של צי הסוחר הצרפתי.‏ אִירְבֶּן זַ’‏ן ז’‏וֹזֶף לֶווֶרְייֶה,‏ מנהל מצפה הכוכבים שבפריז,‏ נתבקש על־ידי שלטונות צרפת לרדת לשורש העניין.‏ לאחר בדיקת הנתונים המטאורולוגים שנאספו,‏ הוא גילה שהסערה התפתחה יומיים לפני האסון ושהיא התפשטה מצפון־מערב אירופה לדרום־מזרחה.‏ אם היתה מותקנת מערכת ניטוּר סערות,‏ ניתן היה לשגר אזהרה מוקדמת לכלי השיִט.‏ מסיבה זו נוסד בצרפת מוקד לאומי לאזהרה מפני סערות.‏ כך נולדה המטאורולוגיה המודרנית.‏

עם זאת,‏ המדענים היו צריכים לקבל במהירות נתונים על מזג האוויר ממקומות אחרים.‏ הטלגרף החשמלי שהמציא סמיואל מוֹרְס זמן קצר לפני כן היה האמצעי המתאים לשידור הנתונים.‏ כך התאפשר למצפה הכוכבים בפריז לפרסם את המפות הסינופטיות הראשונות במתכונת המודרנית ב־1863.‏ בשנת 1872 עשתה כן גם התחנה המטאורולוגית בבריטניה.‏

ככל שהמטאורולוגים ליקטו נתונים רבים יותר,‏ התברר להם שהגורמים הקובעים את מזג האוויר מורכבים להדהים.‏ מכשירים גרפיים חדשים פותחו כדי שהמפות הסינופטיות יכילו מידע רב יותר.‏ האיזוֹבָּרים למשל הם קווים העוברים בין נקודות שבהן לחץ האוויר זהה.‏ האיזוֹתֶרמוֹת הן קווים המחברים מקומות שונים שבהם הטמפרטורה שווה.‏ במפות סינופטיות יש גם סמלים מיוחדים לציון כיוון נשיבת הרוחות ועוצמתן,‏ ומצויינים בהן קווי הגבול המפרידים בין גושי אוויר חמים וקרים.‏

כמו כן פותח ציוד מתוחכם.‏ כיום קיימות בעולם מאות תחנות מטאורולוגיות שמשגרות כדורים פורחים המצוידים במשדרי רדיוֹסוֹנְדָה,‏ שהם מכשירים למדידת התנאים באטמוספירה המשדרים לתחנה נתונים מטאורולוגיים באמצעות גלי רדיו.‏ נעשה שימוש גם ברדאר.‏ בעזרת גלי רדיו,‏ המוחזרים מטיפות גשם ומחלקיקי קרח המצויים בעננים,‏ יכולים אנשי השירות המטאורולוגי לעקוב אחר תנועת הסערות.‏

צעד גדול קדימה בתשקיפים מדויקים של מזג האוויר נעשה ב־1960,‏ כאשר שוגר לחלל הלוויין המטאורולוגי הראשון בעולם TIROS I,‏ כשהוא מצויד במצלמת טלוויזיה.‏ כיום הלוויינים המטאורולוגיים חגים סביב כדור הארץ וסוקרים אותו מקוֹטב עד קוֹטב,‏ בעוד שלוויינים גיאוֹסְטַצְיוֹנִיים הנמצאים במסלול קבוע מעל פני כדור הארץ סוקרים ללא הפסק את השטח שבתחום קליטתם.‏ שני סוגי הלוויינים מצלמים תמונות של מזג האוויר במבט מלמעלה.‏

חיזוי מזג האוויר

זה די פשוט יחסית לדעת במדויק מהו מזג האוויר כעת,‏ אך זהו דבר שונה בתכלית לחזות כיצד ייראה בעוד שעה,‏ יום או שבוע.‏ זמן קצר לאחר מלחמת העולם הראשונה העלה המטאורולוג הבריטי לואיס ריצ׳רדסון השערה,‏ שמאחר שחוקי הפיזיקה שולטים באטמוספירה ניתן לחזות את מזג האוויר בעזרת חישובים מתמטיים.‏ אלא שהנוסחאות היו כה מסובכות והחישובים גזלו זמן רב כל כך,‏ שהחזיתות החמות או הקרות חלפו עברו לפני שהחזאים השלימו את חישוביהם.‏ יתרה מזו,‏ ריצ׳רדסון השתמש במדידות מזג האוויר במרווחי זמן של שש שעות.‏ לדברי המטאורולוג הצרפתי רֶנֶה שַבּוּ,‏ ”‏גם תחזית שאינה מדויקת במיוחד חייבת להסתמך על מדידות שנערכו במרווחי זמן של שלושים דקות מקסימום”‏.‏

על כל פנים,‏ מאז המצאת המחשב ניתן לבצע חישובים ארוכים במהירות.‏ המטאורולוגים נעזרו בחישוביו של ריצ׳רדסון כדי לפתח מודל מתמטי מורכב — סדרת משוואות מתמטיות שמכלילה בתוכה את כל החוקים הפיזיקליים הידועים ששולטים במזג האוויר.‏

כדי להשתמש במשוואות הללו,‏ המטאורולוגים מחלקים את שטח כדור הארץ לסריג התוויה.‏ נכון להיום,‏ המודל הגלובאלי שמשמש את התחנה המטאורולוגית הבריטית מכיל נקודות התוויה המרוחקות כ־80 קילומטר זו מזו.‏ השטח האטמוספירי שמעל כל ריבוע קרוי משטח,‏ ותצפיות על הרוחות,‏ לחץ האוויר,‏ הטמפרטורה והלחות מתועדות ב־20 גבהים שונים.‏ המחשב מעבד את הנתונים שנתקבלו מתחנות מטאורולוגיות ברחבי העולם — שמספרן עולה על 500,‏3 — ואזי מפיק תחזית של מזג האוויר בעולם ב־15 הדקות הבאות.‏ לאחר שמסתיים שלב זה,‏ מכינים במהירות את התחזית ל־15 הדקות שאחריהן.‏ לאחר שחוזרים על התהליך פעמים רבות,‏ ניתן להפיק פלט ממוחשב של התחזית העולמית לטווח של שישה ימים תוך 15 דקות בלבד.‏

כדי להגיע לפירוט ולדיוק רבים יותר בתחזית המקומית,‏ משתמשת התחנה המטאורולוגית הבריטית במודל איזורי מוגבל,‏ המכסה שטחים צפון־אטלנטיים ואירופיים.‏ במודל זה נקודות ההתוויה מרוחקות 50 קילומטר זו מזו.‏ יש מודל נוסף שמכסה רק את איזור האיים הבריטיים והימים שמקיפים אותם.‏ המודל מכיל 384,‏262 נקודות התוויה במרחק של 15 קילומטר זו מזו ו־31 קווי גובה אנכיים!‏

תפקידו של החזאי

מסתבר שחיזוי מזג האוויר אינו מבוסס על המדע לבדו.‏ האנציקלופדיה מטעם וורלד בּוּק מגדירה זאת כך:‏ ”‏הנוסחאות המעובדות במחשבים מציגות רק אומדנים של תנאי האטמוספירה”‏.‏ יתר על כן,‏ גם תחזית מדויקת המתייחסת לאיזור נרחב עלולה לא לקחת בחשבון את תנאי השטח המקומיים שמשפיעים על מזג האוויר.‏ כאן ממלאת תפקיד האומנות.‏ כאן נכנס לתמונה החזאי.‏ הוא מסתמך על ניסיונו ועל שיקול דעתו כדי לקבוע מה ערכו של המידע שקיבל.‏ בדרך זו הוא מגיע לתחזית מדויקת יותר.‏

למשל,‏ כאשר אוויר שהתקרר מעל הים הצפוני נע לכיוון יבשת אירופה,‏ נוצרת לעתים שכבת עננים דקה.‏ מה שקובע אם העננים מבשרים על ירידת ממטרים ביבשת אירופה ביום המחרת או שהם יתאיידו בחום השמש הוא הפרש זעיר בטמפרטורה בשיעור של כמה עשיריות המעלה.‏ הנתונים שמקבל החזאי,‏ בנוסף לידע שצבר במצבים דומים,‏ מסייעים לו להסיק מסקנות מהימנות.‏ מזיגה זו של אומנות ומדע היא מכרעת להצגת תחזיות מדויקות.‏

עד כמה הן מדויקות?‏

התחנה המטאורולוגית בבריטניה מדווחת על רמת דיוק של 86 אחוז בתחזיות לטווח של יממה.‏ המרכז המטאורולוגי האירופי לחיזוי לטווח בינוני מציג תשקיפים לטווח של חמישה ימים ברמת דיוק של 80 אחוז,‏ שהיא אמינה יותר מן התחזיות לטווח של יומיים,‏ כפי שנמדדו בתחילת שנות השבעים.‏ זהו הישג מרשים,‏ אך רחוק מלהיות מושלם.‏ מדוע התחזיות אינן מדויקות יותר?‏

מן הסיבה הפשוטה שמערכות מזג האוויר מורכבות להדהים.‏ זה בלתי אפשרי לבצע את כל המדידות הדרושות להצגת תחזיות מדויקות במאה אחוז.‏ בחלקים נרחבים של האוקיינוסים,‏ למשל,‏ לא הותקנו מצופים המשדרים מידע דרך לוויינים לתחנות המטאורולוגיות שביבשה.‏ נדיר מאוד שתחנות אלה ממוקמות בדיוק בהצטלבות נקודות התוויה שעל פני הסריג.‏ חוץ מזה,‏ המדענים אינם מבינים עדיין את כל כוחות הטבע שמעצבים את מזג האוויר.‏

עם זאת,‏ חלים כל הזמן שיפורים בתחום חיזוי מזג האוויר.‏ לדוגמה:‏ עד לא מזמן הסתמכו החזאים בעיקר על תצפיות באטמוספירה.‏ מאחר ש־71 אחוז משטח כדור הארץ מכוסה ים,‏ החוקרים מתמקדים כעת בדרך אצירת האנרגיה באוקיינוסים ובשחרורה לאוויר.‏ בעזרת מערכת מצופים,‏ המערכת האוקיאנוגרפית העולמית מדווחת על עליות קלות בטמפרטורת המים באיזור מסוים שעשויה להיות להן השפעה מכרעת על מזג האוויר הרחק משם.‏a

איוב הנכבד נשאל שאלה:‏ ”‏אם יבין [‏היבין אדם]‏ מפרשי עב [‏יריעות פרושות של עננים]‏,‏ תשואות סוכתו [‏של אלוהים]‏?‏”‏ (‏איוב ל״ו:‏29‏)‏ כיום ידיעותיו של האדם בנוגע לכוחות הפועלים על מזג האוויר מועטות יחסית.‏ למרות זאת,‏ החיזוי בן זמננו מדויק דיו כדי שנתייחס אליו ברצינות.‏ במילים אחרות,‏ בפעם הבאה שהחזאי יאמר שצפוי לרדת גשם,‏ כדאי לך לקחת מטריה!‏

‏[‏הערת שוליים]‏

‏[‏תמונות בעמוד 23]‏

לֶווֶרְייֶה

טוֹרִיצֶ’‏לִי

לַווּאַזְיֶיה במעבדתו

מדחום זכוכית עתיק

‏[‏שלמי תודה]‏

Pictures of Leverrier, Lavoisier, and Torricelli: Brown Brothers

מדחום:‏ G. Tomsich, Science Source/Photo Researchers ©

‏[‏תמונות בעמוד 25]‏

לוויינים,‏ כדורים פורחים ומחשבים הם חלק מכלי העזר של חזאי מזג האוויר

‏[‏שלמי תודה]‏

עמודים 2 ו־25:‏ לווין:‏ NOAA/Department of Commerce; הוריקן:‏ NASA photo

Commander John Bortniak, NOAA Corps