קלימטולוגיה סינופטית של שיטפונות גדולים בנגב-מזג אוויר בארץ

השיטפונות באזור הנגב המהווים את מחצית משטחה של ישראל מתרחשים כתוצאה מאירועים סינופטים גדולים ולא מארועים מקומיים.המחקר נעשה על ידי איסוף נתונים וניתוחם של כל השטפונות הגדולים באזור הנגב.לאחר שנאספו כל האירועים הגדולים הם קוטלגו באופן ידני לסוגים שונים של אירועי סינופטיקה.

הניתוח היינו ברזולוציה של 2.5-2.5 מעלות,כלומר שטח ריבוע של 250 קמ"ר.טווח המחקר בין השנים 1965-1994 בהם נבדקו 52 שטפונות הקשים ביותר שאירעו באזור הנגב.במחקר נמצאו 5 קבוצות סינופטיות שונים שגרמו ל-52 מהשטפונות:

ה.אחר-אירועי גשם מקומיים. ללא תנאים סינופטיים ברורים נוצרו עננים וירד גשם מקומי.

יש לציין כי לכל אירוע יש את התפוצה העונתית והמרחבית שלו ועל כך יורחב בהמשך.אירועי שטפונות גדולים שיקפו אירועי מזג אוויר קיצוני בדרום ישראל.

התוצאות שקבלנו שבעזרת משתנים דינמיים,תרמודנמיים ניתן לתת תחזית למיקום שטפונות גדולים באזור הנגב.

שטפונות הם אחד מאסונות הטבע העקריים שגורמים לנזקים בחיי אדם,ברכוש,בתשתיות באזורים צחיחים רבים בכל רחבי העולם.הדבר נכון גם לאזור הנגב,מדבר יהודה.כמו גם לאזורי המדבר הסמוכים לישראל.דוגמאות:בשנת 1997 21 בני אדם נהרגו במצריים,ישראל וירדן.בנובמבר 1994 מספר הנספים באזור הים התיכון כולו עמד על 500 בני אדם.לשיטפונות תפקיד חשוב בשינוי סביבת המדבריות,בין הייתר בעיצוב הנחלים בנגב ובמדבר יהודה.

על ידי ניתוח שיטתי של דפוסים אטמוספריים ניתן לשפר את ההבנה שלנו על אירועי השטפונות הקיצוניים ואפילו לתת תחזית למיקום השיטפונות.מחקרים מעין זה נעשו גם באזורי מדבריים/מדבריים למחצה לדוגמא בדרום מערב ארה"ב שם נמצא קשר בין תנאים סינופטיים קיצוניים ושטפונות.ישנה שונות רבה בין אזור לאזור בנגב כתוצאה מאירוע סינופטי קיצוני.ישנם אזורים בהם יורדים גשמים כבדים הגורמים להצפות אגני ניקוז מסויימים בעוד אגנים האחרים היו יבשים לחלוטין.ישנם מקרים בהם השטפונות הם בכל אזורי הנגב ואז כל האגנים מוצפים.מערכות מזג האוויר הגורמות לשטפונות באזור הנגב שונות מהותית מאירוע אחד לשני.

עצם זה שסופות הגשם הן מקומיות מעלה את השאלה האם השטפונות הקיצוניים הם תגובה מקומית צפויה לתנאים אטמוספריים או אולי קשורים לתנאי אטמוספרה בקנה מידה גדול (הכוונה היא האם השטפונות הקיצוניים הם מקומיים בלבד או קישורים למערכות מזג אוויר בקנה מידה גדול ולא מקומי).

במחקר זה הופק לראשונה מסד נתונים הדרולוגי גדול של שטפונות בנגב .

הסיווג של השיטפונות נעשה באופן ידני,אשר הניב 4 תוצאות יחודיות שונות כאשר הן היו מאופייניות:שטפון,עוצמה,עונתיות ופריסה מרחבית.

אזור הנגב היינו אזור צחיח ששטחו כ-10 אלף קמ"ר.המשתרע בין קווי הרוחב 29-31.צורתו דומה למשולש שווה שוקיים כאשר בקצה הצפון מערבי הים התיכון,מצפון מזרח ים המלח,מדרום מפרץ עקבה.אנו מנחים שהתוצאות חלים גם על האזורים הבאים:סיני,דרום מזרח ירדן,צפון מערב ערב הסעודית.הרי הנגב המרכזיים מחלקים 6 אגני ניקוז גדולים:(נחל הבשור,נחל בקע,מאגרי ניצנה)-לים התיכון,(נחל נקרות,נחל צין)-לים המלח אזור הערבה,נחל פארן-נגב דרומי,צפון סיני.

אירועי נגר עילייים ,שיטפונות,עשויים להתרחש באגני ניקוז קטנים כתוצאה מירידת כ-5 מ"מ גשם.באגנים הגדולים ירידת משקעים של 10-20 מ"מ גשם עשויה להביא לשיטפונות.יש לציין כי ההשתנות המרחבית של אקלים הנגב מורכבת מאוד בגלל צורת החוף של הים התיכון.חלקים מהמדבר מגיעים לנקודות הצפוניות ביותר באזור הסובטרופי בעולם.מכיוון שכך תפרוסת הגשם שונה מאוד בחלקים הצפוניים של הנגב.באזור צפוני ,מדבר יהודה,ההשפעת הגשם היא של הרי המרכז שם יורדים כ-500 מ"מ גשם.בצפון הנגב יורדים כ-350 מ"מ גשם,ככל שמדרימים כמות הגשם יורדת בתלילות עד לכ-200 מ"מ בקו באר שבע.מדובר על קווי רוחב 31-32 צפון.אקלים סובטרופי הוא אזור אקלים המשתרע בין קווי רוחב 23.5-40 מעלות צפון דרום כאשר כמויות המשקעים נעים בין גשום,גשום למחצה,שחון.אקלים סובטרופי ים תיכוני –אקלים בו הקיץ יבש ואין יורד גשם.

1.במחקר זה הוקם לראשונה קריטריון להגדרת שיטפון המבוסס על ספיקות שיא בכל אחד מאגני הניקוז.

2.נערך בדיקה של כל השטפונות הגדולים שאירעו (52) בנגב כאשר כל אירוע של שיטפון גדול הוגדר על ידי החוקרים במצב הסינופוטי היחודי שהביא לאותו שיטפון.

3.השטפונות סווגו לקבוצות סופות הגשם בהתאם למשתנים הסינופטיים

1.הנתונים הספיקות נאספו על ידי 37 תחנות המופעלות על ידי השירות ההידרולוגי ישראל.37 התחנות הללו מכסות את הנגב כולו.

2.הנתונים הסינופטיים נלקחו מהמרכז המטאורולוגי הלאומי של ארה"ב (NMC).הנתונים המטאורולוגים שנלקחו:לחץ בגובה פני הים,גובה עמודת האוויר בשכבות 500 מיליבר,250 מיליבר.טמפרטורה בגובה 850 מיליבר,עוצמת רוח וכיוון בגבהים 500 מיליבר,250 מיליבר.הנתונים הסינופטים הם של ממוצעי שנים 1965-1994,כאשר נתוני לחץ פני הים וגובה עמודת האוויר ב-500 מיליבר היו משנת 1947.הנתונים נאספו ברזולוציה של 2.5-2.5 מעלות ,שטח של 250 כפול 250 ק"מ.הנתונים נאספו מידי 12 שעות.הנתונים שנלקחו עובדו לתוצר סופי-מפות סינופטיות רלוונטיות.

3.התקופה שנבחרה לבדיקה הייתה בין השנים 1965-1994.לפני 1965 נמצאו פערים גדולים בנתוני האטמוספרה.(התצפיות עדיין לא היו מלאות).

4.שיטפון "גדול" הוגדר כשטפון בעל ספיקה בה ההסתברות השנתית שלה מתרחשת אחת ל-5 שנים.קביעת הסף הזו נקבעה על ידי מודל אזורי של השירות ההדרולוגי הישראלי וחושב ל-23 תחנות.יש לציין כי המודל האזורי עובד כבר 10 שנים.על פי קביעה זו אירעו 52 שיטפונות בזמן המחקר ( 1965-1994). כאשר העלו את קביעת הסף לשיטפון ל-10 שנים כמות השטפונות הגדולים ירד ל-18 .

קלימוטולוגיה של שיטפונות

השטפונות הגדולים חולקו ל-3 קטגוריות:

1.שיטפון "קטן" כאשר שיא הספיקה היה קטן ב-15% מהסף אחד ל-5 שנים.( 28% מסך השטפונות).

2.שיטפון "בינוני" כאשר תחנת ספיקה אחת הגיע לסף אחד ל-5 שנים בעוד שאר התחנות היו קטנים מסף זה.וכן אף תחנה לא מגיעה לסף אחד ל-10 שנים. ( 33% מסך השטפונות).יש לציין ש-64% מסך השטפונות שנמצאו בסעיף הראשון היו מתאים גם לסעיף השני.

3.שיטפון "גדול" כאשר תחנת ספיקה אחת לפחות הגיע לסף אחד ל-10 שנים.(36% מסך השטפונות).

4.על פי נתוני מכ"ם גשם נבחרו נתונים סינופטיים לפני אירוע השיטפון תלוי בסיווגו,שיטפון קטן-בינוני תצפית בין 3-6 שעות לפני האירוע ועד 12-24 שעות לפני אירוע גשם גדול וקיצוני.

5.נתוני הסינופטיקה שהופקו מהמפות סווגו באופן ידני ל-4 סוגים שונים.היתרון בכך שניתן למצוא גורמים שונים להיווצרות מערכות הגשם ולא להסתמך על תצורה סינופטית סטטיסטית שפחות מדוייקת.

6.הבחירה של כל "אירוע סינופטי" התאפיין בתכונה אופיינית כגון:שטח הששפעה במרחב-מיקום גאוגרפי,מצב משטחי הרום והסילון.

7.נלקחו מפות סינופטיות מספר ימים לפני כל אירוע. על מנת ללמוד את מערכות הגשם בצורה טובה יותר ובכדי שיהיה אולי אפשר לתת תחזית מדוייקת יותר בהינתן אירוע דומה בעתיד.

סוגים סינופטיים

יש לציין כי 42 מתוך 52 הסופות קובצו ל-4 סוגים עיקריים כאשר 37 מהם חולקו ל-2 קבוצות עקריות באופן שווה.שאר האירועים היו נדירים יותר.

1.אפיק ים סוף פעיל (ARST)

אפיק פעיל מים סוף אחראי ל-20 סופות גשם גדולות מתוך 52.מדובר על 38% מהשטפונות הגדולים להתרחשו בתקופת המחקר.עיקר האירועים התרחשו בחודשים אוקטובר,נובמבר כאשר בקרקע שולטת מערכת אפיק מים סוף.אפיק מים סוף פעיל מוגדר כלחץ נמוך בקרקע המשתרעת מאזור מזרח אפריקה (סודן) לאורך הים האדום לעבר ישראל.(איור 2).

בשכבת 500 מיליבר ניתן לראות אפיק רום עמוק במזרח הים התיכון אשר מגיעה עד חופי מצריים ואזור הנילוס.כתוצאה מכך הזרימות מעל ישראל בשכבות הגבוהות.במצב סינופטי זה נוצר עירבוליות באוויר מעל אזור הנגב דבר שגורם לעליית האויר,התקררותו,התעבותו וירידת משקעים.שילוב בין אפיק מים סוף בקרקע (הזרמת אוויר חם בשכבות הנמוכות ) לבין אפיק רום קר בשכבות הגבוהות (500 מיליבר) יוצרת הפרש תרמלי משמעותי בין שני שכבות האוויר דבר שעשוי להביא להתפתחות סופות רעמים חמורות ומזג אוויר אלים.

2.שקע ברומטרי מעל צפון סוריה (SL)

הסוג השני השכיח ביותר לאירועי שיטפונות בנגב ובמדבר יהודה.17 מתוך 52 השיטפונות מיוחסים לאירוע סינופטי זה,מדובר על 33% מהמקרים.באיור 4 ניתן לראות שקע עמוק,1006 מיליבר בצפון סוריה עם שלוחה לעבר ערב הסעודית.בגובה 500 מיליבר (5.5 ק"מ),איור 5,ניתן לראות אפיק רום מפותח מזרחית לישראל המשתרע עד ערב הסעודית.בתנאים אילו הערבוליות פחות טובה אולם הגשמים הכבדים היורדים מוסברים על ידי 3 גורמים:

א.מיקום השקע בצפון מזרח סוריה מרמז על זרימות צפון מערביות מעל הים הגורמות להתעבות ולירידת משקעים.הרוח מסיעה את העננות לעבר הנגב.

ב.גובה לחץ האוויר בשכבות הגבוהות נמוך עקב אפיק הרום המפותח,בעקבות כך יש אי יציבות אטמוספרית המשפרת את הסיכויים להיווצרות עננות וגשם.

ג.אפיק הרום המפותח היינו בעצם הפרעה קיצונית באטמוספרה.דבר היוצר מזג אוויר סוער,לעיתים מדובר על סופות שלג בהרים יום לני השיטפונות באזור הנגב.

3.זרם סילון( AJS)

זרם סילון פעיל הביא ל-4 מהשטפונות הגדולים שאירעו בתקופת המחקר.איור 6,מבחינה סינופטית מדובר על זרם סילון סובטרופי מעל צפון מזרח אפריקה בשילוב עם רמה מעל סוריה כאשר מערב מצרים מושפעת מאפיק רום עמוק.לא נימצאה מערכת סינופטית משותפת ברורה בגובה 500 מיליבר או בקרקע.מהירות הרוח של זרם הסילון הייתה גבוהה במיוחד 65 מטר לשנייה (30 אחוז מעל הממוצע) בשני סופות בולטות שאירעו כתוצאה מזרם הסילון:הראשון בתאריך 21 לפברואר 1975,השני בתאריך 26 בדצמבר 1980.הלחות מגיעה מאזורים טרופיים,עננות בינונית.

4.שקע שרבי ( SC )

אירוע בודד אחד אירע במהלך תקופת המחקר.מדובר על שקע תרמלי חזיתי שנע על חופי צפון אפריקה לעבר ישראל.אירוע אופייני לתקופת האביב.בדרך כלל בשכבות הגבוהות יש אפיק חלש שאינו גורם לגשם באזורינו בזמן מעבר השקע השרבי.במקרה הבודד שצויין במחקר ,11 באפריל 1971,נוצר כיס אוויר קר בשכבות הגבוהות והבינוניות בשילוב עם סגירת שקע רדוד מעל הים דבר שגרם להתפתחות עננות וירידת גשם מלווה סופות רעמים מעל צפון אפריקה.איור 7.

5.גשם מקומי

מתוך 9 סופות גשם שהביאו לשטפונות בנגב ובמדבר יהודה לא היו קשורות לאירוע סינופטי בולט.מתוכם אירעו 4 מקרים שהוגדרו כאירוע של שיטפון המתרחש 1 ל-5 שנים.(בהגדרה שיטפון קטן).כאשר בשאר התחנות לא נצפה גשם.כמו כן אירעו 6 ארועי שטפונות מקומיים מדובר בדרך כלל באי יציבות מקומית/תרמית שהביאה להתפתחות ענן בודד ולגשם מקומי.

סוגים שונים של שיטפונות- התפלגות שנתית 1960-1994

איור 8 מציג את ההתפלגויות של השטפונות בנגב בין 1960-1994.שטפונות התרחשו ב-25 מתוך 35 השנים הללו.16 מתוך 25 השנים אירעו 1-2 שטפונות בכל שנה כאשר אירועי שטפונות גדולים ארעו ברצפים ולא כאירוע בודד אחד.הרצפים הארוכים ביותר ללא שיטפונות.רצף בודד של 3 שנים ברצף,4 שנים ברצף.

התפלגויות השיטפונות ביחס לעונות השנה

איור 10 מציג את ההתפלגות החודשית של השיטפונות הגדולים בהתאם לסוגים הסינופטיים.אירועי שטפונות השכיחים ביותר אירעו במהלך אוקטובר-נובמבר.אפיק מים סוף שכיח בעיקר בסתיו ובמהלך החורף למרות זאת שטפונות כתוצאה מאפיק פעיל מים סוף (ARST) לא אירעו כלל בחודשי החורף והתרכזו בחודשי המעבר אביב,סתיו.שקע סורי (בין דצמבר-מרץ),זרם סילון פעיל נובמבר-אפריל.שקע שרבי-אפריל.

8. אבולוציה של מערכות גשם הגורמות לשיטפונות גדולים

אפיק מים סוף פעיל:

על פי המחקר לפני אירוע של אפיק ים סוף פעיל נצפה אפיק מים סוף (בקרקע) לפחות 4 ימים לפני תחילת הגשמים בשילוב עם אפיקיות רדודה בשכבות הגבוהות 500 מיליבר מעל מצריים כאשר כיוון האפיק היה ממערב לדרום מזרח בניגוד לכיוון כללי צפון לדרום.התוצאה זרימה דרומית-דרום מערבית ממושכת בשכבות הגבוהות/בינוניות אשר מזרים אוויר לח מהטרופיים לעבר אזורינו לאורך מרחק של 1000 ק"מ דבר התורם להגברת הלחות בשכבות הבינוניות באזורינו.

שקע בצפון סוריה

המאפיין הוא אזור לחץ נמוך שמקורו בים התיכון אשר מתמקם בצפון סוריה בליווי אפיק רום אשר גורם לשטפונות בדרום יום אחד לאחר התמקמותו.

9.פריסה מרחבית

אפיק ים סוף פעיל,זרם סילון פעיל גורמים לשטפונות בעיקר בחלקים הדרום מזרחיים.והשפעתם פוחתת ככל שמצפינים.הפריסה של השטפונות מגיעה עד לצפון הנגב ואף מצפון לה (מדבר יהודה).כמו כן ההשפעה היא מדרום לישראל:סיני,מצריים.

מאידך שקע סורי משפיע בעיקר על אזור צפון הנגב,מדבר יהודה ופחות על מרכז-דרום הנגב.

השוני נובע משני סיבות:

1.הן מכיוון הרוח ותנועת הלחות.אפיק מים סוף פעיל מקורות הלחות שלו מדרום ואילו השקע הסורי מקורות הלחות שלו מהים התיכון.

2.ההבדל השני קשור לאטמוספרה.הלחות המגיעה באמצעות שקע סורי קרובה יותר אל הקרקע ומושפעת מהטופוגרפיה (נחסמת ע"י הרי הדרום). מאידך הלחות המגיעה כתוצאה מאפיק ים סוף פעיל ממוקמת בשכבות הבינוניות (אמצע האטמוספרה) ועל כן היא אינה מושפעת מהטופוגרפיה.

חיזוי לטווח קצר של שיטפונות גדולים בנגב

לפני המחקר החיזוי של שטפונות בנגב נראה כאקראי לחלוטין ולא צפוי כתוצאה מהמחקר נמצא כי:

1. רוח דרומית במפלס גובה 500 מיליבר זהו המפתח להעברת לחות מהאזור הטרופי אל הנגב.

2. גובה מפלס 500 מיליבר היה נמוך מ-5755 מטר בקו רוחב 30 מעלות.

3. הפרש הטמפרטורות בין מפלס 850 מיליבר למפלס 500 מיליבר (אנדקציה לחוסר יציבות אטמוספרית).

המטרה היא למצוא פרמטרים מרכזיים לכל חודש וחודש שבאמצעותם ניתן יהיה לתת תחזית מדוייקת ככל האפשר לאירועי שיטפונות גדולים בנגב 24 שעות לפני תחילת האירוע.תחזית מעין זה תוכל גם לקבוע היכן קיים החשש הגדול ביותר משטפונות.