מדידת גשם

מדידה היא דגימה במרחב ובזמן. אנחנו רוצים לדעת איך המשקעים משתנים במרחב ובזמן, הן מבחינת עובי והן מבחינת עוצמה.

מדידת עובי משקעים (גשם):

עבור פרקי זמן של יממה או יותר (סופתי, חודשי, שנתי). קריאה ידנית בדרך כלל (על ידי צופה). הנתון היממתי 8-8. מכשירים פשוטים ואמינים יחסית.

שני המכשירים הביאם נותנים כמות גשם:

תצפיות גשם יומי

מד גשם ידני (אוגר)

מד הגשם הפשוט ביותר נקרא בצורה ידנית. זהו מיכל עם קוטר מוגדר. מד הגשם הידני אומר מה עובי הגשם שהצטבר, מ-8 בבוקר של היום הקודם (הוא אוגר גשם במשך 24 שעות). הפשטות שלי היא היתרון שלו.

מג"ז הוא סוג של מד גשם ידני ("מד גשם זעיר").

הוא יותר זול ונועד למדידה שך כמויות גשם יותר קטנות, לכן הרבה פעמים שמות אותו במדבר, שם לא יורד הרבה גשם. החסרון שלו הוא הפתח הקטן שלו, אבל היתרון זהו זול. גם כאן נדרש צופה שיבוא וימדוד.

כשבודקים עוצמת גשם צריך לבדוק כמות למשך זמן:

רשם עוצמות גשם מכני

המכשירים הותיקים הם מכנים. יש תוף ומעליו יושב סרט נייר. התוף מסתובב בקצב גבוה, המים נכנסים ומצטברים, ועד העט עולה. כל פעם שהמיכל מתמלא יש התרוקנות ואז הוא מתחיל מההתחלה סרט הגשם עובר דיגיטציה. במערכות המכניות- הדיוק בזמן הוא לא טוב.

באופן כללי שגיאות בנתונים הנמדדים על ידי מדי גשם קשורות ברוח.כשיש רוח חזקה היא יכולה להסיט את הגשם שנכנס וזה נקרא "שדה רוח". ככל שהגשם יורד יותר לאט זה יהיה יותר משמעותי. בשלג הפרעות רוח יכולות לעשות הפרעות של עשרות אחוזים.

מי גשם שלא נמדדים (דפנות, ספלש, התאדות, אי-מדידה בהיפוך כפות), תקלות מכשיר, שגיאות צופה, ועוד.

מים שמצטברים על הדפנות: מים ש"ייכנסו לחשבון", מדובר במעט גשם יש לכך משמעות.

ספלש- אלו מים שלא ימדדו, חלק מהמים "בורחים" החוצה.

התאדות: הפתרון הוא ליצור מכשיר שהוא כמו משפך שיש בו חור, ואז מונעים התאדות. אפשרות נוספות היא לשים שמן למעלה.

אי מדידה בהיפוך כפות- מתרחש בעוצמות גשם גבוהות.

יש מכשירי מדידת גשם שמראש שמים אותם בזווית, בשביל לתפוס הפרעות שונות ולחקור אותן.

בישראל יש בערך 400 מדי גשם. הפריסה אינה אחידה. רוב מכשירי מדידת הגשם נמצאים בצפון הארץ ובמרכזה.

מכשירים למדידה של עוצמות גשם הם יקרים יותר, ובארץ יש כמה עשרות (60-70).

מנקודות למרחב: שיטות חישוב גשם (עובי או עצמה) במרחב נתון

פעמים רבות הנתון בו אנו מעוניינים הינו עובי או עצמת גשם במרחב מסוים (למשל, אגן היקוות), ואילו הנתונים הנמדדים הינם "נקודתיים".

לדוגמה: נתון עובי גשם במדי גשם (מ"מ) בסופה מסוימת ואנו רוצים לדעת את הגשם בכל מרחב אגן ההיקוות. קיימות שיטות שונות להערכת הגשם במרחב מנתוני גשם נקודתיים.

שיטת פוליגוני טיסן- שיטה לחישוב גשם ממוצע במרחב. מציירים מסביב לכל מד גשם (אלו שבחוץ ובפנים) איזשהו מרחב- שטח שתוחם אזור מסוים, ועושים ממוצע משוכלל. נותנים "משקל" לכל נקודה- כאשר המשקל הוא השטח היחסי של הפוליגון הזה בתוך אגן ההיקוות. הפוליגון תוחם קו מסביב לכל הנקודות במרחב שקרובות ביותר למד הגשם. גם לנקודות שנמצאות "בחוץ" יש השפעה על הצטברות הגשם באגן ההיקוות.השטח תלוי בפיזור, בצפיפות. בשיטת טיסן אין התחשבות בטופוגרפיה.

בשיטת פוליגוני טיסן מגדירים פוליגון לכל מד גשם המהווה את אזור "ההשפעה" של מד הגשם. הפוליגון כולל את מרחב כל הנקודות הקרובות ביותר למד הגשם במרחב עבורו מתבצע החישוב. ניתן לחשב את הפוליגונים ידנית או באמצעות תוכנת GIS.

באיזה מצבים יש יתרון לשיטת טיסן?

א.אם יש שינוי משמעותי של המשקעים במרחב, השיטה תהיה יותר טובה מאשר "סתם" לקחת ממוצע.

ב.הפיזור לא אחיד של מדי הגשם עצמם. למשל, יש לי אזור שיש בו הרבה מדי גשם, ומעט מדי גשם באזור אחד. שיטת פוליגוני טיסן תיתן לכל אחד מהמדדים שממוקמים קרוב אחד לשני, משקל קטן יחסית.

מדידה והערכה של משקעים- בעיות:

אחת הבעיות העיקריות במדידת גשם באמצעות מערכות מדידה נקודתיות היא שהמרחק בין מדי הגשם גדול בדרך (עשרות קילומטרים) בעוד שהגשם משתנה מאוד במרחק קצר בהרבה. כתוצאה מכך, רשתות מדי גשם אינן מייצגות היטב את הגשם והשתנותו במרחב.

נפתחים שיטות של מדידת משקעים באמצעות חישה מרחוק- ואז מקבלים נתונים על מרחב וזמן. חישה מרחוק: קבלת מידע על אובייקט, מרחב או תופעה באמצעות ניתוח נתונים שנאספו על ידי סנסור שאינו במגע ישיר עם המטרה הנחקרת. יכול להיות שמכשיר החישה מרחוק- רחוק ב-50 ק"מ מהגשם ועדיין הוא מודד אותו, לא צריך לבוא במגע.

עיקרון הפעולה של מכ"ם מטאורולוגי:

1.מערכת המכ"ם משדרת פולס קרינה אלקטרומגנטי וקולטת את האנרגיה המוחזרת מטיפות גשם בעננים. מתוך הספק האנרגיה המחוזרת ניתן להעריך את עצמת הגשם (לא נסביר במסגרת קורס זה).

2.מערכות החישה מרחוק מתבססות על קרינה אלקטרומגנטית, שדה חשמלי ושדה מגנטי שנעים במהירות האור, מתנדנדים בקצב מסוים. זו בעצם אנרגיה שעוברת עם הקרינה האלקטרומגנטית. מערכת מכ"ם משדרת קרינה אלקטרומגנטית והקרינה פוגעת בטיפות גשם, וחלק מהקרינה מוחזר, נקלט חזרה באנטנת המכ"ם, וניתן לתרגם את עוצמת הקרינה המוחזרת לעוצמת גשם. ככל שיהיה יותר גשם כך יותר קרינה תחזור. אנחנו מודדים את הגשם לא בצורה ישירה, אלא לפי הקרינה שמוחזרת.

3.ייעודו של המכ"ם המטאורולוגי הוא למדוד גשם. האנטנה שלו מסתובבת ב-360 מעלות (סיבוב מעלה) ובמספר זוויות שונות. בד"כ לוקח 5 דקות להשלים את כל הסריקות, ושוב מגיעים לאותה נקודה. הרזולוציה המרחבית היא כבר לא נקודה קטנה, אלא תא שטח שהחתך שלו הוא סדר גודל של ק"מ מרובע במרחב.

4.טווח הנתונים שאפשר לקבל ממנו מידע הוא 150 ק"מ.

5.שילוב מידע- בד"כ משתמשים במכ"ם בשילוב עם נתונים ממדי גשם. משתמשים במדי גשם בשביל לקבל ערך יותר מדויק על ידי השילוב של שניהם. הדיוק של המכ"ם לבד הוא לא גבוה כי מדובר שמדידה שאינה ישירה.

6.כל 5 דקות מקבלים את עוצמת הגשם. מה שחשוב מבחינה הידרולוגית זה לקבל את התפתחות הסופה, איפה יש גשם. התגובה ההידרולוגית מושפעת מהמורכבות המרחבית שנותן לנו המכ"ם.

מקורות שגיאה בהערכת משקעים על ידי מכ"ם:

1.הפרעות למעבר הקרינה. הפרעות יכולות להיות לא רק טופוגרפיה, אפילו גשם רציני בדרך.

2.החזרים מהקרקע וממטרות אחרת שאינן משקעים. קרינה יכולה לחזור למשל מאדי קרקע ולא מגשם. יש גורמים נוספים שנמצאים באטמוספירה וגורמים לקרינה.

3.הבדל בין הגשם בגובה (בו "רואה" המכ"ם) לגשם על פני הקרקע.

4.הערכת/תרגום עצמת הגשם מהקרינה. מדובר על משואת אמפיריות ולא פיסיקליות.

5.בעיה משמעותית בהערכה ובאימות נתוני הגשם מהמכ"ם (עד כמה הערך מדויק): הבדל בגודל ואופי הדגימה בין מכ"ם ומד גשם! המכ"ם מייצג שטח של בערך ק"מ מרובע, ולעומת 200 ס"מ מרובע יש הבדל עצום. זה שיש הבדל בין המספר של המכ"ם להבדל של מד הגשם- חלק נובע משגיאות וחלק נובע מהשונות בתוך הק"מ המרובע. יש בעיה בהשוואה כי מדברים על גודל מרחבי שונה.

מערכות מכ"ם בישראל למדידת גשם:

מכ"ם גשם מעל ישראל

1.מכ"ם השירות המטאורולוגי נמצא בבית דגן.

2.בשדה התעופה נמצא מכ"ם של שחם- תפקידו הוא בפרויקט זריעת העננים (הגברת המטר). כאן לא משמש למדידת גשם, אבל הוא עוזר.

3.מכ"ם רמון- בעיקרון של הצבא, אבל שומרים את הנתונים וזה עוזר לקבל מידע.

לאחרונה מנסים להוסיף מכ"מים בצפון הארץ (אין מידע טוב לאזור אגן ההיקוות של הכנרת). ככל שיש יותר מכ"מים זה מקטין את השגיאה, אבל כיום בארץ אין פרוצדורה מסודרת, כי כל אחד משלושת המכ"מים שייך לגוף אחר.

מדידת משקעים באמצעות לווין:

מערכת חישה מרחוק פסיבית בתחום האור הנראה, אינפרא-אדום ומיקרוגל

הערכת משקעים באמצעות קשרים בלתי ישירים לפרמטרים כמו טמפרטורת פסגות העננים.

המכ"ם משדר קרינה וקולט אותה. הסנסורים על לווין מקבלים קרינה שמישהו אחר שידר (השמש או כדה"א שפולט קרינה), הם רק קולטים ולא משדרים. הם יכולים לתרגם פרמטרים שונים לעוצמות. לווינים הם מערכות שעוד פחות מדויקות, מסתכלים על פרמטרים שקשורים לגשם (כמו פסגות עננים) ואת זה מתרגמים לעוצמות גשם.

בהשוואה למכ"ם – שגיאה גדולה יותר, אולם מרחב כיסוי גדול יותר ללא הפרעות טופוגרפיות.

 קלימטולוגיה (=ממוצעים ארוכי טווח, מבט של הרבה זמן ולא רק נתון בודד) של משקעים:

הנתון שמסתכלים עליו- ממוצע משקעים רב שנתי. לוקחים את עובי הגשם שירד בשנה שלמה בכל מיני נקודות בעולם, עושים ממוצע של הרבה שנים. בד"כ מסתכלים על ממוצע של 30 שנות מדידה.

הגורמים המשפיעים על כמויות משקעים: מרחק מהים, טופוגרפיה וקווי רוחב (צפון-דרום). באזורינו רוב הגשם מגיע משקעים של ים תיכון וככל שמצפינים מקבלים יותר גשם. אם מסתכלים על עוצמות גשם ולא כמויות, היינו רואים שעוצמות הגשם גבוהות קרוב לחוף. ככל שנעים מזרחה (מתרחקים מהים) יש טופוגרפיה ונראה פחות גשם. ככל שעולים בגובה יש יותר גשם.

אנחנו מתעניינים בעוצמות גשם למשכי זמן שונים. מערכות גשם שונות מייצרות עוצמות מרביות לפרקי זמן שונים. למשל, מונסונים והוריקנים מייצרים לנו עוצמות גשם מירביות למשך זמן של כמה ימים. מונסונים בשילוב של השפעות טופוגרפיות מסוימות יכולות ליצור עוצמות טופוגרפיות למשך כמה חודשים.