גיליון 1/2011 - האיגוד המטאורולוגי הישראלי
תוכן העניינים
עמוד השער
תמונת הגיליון
בעלי תפקידים באמ"י
2
על תמונת השער
2
דבר העורך
3
דבר היו"ר
4
תוכנית הכנס השנתי של אמ"י
5
דבר המזכיר של WMOליום המטאורולוגיה העולמי
7
תמונות מכנס אמ"י תשע"א
12
תעודת יקיר אמ"י תשע"א
15
תקצירי ההרצאות והפוסטרים
16
הודעה מטעם האיגוד המטאורולוגי האירופי
76
לזיכרם ,שרגא שטיפל ז"ל; ד"ר אלכס מנס ז"ל (המשך)
78
בעלי תפקידים באמ"י
הועדה המרכזת
נח וולפסון ,מטאו-טק
יו"ר -
מזכיר -אלונה אריה ,מטאו-טק
עמיר גבעתי ,נציבות המים
גזבר -
ועדת הדרכה
פנחס אלפרט ,אוניברסיטת ת"א
הדס סערוני ,אוניברסיטת ת"א
שמעון קריצ'ק ,אוניברסיטת תל-אביב
המועצה הנבחרת
תמי אליאס ,מטאו-טק
פנחס אלפרט ,אוניברסיטת תל אביב
יוסי ברקן ,אוניברסיטת תל אביב
יאיר גולדרייך ,אוניברסיטת בר-אילן
אורי דיין ,האוניברסיטה העברית
עמית סביר ,מטאו-טק
ועדת ביקורת
ברוך זיו ,האוניברסיטה הפתוחה,
איתן מאזה ,המשרד להגנת הסביבה
הדס סערוני ,האוניברסיטה העברית
מערכת מטאורולוגיה בישראל
יאיר גולדרייך ,עורך
אבריל גולדרייך ,עריכה גראפית
דוריטה רוסטקייר אדלשטיין ,המכון הביולוגי
חברי המועצה בתוקף תפקידם
,מנהל השמ"ט
ערן בז'ה ,מפקד מטאורולוגיה ח"א
תמונת השער
חברת לוויתן אנרג'י לא מפסיקה להפתיע .מספר טורבינות הרוח מתוצרתם המקשטים את נופי ארצנו הולך
ורב .בחוברת 2/2010הבאנו רשמים מחנוכתה של טורבינת רוח מגדם "לוטוס" שהוצבה בשדה בוקר .הפעם אנו
מציגים את הטורבינה של אותה חברה מדגם "טוליפ" ,שגם היא בעלת ציר אנכי ,שניתן להציבה על גגו של הבית
המצוי.
2
דבר העורך
לחברי האיגוד שלום רב,
החוברת הנוכחית 1/11פותחת את "כרך" 2011והיא מוקדשת לכנס השנתי תשע"א ( .)2011החוברת מכילה
את תכנית הכנס ,את התקצירים המורחבים ותמונות מהכנס .הכנס מוקדש לזכרו של שמואל יפה ז"ל
שהיה בין השאר מנהל השרות המטאורולוגי ויו"ר אמ"י.
ליקיר אמ"י לשנת תשס" ט נבחר חברנו פרופ' זאב לווין מהחוג לגיאופיסיקה באוניברסיטת תל אביב .נמנעו
מלבקש את זאב את תולדות חייו ורשימת פרסומיו כפי שנהגנו בפעמים הקודמות .הסיבה לכך היא הנגישות
הקלה והפשוטה לחומר זה .ניתן למצוא אותו באתרו הפרטי (באנגלית) ישירות או דרך אתר אוניברסיטת
תל אביב.
הכנס השנה נערך זו הפעם הראשונה בבית התפוצות .נראה כי בחירת האתר הייתה מוצלחת .יש להניח כי עוד
נשוב לאתר ראוי זה עוד פעמים רבות בעתיד .בפעם הראשונה ניתן היה להציג את המחקר בדרך של פוסטר .ואכן
הוצגו במושב הצהרים ששה פוסטרים .התקצירים מופיעים בסדר הבא (לפי סדר ההרצאות המופיעות בתוכנית
הכנס) :תקצירים מורחבים ,תקצירים רגילים ותקצירי הפוסטרים.
המדור "לזכרם" מוקדש הפעם לשרגא שטיפל ז"ל ,שהיה הצופה המטאורולוגי בקיבוצו חפץ חיים למעלה
מחמישים שנה .הקהילייה המטאורולוגית תזכור אותו בעיקר הודות לחוברת על אקלימה של חפץ חיים שערך
בהדרכתו ובעידודו של דני אלבשן ז"ל .על פועלו הוא זכה לתעודת הערכה בטכס שנערך בקיבוצו על ידי השרות
המטאורולוגי לפני כעשור שנים (ראה במסגרת "מסיבה זוטא לכבוד שרגא") .הייתי אתו בקשר מכתבים שנים
רבות ולאחר מותו שלחה אלי משפחתו חלק מספריו ומרשימותיו.
לפני כחודש ימים התקיים בתל אביב ערב זיכרון לזכרו של ד"ר אלכס מנס ז"ל .בחוברת 3/10פרסמנו דברים
ותמונות לזכרו של אלכס .בהמשך למדור לזכרם הבאנו שתי תמונות מערב זה ודברים שהקריא בנו בכנס השרות
המטאורולוגי שהתקיים ביום המטאורולוגיה (דברים דומים שמענו ממנו באותו ערב זיכרון).
היכרותי עם אלכס נמשכה למעלה מארבעים שנה .בתחילת שנות השבעים זכתה הצעת מחקר שהגשנו
במשותף (אוניברסיטת בר-אילן והשרות המטאורולוגי) לקרן פורד במענק נדיב בנושא אי החום העירוני של גוש
תל אביב .את רוב התמיכה הוצאנו על טיסת סריקה אינפרה אדומה (תרמית) לילית מעל
לתל אביב בביצוע משותף עם חברת החשמל .תוצאות המחקר פורסמו במאמר בספר "בין ירקון לאיילון" בעריכת
ד .גרוסמן ,הוצאת אוניברסיטת בר -אילן .1982 ,דו"ח המחקר פורסם ב-
Goldreich Y. & A. Manes, 1975:"Urban Effect on Local Climate at the Greater Tel Aviv Area".
Bar-Ilan University and Israel Meteorological Service, Bet-Dagan, presented to the Ford
Foundation.
פרט שני שברצוני להעלות שלא נזכר באותו ערב .לאחר שפרופ' לני דרויאן פרש וחזר לארה"ב באמצע שנות
השמונים ,הבאתי את אלכס ללמד (שני קורסים :מטאורולוגיה סביבתית ומטאורולוגיה של זיהום האוויר)
במחלקה לגיאוגרפיה באוניברסיטת בר-אילן במשך קרוב לעשור שנים.
לסיום כהרגלנו להזכיר לחברים את שלוש האפשרויות להגשת מאמרים לביטאון:
.1מאמרים (יעברו שיפוט) .2רשימות\תגובות (" - "camera-readyללא שיפוט ועל אחריות הכותב [עריכה,
עריכה לשונית ותוכן]) .3תקצירי מאמרים (מורחב -לפחות 3עמודים [כולל איורים ומראי מקום] -בעברית)
שהתפרסמו בכתבי עת שפיטים (" . ("camera-readyהמטרה היא שהמאמרים הללו יגיעו לקהל שאינו מצוי אצל
כתבי עת אלו ,יוכל לקרא ולהתעדכן .החומר יוגש בעברית או באנגלית (חובת העברית היא רק על התקצירים
המורחבים) בתכנת .WORDמאמרים לשיפוט יש להגיש ברווח כפול .הכותרת ,שם/שמות מלא/ים של המחבר/ים
(ללא תארים) וכתובת מלאה של המוסד בו בוצע המחקר (כולל מיקוד) ודוא"ל יופיעו באותיות מודגשות (.)BOLD
את החומר יש לשלוח אלי בדוא"ל לפי הכתובת[email protected] :
בברכה,
יאיר גולדרייך ,פרופ' אמריטוס
המחלקה לגיאוגרפיה והסביבה ,אוניברסיטת בר-אילן
3
דבר היו"ר
בתקופה האחרונה עסק האיגוד בפעילות ענפה בארגון הכנס השנתי של אמ"י .בכנס ,אשר התקיים בבית
התפוצות ,השתתפו כ 70 -חברים והוא כלל הרצאות מאלפות ברמה גבוה.
כמו בכל שנה ,מחלקת העמותה מלגה למדען צעיר ,אשר הציג את עבודתו בכנס אמ"י ואשר מתכוון להציגה
בכנס מדעי בחו"ל .ד" ר עמיר גבעתי מרשות המים מרכז פעילות זו עבור האיגוד .טפסי בקשה ניתן להוריד באתר
האינטרנט של האיגוד.
בתקופה הבאה יעסוק האיגוד במספר נושאים ,מהם ניתן לציין:
אמ"י ,בשיתוף עם תרומת קרן מרכוס ,מתכנן לקיים סדנת חזוי .Ensemble Forecastingהסדנה תיערך
ע"י מומחה מ ,NCEP -בשני מחזורים במשך שבוע.
אמ"י פועל נמרצות להוצאת תעודות הסמכה לחזאים ,אשר עמדו בקריטריונים הנדרשים .במרוצת החודש
הבא יושלם התהליך.
אמ"י מתכנן סימפוזיון ,אשר יקיף שני נושאים – מקומה של המטאורולוגיה במשבר המים בישראל וכן חזוי
ותקשורת.
ד"ר נח וולפסון
יו"ר האיגוד
4
5
6
דבר המזכיר של WMOליום המטאורולוגיה העולמי 2002
7
8
9
01
00
תמונות מהכנס השנתי
דברים לזכרו של שמואל יפה ז"ל
הענקת יקיר אמ"י תשע"א
לפרופ' זאב לוין
02
המרצים
צבי הרפז
איתמר לנסקי
אולגה שוויינשטיין
דוריטה רוסטקייר-אדלשטיין
ברוך זיו
עפת חמזה
פנחס אלפרט
רוני נהוראי
שילה שיף
03
ראובן הייבלום
קרין ארדון-דרייר
עמית סביר
ברי לין
אלי גלנטי
04
עמיר גבעתי
05
תקצירי הכנס
הבנייה מודעת האקלים בבית הערבי המסורתי באזורי האקלים
הים תיכוני בישראל
עפת חמזה ,1שלומית פז 1ורותי זוהר
2
1החוג לגאוגרפיה ולימודי סביבה,
2החוג לניהול משאבי טבע וסביבה,
אוניברסיטת חיפה
מבוא
הבניה מודעת האקלים עוסקת בשילוב ההיבטים האקלימיים כחלק אינטגראלי ושגרתי בשיקולי התכנון
והבנייה לצורך שיפור תחושת הנוחות ואיכות החיים בתוך מגורי האדם וסביבתם .האתגרים הסביבתיים ,גרמו
להרחבת יעדיה של הבנייה מודעת האקלים בימינו ,ובעוד שתכלית התכנון האקלימי בבניה המסורתית נבעה
מהצורך להתמודד עם תנאי מזג האוויר ונועדה לשפר את תנאי הנוחות במרחב המגורים של האדם ,הרי
שביצועים תרמיים משופרים של מרכיבי המבנה מיועדים בימינו להשגת שתי תוצאות הקשורות זו בזו )1 :נוחות
ואיכות חיים של הדיירים )2 .ודעות לסביבה וייעול ניצול האנרגיה.
מחקר זה עוסק בבניה הערבית המסורתית שהייתה רווחת בכפרים ערביים באזורי אקלים ים תיכוני
בארץ(במשולש ובגליל) ,ובמסגרתו נעשה ניסיון -תוך התבוננות בבתים שנשתמרו -להתחקות אחרי עקרונות
התכנון האקלימי בבית הערבי המסורתי ,לבחון את יעילותם ולהעריך את יכולתם להעשיר את עולם הרעיונות
של הבניה מודעת האקלים בת זמננו.
.1רקע למחקר
האקלים הים תיכוני בישראל בזיקה לנוחות תרמית -
גוף האדם רגיש לארבעה פרמטרים אקלימיים :טמפרטורת האוויר ,הלחות היחסית ,קרינת השמש ,מהירות
הרוח ,לצד פרמטרים אישיים שכוללים את מידת הבידוד של הבגד והפעילות הפיזית -הפועלים עליו במשולב
ומשפיעים על תחושת הנוחות התרמית .האדם השואף מעצם טבעו לנוחות תרמית ,דאג מראשית ימיו לבנות
בתים אותם התאים לאקלים .זה היה ייעודם העיקרי של בתים בכל מקום בעולם ,אל תוך מעגל זה נכנס גם הבית
הערבי המסורתי ,כפי שהדברים מוצגים בתרשים הבא .
06
בספרות העוסקת בהתאמת הבניה לאקלים מופיעה חלוקה לארבעה אזורי אקלים עיקריים לצורך השגת
יסודות תכנון ובניה תואמי אקלים ,ואלה הם )1 :אזור חם ולח; )2אזור חם ויבש; )3אזור ממוזג; )4אזור קר.
בכל אחד מהאזורים האלה ננקטות אסטרטגיות בנייה המתאימות לתנאי האקלים והסביבה הייחודיים לו.
האקל ים הים תיכוני המאפיין את ישראל נמנה לפי משנה זו על אזורי האקלים הממוזג .במצב זה ננקטת
אסטרטגיה מעורבת -פתיחות לפרמטרים אקלימיים רצויים וסגירות לפרמטרים טורדניים ,הכל בהתאם לעונות
השנה (פוצ'טר.)2001 ,
.2מתודולוגיה
1.2מטרות המחקר
לזהות את מגוון האסטרטגיו ת ועקרונות התכנון האקלימי עליהם הושתת הבית המסורתי בכפרים
ערביים בארץ,
לבדוק את היעילות האקלימית של הבית הערבי המסורתי בהשוואה לעכשווי,
לגבש המלצות עתידיות להתמודדות עם אילוצי האקלים בבניה העכשווית [הרווחת ,שאינה לפי תקן
]1045בהתבסס על העקרונות האקלימיים בבית המסורתי מהם ניתן לשאוב מהם השראה .
2.2מהלך המחקר
המחקר בוצע במספר שלבים שכללו:
מחקר גישוש – איתור ומיפוי בתים במצב השתמרות טוב.
ראיונות )1:להשגת פרטים אודות "תולדות" הבתים שנבחרו )2 .השגת אישור לתיעוד ולביצוע מדידות
אקלימיות.
מחקר התבוננות -זיהוי ותיעוד אלמנטים אקלימיים.
מדידות אקלימיות – מדידת טמפרטורת אוויר ולחות יחסית .המדידות בוצעו ,בתוך הבית ומחוצה לו,
לאורך יממה
שלמה (מדידת בוקר ,צהריים/אחר צהריים וערב) ובהתאם לעונות השנה בחודשים אוגוסט (קיץ) ,נובמבר
(סתיו) ,ינואר\פברואר (חורף) ואפריל (אביב) .במקביל בוצעו להשוואה ,מדידות זהות בבית סמוך שבנוי בבניה
עכשווית .המדידות נערכו באמצעות תחנות מטאורולוגיות מדגם "אולטימטר ,"2100שמצוידות בחיישנים
שמאפשרים תצוגת LCDלנתונים אקלימיים בזמן אמיתי .בין יתר האפשרויות שמסופקות ע"י התחנה נמנים:
חיישן טמפרטורה פנימי וחיצוני ,חיישן לחות חיצוני ופנימי ,מד לחץ ברומטרי ,מד מהירות וכיוון רוח.
2.3אזור המחקר
המחקר מתמקד בבתים ערביים מסורתיים שנשתמרו בעיקר בגליל ,בשולי השרון ובואדי ערה .הישובים
הערביים באזורים אלה ממשיכים את קיומם כמקומות מחייה במשך עשרות ומאות שנים ומקיימים רציפות של
התפתחות אנושית עד עצם ימינו אלה .נופיהם של ישובים אלה כפי שמציין מאיר -ברודניץ( )1983מהווים המשך
ישיר למרקם הפיסי המסורתי ולתרבות החומרית והחברתית הקדומה שממנה צמחו .בסוף האיתור הוחלט
לבחור ב 9 -בתים מסורתיים שנמצאו מתאימים למחקר .בתים אלה פרוסים בישובים ערביים ברחבי המשולש
והגליל כמפורט במפות להלן (איור 2א'-ב').
07
מקרא:
גליל עליון -מלבן אדום
)1בית מסורתי במעיליא
)2בית מסורתי בחורפיש
)3בית מסורתי בדיר אל-אסד
גליל תחתון -מלבן כחול
)4בית מסורתי בסכנין
)5בית מסורתי בעראבה
)6בית מסורתי באעבלין
ממקור – מקור -הפורטל הגיאוגרפי הלאומי,
http://www.govmap.gov.il/viewer.asp
איור - 2א' .מפת פריסה -מצפון לדרום -של הישובים הערביים בהם אותרו בתים מסורתיים למחקר באזור הגליל
מקרא:
אזור המשולש -מלבן שחור
)1בית מסורתי בערערה
)2בית מסורתי בבאקה
)3בית מסורתי בג'ת
מקור -הפורטל הגיאוגרפי הלאומי,
http://www.govmap.gov.il/viewer.asp
ב' .מפת פריסת -מצפון לדרום -של ישובים ערביים בהם אותרו בתים מסורתיים למחקר באזור המשולש
.3מימצאים
3.1פרטי הבתים במחקר-
הנתונים לגבי 9הבתים שתועדו במחקר ובהם נערכו מדידות אקלימיות מופיעים בטבלה(
)1שלהלן:
טבלה :1פרטי הבתים הנחקרים
קוד
ישוב
קואורדינטות
רום
תאריך/תקופת בניה
גליל עליון1-
חורפיש
" 33°01’01,39צ'
" 35°20’45,54מז'
697מ'
שלהי תק' עות'מנית
בית חלל יחיד הבנוי מפלס אחד .
גליל עליון2-
מעיליא
" 33°01’31,74צ'
" 3515’25,56מז'
527מ'
שלהי תק' עות'מנית
בית חלל יחיד עם 3מפלסים" :קאע אל-
ָליָה".
בית"" ,מסטבה" ,ו" הע ִּ
גליל עליון3-
דיר אל
אסד
"32°56’ 03,52צ'
" 35°16’10,97מז'
359מ'
שלהי תק' עות'מנית
בית חלל יחיד הבנוי מפלס אחד.
08
זיהוי טיפוס בניה
גליל תחתון-
1
סכנין
" 35°18’39צ'
" 47°51’32מז'
200מ'
שלהי תק' עות'מנית
בית חלל יחיד עם מפלס אחד.
גליל תחתון-
2
עראבה
"32°51’02,5צ'
"35°20’27,58מז'
266מ'
שלהי תק' עות'מנית
בית שבנוי משני חדרים עם מפלסי גובה
שונים -חדר מבוא שמקושר לחדר פנימי.
גליל תחתון-
3
אעבלין
"32°49’17,56צ'
"35°11’31,68מז'
132מ'
1895
בית ליוואן מהסגנון המוקף חדרים ( ראה
איור 8ד' בגוף העבודה) ,הליוואן במקרה זה
מוקף 5חדרים כפי שניתן ללמוד מתוכנית
הבית
משולש1-
ערערה
"32°29’45,49צ'
"35°05’11,98מז'
164מ'
1930
בית חלל יחיד עם חלוקה לשני מפלסים.
החלק הנמוך מצומצם לכדי ריבוע קטן ליד
הכניסה והוא נמוך ב 15ס"מ מרצפת החדר.
משולש2-
באקה
"32°25’1548צ'
"35°02’45,73מז'
87מ'
תקופה עות'מנית
בית חלל יחיד בן שני מפלסים במקור .בפרק
האחרון של הבית הוחלט לבטל את המפלס
התחתון(שיועד לבע"ח) לטובת הרחבת
המפלס העליון .גרם מדרגות הוליך
מהכניסה למפלס המחייה.
משולש3-
ג'ת
" 32°23’53,46צ'
"35°02’23,09מז'
143מ'
שלהי תק' עות'מנית
בית חלל יחיד עם שני מפלסים :עליון 7.60
מ' 4.30/מ' ותחתון שמידותיו הן7.60 :מ' 4/
מ' והוא נמוך ב 55ס"מ מהמפלס העליון.
הכניסה לבית הנה דרך פתח בגובה 2.35מ'
ורוחב 1.10מ'
3.2תיעוד עקרונות ואסטרטגיות הבניה מודעת אקלים בבית הערבי המסורתי
3.2.1גיליונות תיעוד –
התיעוד והרישום של האלמנטים האקלימיים בכל אחד מהבתים המסורתיים שבמחקר נעשה בעזרת גיליונות
שהוכנו מראש והוו קו מנחה לזיהוי האלמנטים ותיעודם(ראה טבלה 1להלן):
טבלה – 1גיליונות לתיעוד אלמנטים אקלימיים בבית הערבי המסורתי
09
3.2ריכוז הנתונים שנאספו אודות האלמנטים האקלימיים שזוהו בבתים שנחקרו
תוצאות התיעוד והנתונים שנאספו סוכמו בטבלאות()4- 2שמובאות להלן :
טבלה( :)2אלמנטים של בניה אקלימית בבתים מסורתיים בגליל עליון
מעיליא
חורפיש
האלמנט
בית עם חזית צפונית ,מלבני
אופן הצבת הבית ,והפנייתו בית עם חזית צפונית ,ריבועי
בתוכניתו .
בתוכניתו .
בידוד תרמי של מעטפת הבית בנוי אבני גיר מסותתות ,לא
אחידות בגודלן .הקירות טויחו
המבנה.
מבפנים.
(חומרי ושיטות בניה)
הבית בנוי אבן גיר המכונה "חג'ר
נארי" ,האבנים ברמה גבוה של
סיתות ,אך לא אחידות בגודלן .
הקירות טויחו מבפנים.
עובי קירות89 :
עובי קירות :
מסה תרמית של מעטפת
ה
צורת גג :
קיר צפוני וקיר דרומי 99 -ס"מ
המבנה
קירוי שטוח של בטון על גבי קורות
קיר מערבי וקיר מזרחי 79 -ס"מ
עץ כתחליף לגג השטוח עם עפר
צורת גג :
עובי קירותקירוי שטוח מבטון שנתמך על ידי מהודק על גבי קורות עץ.
צורת הגגקשתות (קנאטר) בעובי 3.35ס"מ
.הבטון הוא תוספת מאוחרת.
מספר פתחים4 :
מס' פתחים3:
ניצול קרינה סולארית
)1במפלס תחתון מוקם חלון בקיר
)1חלון בקיר הצפוני שמידותיו
המערבי שמידותיו הן1 :מ'\ 1מ'.
הן:
מהו מספר הפתחים )2במפלס העליון שולבו שני חלונות
9.75מ' \ 1.29מ'
מה מידותיהם(חשוב)2חלון בקיר דרומי שמידותיו הן הראשון מוקם בקיר המזרחי
ביחס לשטח הבית)
להערכה ה
ומידותיו הן1.39 :מ'\9.7מ'
9.75 :מ'\1.29מ'
בקיר הדרומי מוקם חלון נוסף עם
)3חלון בקיר מערבי שמידותיו
היכן מוקמו הפתחיםמידות זהות.
הן:
בקירות הבית.
)3ב"עלייה" מוקם חלון דרומי
1.49מ'\9.99מ'
שמידותיו הן:
1.79מ' \ 9.79ס"מ'
סגנון
אוורור טבעי:
אוורור טבעי:
אוורור
הושג ע"י אוורור מפולש הודותהושג ע"י אוורור מפולש הודות
אוורור טבעי -
למיקום חלון מול הכניסה .
(אוורור מפולש ,ארובת לתכנון נתיב אוויר ע"י מיקום
רוח ,צוהר עילי ,חצר חלון מול הכניסה .
צוהר עילי מוקם במפלס המוגבהפנימית ,רושן )
שמכונה"עילייה".
צוהר עילי בקיר צפוני.
אוורור עם אידוי-
לא זוהו עדויות בבנייה להשגת
(משרבייה ,מזרקה בחצר לא זוהו עדויות להשגת אוורור
אוורור עם אידוי.
פנימית ,ארובות רוח עם עם אידוי.
בריכת מים ,משטח מורטב
"סלסביל")
4.79מ'
4.79מ'
ריבוד תרמי ע"פ גובה
אמצעי הצללה:
שיקוע דלתות וחלונותעצים נשירים-קירבה למבנים סמוכים
תאורה טבעית:
צבע מעטפת הבניין:
השקעת דלתות וחלונותלעובי הקיר
השקעת דלתות וחלונותלעובי הקיר.
הצמדות לבתים ממזרחומערב.
הבית הנו חלק ממקבץ בתיםשפנו לעבר חצר פנימית.
"ערישת דואלי" הוצמדהלקיר הצפוני.
לא זוהו תיזאנות
בהיר
21
דיר אל-אסד
בית עם חזית צפונית ,ריבועי
בתוכניתו.
הבית בנוי אבני גיר גסות
שמכונות "חג'ר ע'שים " ,
כיוון שלא סותתו .האבנים
הונחו בבניה יבשה ,וטויחו
מבפנים ומבחוץ.
עובי קירות 69 :ס"מ
צורת גג :
קירוי שטוח של בטון על גבי
קורות עץ ,שבמקור כוסו
בעפר שהודק.
מספר פתחים2 :
חלון בקיר הדרומי שמידותיו
הן:
1.69מ' \ 9.79מ'.
חלון עם מידות זהות נמצא
בקיר המזרחי.
אוורור טבעי:
הושג ע"י אוורור מפולש
הודות למיקום חלון מול דלת
הכניסה.
לא זוהו עדויות להשגת
אוורור עם אידוי.
3.69מ'
השקעת דלתות וחלונותלעובי הקיר.
במקור הבית היה חלקממקבץ בתים הפונים לחצר
פנימית שמצב השתמרותם
אינו מספק תמונה לגבי
מיקום הבית בתוכם.
לא זוהו תיזאנות
לא זוהו תיזאנות
בהיר
בהיר
טבלה ( :)3אלמנטים של בניה אקלימית בבתים מסורתיים בגליל תחתון
סכנין
עראבה
האלמנט
אופן הצבת הבית ,והפנייתו
ה
בית עם חזית מערבית ,ריבועי
בתוכניתו.
בידוד תרמי של מעטפת בניה באבני גיר לא מסותתות
שמכונות "חג'ר ע'שים" ,אבן שלא
המבנה:
עובדה כלל .הקירות טויחו מבפנים,
חומרי בניהאך עם השנים הטיח התפורר ולא
שיטות בניהחודש.
מסה תרמית של מעטפת המבנה :עובי קירות 89:ס"מ
עובי קירות-צורת הגג
צורת גג :
קירוי שטוח של בטון כתחליף לגג
השטוח של עפר מהודק על גבי קורות
עץ.
ניצול קרינה סולארית:
אין
הפתח הבודד בחדר הפנימי ,שהוביל
לחדר סמוך ,נסגר מאוחר יותר.
מספר הפתחים שהוצבובמעטפת החיצונית של
הבית ומידותיהם.
סגנון
הדרך העיקרית להשגת אוורור טבעי
אוורור:
היא הפניית הבית לעבר חצר שהנה
אוורור טבעי( אוורור מפולש ,ארובת רוח ,חלק מ"החוש" קרי מקבץ בתים של
החמולה שנסוב סביב חצר .
צוהר עילי,
חצר פנימית ,רושן )
אוורור עם אידוילא זוהו עדויות להשגת אוורור עם
(משרבייה ,מזרקה בחצר אידוי.
פנימית ,ארובות רוח עם בריכת
מים ,משטח מורטב "סלסביל")
אעבלין
בית עם חזית מערבית ,מלבני
בתוכניתו.
בית עם חזית צפונית ,ריבועי
בתוכניתו.
בניה באבן גיר שמכונה "חג'ר נארי",
שסותת במידת מה .הקירות טויחו
מבפנים.
בניה באבן גיר שמכונה "חג'ר
נארי" .האבנים מסותתות ברמה
גבוהה ,ושומרות על אחידות
בגודלן .הקירות טויחו מבפנים.
עובי קירות :
קיר מזרחי ומערבי 69 :ס"מ כל אחד
קיר צפוני ודרומי :
79ס"מ כל אחד
עובי קירות 69 :ס"מ
צורת גג :
קירוי שטוח מאסבסט .
מספר פתחים6 :
א)שני חלונות מוקמו בקיר הדרומי
עם מידות זהות 1 :מ' \ 9.79מ'
ב) 3חלונות נוספים מוקמו בקיר
הצפוני שניים מהם עם מידות זהות :
1.19מ' \ 9.79מ'
ואחד נוסף שמידותיו הן:
9.69מ' \ 9.89מ'
ג)בקיר המזרחי מוקם חלון מול
הכניסה ומידותיו הן. 9.89\9.69:
אוורור טבעי:
הושג ע"י אוורור מפולש הודות
לתכנון נתיב אוויר ע"י מיקום חלון
מול הכניסה .
ושיבוץ חלונות מקבילים בקירות
הדרומי והצפוני
לא זוהו עדויות להשגת אוורור עם
אידוי.
צורת גג :
קירוי שטוח של בטון כתחליף לגג
השטוח של עפר מהודק על גבי
קורות עץ.
מס' פתחים במעטפת החיצונית :
18חלונות זהים במידותיהם:
1.79מ'\ 99מ' ומחולקים כך:
קיר דרומי 6 :חלונות
קיר מערבי 4 :חלונות
קיר מזרחי 4 :חלונות
קיר צפוני 4:חלונות
אוורור טבעי:
הושג ע"י אוורור מפולש הודות
לתכנון נתיבי אוויר מפולש בתוך
החדר הבודד ,ומיקום החלונות על
ציר אחיד עם הדלתות והחלונות
בשאר החדרים(ראה שרטוט
בנספח)1
צוהר עילי :אחד מוקם מעל לדלת
הכניסה .שניים בקיר הדרומי.
לא זוהו עדויות להשגת אוורור עם
אידוי.
ריבוד תרמי ע"פ גובה תקרה
אמצעי הצללה
-השקעת דלתות וחלונות
3,59מ'
3.79מ'
5.39מ'
-השקעת דלתות וחלונות לעובי הקיר
-השקעת דלתות וחלונות לעובי הקיר
השקעת דלתות וחלונות לעוביהקיר
במקור הבית היה חלק ממקבץבתים הפונים לחצר פנימית
שמצב השתמרותם אינו מספק
תמונה לגבי מיקום הבית .בתוכם.
"ערישת דואלי" סמוך לקירהצפוני של הבית.
לא זוהו תיזאנות
לא זוהו תיזאנות
בהיר
בהיר
הצמדות לבתים מדרום ,מצפוןוממזרח.
עצים נשירים פרגולות קרבה למבנים סמוכיםתאורה טבעית
צבע מעטפת הבניין
לא זוהו תיזאנות
בהיר
20
טבלה ( :)4אלמנטים של בניה אקלימית בבתים מסורתיים במשולש
ערערה
האלמנט
ה
אופן הצבת הבית ,והפנייתו
בית עם חזית צפונית ,ריבועי בתכניתו.
בידוד תרמי של מעטפת המבנה
( חומרי בניה ושיטות בניה)
הבית בנוי בשיטת בניה שמכונה בפי
המקומיים "בתיתין ורצ'ה " כך שכל דופן
מורכבת משני קירות מקבילים שהחלל
ביניהם נסגר על ידי מילוי של אדמה
אבנים קטנות וקש .טיח חיפה קירות
פנימיים וחיצוניים.
מסה תרמית של מעטפת המבנה
עובי קירותצורת הגגניצול קרינה סולארית
מספר הפתחים שהוצבו בקירותהבית ומידותיהם
עובי קירות 69 :ס"מ
צורת גג :
קירוי שטוח של בטון על קורות ברזל
(ממסילת ברזל) .תחליף לגג השטוח של
עפר כבוש על קורות עץ.
עובי קירות85 :
צורת גג :
קירוי שטוח של בטון על קורות
ברזל כתחליף לגג השטוח של
עפר כבוש על קורות עץ.
עובי קירות 89 :
צורת גג :
קירוי שטוח של לוחות
אסבסט על גבי קורות ברזל.
מס' פתחים2 :
מידות החלון בקיר הדרומי1.5 :מ' \ 9.7
מ'
מידות החלון בקיר הצפוני:
79ס"מ \ 49ס"מ
מספר פתחים3 :
שני חלונות מוקמו בקיר המערבי
משני צדי דלת הכניסה ומידותיהם
הן 1.65 :מ' \ 9.85מ' .
בקיר המזרחי מוקם חלון מול
הכניסה ומידותיו הן:
1.59מ' \ 79ס"מ
אוורור טבעי :
התאפשר בזכות אוורור מפולש
שהושג הודות למיקום חלון מול
דלת הכניסה.
צוהר עילי בצורת נברשת מוקם
מעל לכניסה בקיר המערבי.
הבית הוא גם החלק ששרד
ממקבץ בתים אשר פנו לכיוון
חצר פנימית .
מס' פתחים1 :
חלון בקיר המזרחי
שמידותיו הן :
1.86מ' \ 1.39מ'
אוורור טבעי :
אוורור
התאפשר בזכות אוורור מפולש שהושג
אוורור טבעי-
הודות למיקום חלון מול דלת הכניסה.
( אוורור מפולש ,ארובת רוח
,צוהר עילי ,חצר פנימית ,רושן ) צוהר עילי :
א)שלושה מוקמו מעל לכניסה בקיר
הצפוני.
אוורור עם אידוי-
(משרבייה ,מזרקה בחצר פנימית ,ב) אחד בקיר המזרחי
ארובות רוח עם בריכת מים ,ג) אחד בקיר המערבי
משטח מורטב "סלסביל")
לא זוהו עדויות להשגת אוורור עם אידוי.
אמצעי הצללה:
השקעת דלתות וחלונות עצים נשירים קרבה למבנים סמוכיםתאורה טבעית
צבע מעטפת הבניין
באקה
בית עם חזית מערבית ,ריבועי
בתכניתו.
הבית בנוי אבני גיר גסות ,שלא
סותתו ,ומכונות "דבש" .חוברו
ע"י תערובת בוץ וקש ,וטויחו
מבפנים ומבחוץ.
סגנון
ריבוד תרמי ע"פ גובה תקרה
ג'ת
בית עם חזית צפונית ,
ריבועי בתכניתו.
הבית בנוי אבני גיר גסות
שלא סותתו ,ומכונות
"דבש" .חוברו ע"י תערובת
בוץ וקש ,וטויחו מבפנים
ומבחוץ.
3.59מ'
אוורור טבעי התאפשר
הודות לצוהר עילי בצורת
נברשת מעל לדלת הכניסה.
לא זוהו עדויות להשגת
אוורור עם אידוי.
לא זוהו עדויות להשגת אוורור עם
אידוי.
5.59מ' ממפלס תחתון
4.85מ' ממפלס תחתון
השקעת דלתות וחלונות לעוביהקיר
השקעת דלתות וחלונות לעוביהקיר
השקעת דלתות וחלונותלעובי הקיר
במקור הבית היה חלק ממקבץ בתיםהפונים לחצר פנימית .
-הצמדות לבתים מדרום ,ומצפון.
הצמדות לבתים מדרום,ממזרח וממערב.
ערישת דואלי סמוך לקיר הצפוני שלהבית.
לא זוהו תיזאנות
לא זוהו תיזאנות
בהיר
בהיר
לא זוהו תיזאנות
בהיר
3.3הצגת תוצאות המדידות האקלימיות בגרפים
תוצאות המדידות האקלימיות שנערכו במסגרת המחקר עבור טמפרטורה ולחות יחסית ,הוצגו בתרשימים
שאורגנו בשתי סדרות בהתאמה עם סוג המדידה ,העונה ,אזור המחקר ומספר הבתים בהם בוצעו המדידות.
התמונה שהתקבלה היא:
22
סדרת גרפים ראשונה3
1א') 9גרפים להצגת תוצאות המדידות האקלימיות עבור טמפרטורה בקיץ ,שלושה בכל אחד מאזורי המחקר.
1ב') 9גרפים להצגת תוצאות המדידות האקלימיות עבור טמפרטורה בסתיו ,שלושה בכל אחד מאזורי המחקר.
1ג') 9גרפים להצגת תוצאות המדידות האקלימיות עבור טמפרטורה באביב ,שלושה בכל אחד מאזורי המחקר.
1ד') 9גרפים להצגת תוצאות המדידות האקלימיות עבור טמפרטורה בחורף ,שלושה בכל אחד מאזורי המחקר.
סדרת גרפים שנייה3
2א') 9גרפים להצגת תוצאות המדידות האקלימיות עבור לחות יחסית בקיץ ,שלושה בכל אחד אזורי המחקר.
2ב') 9גרפים להצגת תוצאות המדידות האקלימיות עבור לחות יחסית בסתיו ,שלושה בכל אחד מאזורי המחקר.
2ג') 9גרפים להצגת תוצאות המדידות האקלימיות עבור לחות יחסית באביב ,שלושה בכל אחד מאזורי המחקר.
2ד') 9גרפים להצגת תוצאות המדידות האקלימיות עבור לחות יחסית בחורף ,שלושה בכל אחד מאזורי המחקר.
בגרפים אלה כפי שמלמדת ההדגמה בתרשים הנ"ל( איור 6א' ,ב') ,מופיעות שלוש עקומות עבור תוצאות המדידה
כפי שנרשמו :בבית המסורתי ,מחוצה לו ,וכן בבית סמוך שמכונה במקרא לגרפים " בית עכשווי" ,ואשר נבחר
כמייצג לבתים השכיחים בימינו ושאינם בנויים לפי ת"י .1045
איור – 6
ב .תוצאות מדידה עבור לחות יחסית :גליל עליון
א .תוצאות מדידה עבור טמפרטורה :גליל עליון
.4מסקנות
4.1עקרונות הבנייה מודעת האקלימי ששולבו בבית הערבי המסורתי באזור הגליל והמשולש
תיעוד האופן וההיקף של אימוץ העקרונות והאלמנטים האקלימיים בבית הערבי המסורתי מצביע כפי שמתגלה
ממצאי המחקר שמובאים בטבלאות( ,)4- 2על חלוקה לשתי קטגוריות :
4.1.1אלמנטים ששילובם נבע משיקולים אקלימיים
על קטגוריה זו נמנים האלמנטים שעל סמך בחינת אופן שילובם בבית ,ותדירות הופעתם ניתן להסיק שנהוג היה
לשלבם בהיקף נרחב ובאופן מודע ושיטתי בבית הערבי המסורתי בגליל ובמשולש .האלמנטים האקלימיים שניתן
לשייכם בבירור לקטגוריה זו הם:
)1המסה התרמית של המעטפת :נשמרת מגמה של קירות עבים במיוחד :ממוצע 70ס"מ ,עובי מקסימלי 90
ס"מ ,עובי מנימלי 60ס"מ .אחד היתרונות החשובים ביותר של בניית קירות עבים במיוחד והעשויים מחומרי
בנייה כבדים ,הוא האמפליטודה הקטנה של הטמפרטורות בתוך המבנה.
)2ריבוד תרמי :גובה תקרה ממוצע 4.37מ' +צוהר עילי ב 6בתים מתוך . 9על רקע דלות האמצעים והמאמץ
הגדול אליו נדרשו מקימי הבתים ,זו עדות לכך שתכנון גובה התקרה נבע משיקול אקלימי שמתבסס על הרעיון של
הריבוד התרמי .שחייב שילוב צוהר עילי לשחרור האוויר החם החוצה .צוהר עילי זוהה בשישה מהבתים שתועדו
23
(חורפיש ,אעבלין ,ערערה ,באקה ,וג'ת) .בכל אחד ממקרים אלו אותר צוהר עילי מעל לדלת הכניסה ( .ראה נספח,
)2
)3ניצול קרינה סולארית :חלונות בחזית דרומית תועדו ב 6מתוך 9הבתים שנחקרו .מספרם של החלונות
ששובצו בחזית הדרומית של הבתים היה מועט .אך במידה מספיקה לבית חלל יחיד שממדיו קטנים .יוצא דופן
הוא הבית באעבלין .זהו בית "ליוואן" מרשים בגודלו .שיבוץ שישה חלונות בחזיתו הדרומית אינו מקרי (ראה
שרטוט בנספח ,)1הוא מצביע על בניה ע"פ מיטב צווי התכנון האקלימי שנועדו לניצול מרבי של הקרינה
הסולארית.
)4אוורור טבעי :דרך דומיננטית -אוורור מפולש (ב 7-בתים מתוך .)9אסטרטגיה זו יושמה להפליא באעבלין ,שכן
תכנון נתיבי אוויר מפולש העלה על ציר אחד לא רק את הפתחים בחדר הבודד ,אלא גם בהתאמה עם הפתחים
בשאר החדרים ( ראה שרטוט בנספח .)1דרך נוספת חצר פנימית – המכונה "חוש" .בשישה בתים מתוך התשעה
שתועדו במחקר זה (חורפיש ,עראבה ,אעבלין ,ערערה ,באקה ,וג'ת) נתגלו עדויות בשטח שמצביעות בבירור על
היותם חלק ממקבץ בתים שהוקמו סביב חצר משותפת( ראה תמונות בנספח .)3באשר לשאר הבתים ניכרת
סביבם תנופת בניה ששינתה ככל הנראה את פני השטח ,כך שלא מן הנמנע שגם הם היו חלק ממקבץ בתים
מסביב לחצר פנימית משותפת.
)5הבידוד התרמי של מעטפת :הודות ל חיפוי הקירות בטיח בשכבות שתוקנו בהתמדה והצטברו משנה לשנה,
לצד חיפוי הגג בשכבות עפר כבוש שהודק על גבי קורות עץ בטיפול עונתי מידי שנה ,בעיקר לקראת בוא החורף,
הקנו לבתים ערביים מסורתיים בידוד ברמה גבוהה .ארבעה מהבתים שתועדו במסגרת מחקר זה (דיר אל-אסד,
ערערה ,באקה וג'ת) ,חופו בטיח פנימי וחיצוני והשאר חופו בטיח רק מבפנים .באשר לגגות ,בכל המקרים הם
כוסו בבטון על גבי קורות העץ המקוריות(ראה נספח .)4זה נעשה לרוב בשלב האחרון לאכלוס הבית כי לא היה מי
שידאג לטיפול העונתי בגג .סביר להניח שהגג המקורי הקנה לבית בידוד יותר טוב מהגג הנוכחי.
)6הצללה :האמצעי הדומיננטי ביותר והוא בנייתם של הפתחים אל תוך עובי הקיר ( ב 9-הבתים) .ההצללה
בבתים המסורתיים הושגה גם הודות לבניה צפופה .בשבעה מתשעת הבתים שנחקרו ,תועדו מבנים סמוכים
שהוצמדו אליהם לפחות מכיוון אחד.
)7צבע מעטפת הבניין :הצבע החיצוני של מעטפת הבניין הוא גורם חשוב במאזן האנרגיה שלו ,טמפרטורת
המשטח החיצוני של המעטפת תעלה מעל לטמפרטורת הסביבה ככל שתיספג בו יותר קרינת שמש .בכל הבתים
שנחקרו זוהה צבע בהיר של מעטפת הבניין .לעיתים זה היה צבעם של אבני הגיר מהם נבנה הבית ולא טויחו
(חורפיש ,מעיליא ,עראבה ,סכנין ,אעבלין) ולעיתים היה זה צבעו של הטיח שכיסה את קירות הבית מבחוץ (דיר
אל-אסד ,ערערה ,באקה ,ג'ת).
4.1.2אלמנטים אקלימיים ששילובם נפקד בכל הבתים שתועדו במחקר ,וניתן להסיק שלא נהגו
לשלבם בבתים ערביים מסורתיים בגליל ובמשולש.
האלמנטים האקלימיים שניתן לשייכם לקטגוריה הזו הם:
הצבת המבנה והפנייתו
בישראל ישנה עדיפות אקלימית למבנה מלבני עם חזית דרומית ,המוצב בציר אורכי ממזרח למערב .בדיקה
בשטח של אופן הצבת הבתים שנחקרו וכיוון הפנייתם מגלה שאף אחד מהבתים שנחקרו אינו בעל חזית דרומית,
ואף אחד אינו מוצב בציר אורכי ממזרח למערב.
תאורה טבעית
התאורה הטבעית בבניה מסורתית שופרה ע"י שילוב "תיזאנות" [ קוביות זכוכית להחדרת אור מרוכז לחלל
הבית] .תועדה במחקר זה לא תועד אלמנט זה באף אחד מהמקרים.
אוורור עם אידוי
באף אחד מהבתים שתועדו במחקר זה לא נתגלה אלמנט אקלימי שמכוון להשגת אוורור עם אידוי ("משרבייה",
24
מזרקה בחצר פנימית ,משטח מורטב "סלסביל" ,ארובת רוח משולבת עם בריכה).
צורת הגג
בארכיטקטורות מסורתיות יוחסו לצורות גג מסוימות תכונות תרמיות מועדפות .בהתבסס על הסברי
קוזולובסקי( )1992נוכחנו שלגגות הכיפה והקמרון יוחסו מעלות תרמית עדיפות .גג כיפתי מצנן את הבניין טוב
יותר מגג שטוח ,הודות לרוח הנושבת מעל לקמרון ולכיפה ששטח הפנים שלהם גדול יותר .גג כיפה או קמרון לא
תועד באף אחד מהבתים שנסקרו במחקר זה .יתכן משום שעלויות הקמתן הגבוהה לא השתלמה בתנאי האקלים
הים תיכוני הנוחים יחסית .ניתן לקבוע חד משמעית שהגג השטוח הוא צורת הקירוי שהייתה רווחת בבית הערבי
מסורתי(ראה נספח .)4
4.2היעילות האקלימית של הבניה הערבית המסורתית בהשוואה לבית העכשווי
אמת המידה לבחינת היעילות האקלימית של מבנה נמדדת ע"פ מידת הצלחתו בהבטחת תנאי הנוחות התרמית
לדייריו תוך השקעת אנרגיה מינימאלית .נוחות תרמית כפי שעמדנו על עיקריה ברקע התיאורטי מושפעת מלבד
רמת הפעילות הפיזית ורמת הבידוד של הבגדים ,מממספר גורמים אקלימיים :
)3לחות יחסית בחלל הבנוי )4מהירות תנועת האוויר
)1טמפרטורת האוויר בחלל הבנוי )2עוצמת הקרינה
השאיפה בבניה מודעת האקלים להגיע למצב בו בזמן מנוחה ובבגדי העונה ,הטמפרטורה ,הלחות היחסית ותנועת
האוויר בחלל יאפשרו את תחום הנוחות התרמית האופטימאלית .
מחקר זה בחן את יעילותם האקלימית של הבתים הערביים המסורתיים בגליל ובמשולש בהשוואה לבתים
העכשוויים(שאינם בנויים ע"פ ת"י .)1045הסקת המסקנות בהקשר הזה מתבססת על מדידת שני משתנים :
טמפרטורת האוויר והלחות היחסית ששוררים במבנה .הבחירה להתמקד בשני המשתנים האלה ,מבין שאר
הגורמים שמשפיעים על הנוחות התרמית ,מקורה בכך ששאר הגורמים :עוצמת הקרינה ,מהירות תנועת האוויר,
כמו גם רמת הפעילות הפיזית ורמת הבידוד של הבגדים ,הם גורמים שנשלטים בידי האדם והוא יכול להחליט
לפי שיקוליו מתי לחסום אותם.
ניתוח הנתונים המסכמים את תוצאות המדידות האקלימיות עבור שני המשתנים :טמפרטורת אויר ולחות
יחסית ,ואשר הוצגו בגרפים נעשה תוך בחינתם משלוש זוויות:
השואה בין ערכי הטמפרטורה והלחות שנמדדו בבית המסורתי לבין הערכים ששררו בבית העכשווי.
התבוננות בשיפוע של כל עקומה ,לזיהוי השינויים (חדים/מתונים) שחלים בצורת העקומה.
השוואה בכל גרף ,בין האופן בו "מתנהגות" העקומות ,הן של המדידות בבית המסורתי ,והן של המדידות
בבית העכשווי ,ביחס למתגלה בהתנהגות העקומה שמתארת את המתרחש במדידות החוץ.
4.2.1ניתוח תוצאות המדידות האקלימיות עבור טמפרטורה ולחות יחסית-
למידה מעמיקה של תוצאות המדידות האקלימיות ,ובחינתם בהתאם לשלוש נקודות המבט שהובאו לעיל,
מובילה לשתי מסקנות עיקריות שמייחסות את היעילות האקלימית של הבית המסורתי על פני העכשווי ,הן
בחורף והן בקיץ לתנאי הטמפרטורה והלחות היחסית הנוחים יותר בחלל המגורים של הבית המסורתי.
הדיון במכלול הטיעונים והשיקולים שהובילו לשתי המסקנות הנ"ל מובא להלן ,והוא מתייחס לתמונה
המתקבלת מבחינת טמפרטורה ולחות יחסית הן בקיץ והן בחורף לסירוגין :
מסקנה 1א'
יעילותו האקלימית של הבית המסורתי גוברת בחורף על תפקודו האקלימי של הבית העכשווי הודות לערכי
הטמפרטורה בטווח הנוחות ששוררת בין כתליו 3
מסקנה זו מבוססת על הממצאים והטיעונים הבאים:
הבית המסורתי מבטיח בחורף טמפרטורה בטווח הנוחות התרמית יותר מהבית העכשווי
יעילות הבית המסורתי בחורף מבחינת שימור אנרגיה עדיפה על זו של הבית העכשווי
25
יעילות הבית המסורתי בחורף מבחינת בידוד תרמי עולה על זו של הבית העכשווי
מסקנה 1ב'
יעילותו האקלימית של הבית המסורתי גוברת בקיץ על תפקודו האקלימי של הבית העכשווי הודות לערכי
הטמפרטורה בטווח הנוחות ששוררת בין כתליו:
מסקנה זו מתבססת על הממצאים והטיעונים הבאים-
הבית המסורתי מבטיח בקיץ ערכי טמפרטורה בטווח הנוחות התרמית יותר מהבית העכשווי.
יעילות הבית המסורתי בקיץ מבחינת שימור אנרגיה לאורך היום עדיפה על זו של הבית העכשווי.
היעילות האקלימית של הבית המסורתי בקיץ מבחינת בידוד תרמי עולה על זו של הבית העכשווי בזכות
העובי המסיבי של המעטפת.
מסקנה 2א'
יעילותו האקלימית של הבית המסורתי גוברת בחורף על תפקודו האקלימי של הבית העכשווי בהשפעת הלחות
היחסית ששוררת בתחומו:
מסקנה זו מתבססת על הממצאים והטיעונים הבאים-
)1הבית הערבי המסורתי מספק לחות יחסית בטווח הערכים המומלץ לנוחות תרמית ובהתחשב בערכי הלחות
היחסית האופטימאליים שבהם חש האדם בנוח.
)2אם לוקחים בחשבון את ערכי הטמפרטורה שנמדדו בבית המסורתי בחורף ,שהנם גבוהים ונמצאים בטווח
הנוחות ,מגיעים למסקנה שהבית המסורתי מאפשר קיום תנאים שמבטיחים רמה טובה של נוחות בחורף עם
מינימום השקעה של אנרגיה.
מסקנה 2ב'
יעילותו האקלימית של הבית המסורתי גוברת בקיץ על תפקודו האקלימי של הבית העכשווי בהשפעת הלחות
היחסית ששוררת בתחומו:
סקירת תוצאות המדידות האקלימיות עבור לחות יחסית בקיץ מלמדת שערכי הלחות היחסית שנמדדו הן בבית
המסורתי והן בית העכשווי נמצאים בטווח הערכים האופטימליים בהם חש האדם בנוח( .)35%-70%והעקומות
שהתקבלו לגבי הבית המסורתי והעכשווי היו צמודות ואף משיקות .אך בזכות הטמפרטורות הנמוכות יותר
שנרשמו ב בית המסורתי מתאפשרת תחושת נוחות תרמית אופטימלית יותר מאשר בבית העכשווי
4.3השוואה בין עקרונות התכנון האקלימי בבתים מסורתיים בגליל מחד ובמשולש
מאידך
סריקת האלמנטים האקלימיים שתועדו במסגרת מחקר זה ,בבתים המסורתיים בגליל ובמשולש (טבלאות ,) 4- 2
אינה מצביעה על הבדלים ברורים וחד משמעיים בסגנונות הבניה בשני האזורים ,ואשר ניתן ליחסם באופן מוחלט
לאילוצים אקלימיים ,מלבד קמינים שתועדו בגליל עליון(ראה נספח .)5הערכת אופיים והיקפם של ההבדלים
הקיימים מוביל למסקנה שאנו בפני מסורות בניה בעלות יסודות אקלימיים זהים במידה מסוימת בשני האזורים.
שינויים אלה נוצרו -לרוב -מכורח המציאות ,בין אם כתוצאה מדלות האמצעים הכלכליים ,או בשל מחסור
במצאי משאבי הבנייה המקומיים ,אך בשום אופן לא משיקול אקלימי של המתכנן .מי שהיה מעוניין לחסוך דאג
להנמיך תקרה ,לצמצם את עובי הקיר ,או להקטין את שטח חלל המגורים ,וכך נוצרו הפערים במידות .סיבה
אחרת קשורה בהיבטים תרבותיים .בחברה מסורתית שמרנית ,שום יעילות אקלימית שמקורה במיקום פתחים
בקיר דרומי לא יכולה להתקבל על חשבון צנעת הפרט שעלולה להיפגע אם הפתח משקיף לעבר הכביש או לעבר
חצרו של שכן.
גורם נוסף שאי אפש ר להתעלם ממנו בעת ההשוואה בין מסורת הבניה האקלימית שהתפתחה בגליל לזו
שהתפתחה במשולש נובע ממגבלות שליוו את ביצוע המחקר .במציאות של ימינו מעטים הם הבתים המסורתיים
26
ששרדו .מה ששרד הן בגליל והן במשולש זה בעיקר בתי אבן מהטיפוס המכונה "בית עקד" משום שנתמך ע"י
קשתות הנשענות על אומנות ( עראף .)1985,סגנון בניה זה היה אופייני לבתים בגליל אך לא היה זר לנופי הבניה
במשולש במיוחד למי שהרשה לעצמו .הבתים שהיו נפוצים יותר במשולש נבנו מתערובת של בוץ וסיבים(קש),
מהטיפוס שכונה "ח'ושה" .בנייה כזו נובעת מהניסיון לשפר את הבידוד התרמי של הבניינים הודות לכך שהקש
כולא אויר .האוויר הכלוא משפר מאוד את הבידוד התרמי של הבניינים .לכן זו בנייה באיכות אקלימית משופרת
אך לאורך חיים קצר יותר של המבנה .מבנים אלה רגישים לנזקי מזג האוויר לכן הצריכו טיפול עונתי עקבי
ואינטנסיבי .משהוזנחו ,הפכו למבנים רעועים שאנשים העדיפו להרוס אותם ולהקים במקומם בתים רבי קומות.
סביר להניח שההשוואה בין המודעות לאקלים בבניה מסורתית בגליל לזו שהייתה רווחת במשולש הייתה מקבלת
משמעות אחרת במידה ואותרו במשולש בתי טין ,וגם במידה ורמת ההשתמרות של הבתים שתועדו הייתה גבוהה
יותר.
לסיכום חלק זה ,העובדה שלא נמצאו בין מסורות הבניה שתועדו בגליל ובמשולש הבדלים שמהווים ביטוי
מובהק לסיווג האקלימי השונה ,על כל המשתמע מכך מבחינת התמודדות עם אילוצי אקלים ,אינה גורעת
ממעלותיו וביצועיו האקלימיים של הבית הערבי המסורתי ,להפך ,זוהי עדות מובהקת לאיכות האסטרטגיות
האקלימיות שאומצו בבית הערבי המסורתי
( בעיקר בית האבן שמכונה עקד) ששמר על צורת בניה אחידה בכפרים הפרוסים ברחבי הגליל והמשולש ,והצליח
בכל זאת להתמודד ביעילות עם התעוקות האקלימיות בשני האזורים.
4.4אימוץ רעיונות של מודעות לאקלים האופייניים לבניה הערבית המסורתית בארץ
באדריכלות בת זמננו
הדרישה לתנאים תרמיים נוחים נמצאת במגמת עלייה מתמדת על רקע ההתחממות הגלובלית ושינויי האקלים.
הרעיונות האקלימיים הפשוטים להפליא שמאפיינים את הבניה הערבית מסורתית ,כמו הצללה נכונה ,בידוד
אפקטיבי ,איטום ,ואוורור י כולים להתחבר לעולם המושגים של האדריכלות בת-זמננו ולהקנות לבניין המגורים
מלבד הנוחות התרמית הנדרשת ,עוד ערך מוסף ומשמעותי מבחינת החיסכון באנרגיה ומיתון ההשלכות
השליליות של תהליכי הבניה על הסביבה .אימוץ גישה זו מתיישב עם הסגנון האדריכלי החדש-ישן שמתואר ע"י
זוהר ( )2003כסגנון שמתחיל לרקום עור וגידים ומטביע את חותמו באדריכלות בת זמננו .במצריים לדוגמא ,גל
של אדריכלות מהסגנון החדש-ישן הולך ומציף את ענף הבניה בעיקר בהשפעת בתים שתכנן בעשרות השנים
האחרונות האדריכל המצרי בעל השם העולמי חסן פתחי (זוהר .)2003,הרעיון שעומד מאחורי התפתחות מגמה זו
באדריכלות בת-זמננו מסתכם בהסתכלות אחורה לעבר המקורות המסורתיים ,בכדי לשאוב מהם השראה
בתכנוני בניה עכשוויים ,עם דאגה מתמדת להפנות מבט קדימה לעבר עתיד הדורות הבאים .הסגנון האדריכלי
חדש-ישן מושתת על פי זוהר( )2003על האמונה ששום ארכיטקטורה מיובאת לא יכולה לפצות על היתרון שבבניה
מסורתית שצומחת באופן טבעי ומותאמת למציאות האקלימית והסביבתית של המשתמש המקומי.
האלמנטים האקלימיים ששולבו בבית הערבי המסורתי ,יכולים להוות חלק מכל יוזמה עתידית שיוחלט בה על
אימוץ עקרונות הבניה הערבית מסורתית ,כחלק מפרויקט בניה שהשיקולים של נוחות אקלימית וניצול נכון של
התנאים הטבעיים עומדים במרכזו.
מומלץ לשלב את האלמנטים האלה באדריכלות בת זמננו על פי הקווים המנחים הבאים:
oחללים בזרימה טבעית שתאפשר זרימה חופשית של אוויר ואנרגיה בתוך חלל הבניין ,על ידי מיקום פתחים
בקיר הדרומי לקליטה מרבית של קרינה סולרית במידת הצורך ,ותכנון נתיבי אוויר מפולש.
oתכנון ריבוד תרמי ע"י תקרה גבוהה עם צוהר עילי .
oמעטפת מבודדת .את מעטפת הבניין יש לבודד לפי ת"י 1045בהתאם לסוג הבניין ולמיקומו הגיאוגרפי .בדרך
כלל מומלץ למקם את הבידוד בצד החיצוני של המעטפת .ועדיף להשתמש בחומרים ידידותיים לסביבה.
27
oהקפדה על מסה תרמית לשימור אנרגיה ,המסה התרמית בבנייה מודעת אקלים חשובה כדי לאגור את
האנרגיה העודפת החודרת לביין וכדי לווסת את תנודת הטמפרטורה הפנימית .
oאמצעים להצללה יעילה ,שניתנת להשגה ע"י השקעת פתחים לעובי הקיר ,הצללת צמחים נשירים על קירות
הבית בעיקר מדרום ,וניצול סמיכות מבנים להצללה הדדית של הקירות.
oמעטפת בהירה .חשוב שהצבע החיצוני של הבניין יהיה לבן ,על בסיס חומר גמר מונע בוהק .גגות שטוחים
יהיו גם כן לבנים וגגות רעפים יהיו בהירים .
.4.5סיכום
מחקר זה נערך במטרה לזהות את מגוון האסטרטגיות ועקרונות התכנון האקלימי עליהם הושתת הבית הערבי
המסורתי בארץ ,ולבחון באיזה מידה שיטות הבניה לפיהם הוא נבנה מספקות את היעילות האקלימית הנדרשת
להבטחת רמה סבירה של נוחות תרמית ,בהשוואה לבניה המקובלת היום .מניתוח הממצאים והנתונים שנאספו
הן דרך התבוננות ותיעוד
השרידים בשטח ,והן ע" י מדידות אקלימיות ניתן ללמוד כי הטמעת השיקולים האקלימיים בבניה הערבית
המסורתית באזורי האקלים הים תיכוני בארץ נעשתה ברמה שמעידה על תכנון מושכל ועקבי בשיקולי הבניה
המבוססים על מודעות לתנאי אקלים .מחקר זה הוא גם עדות לכך שהאסטרטגיות לתכנון אקלימי שנלקחו
בחשבון בעת תכנונו ובנייתו של הבית הערבי המסורתי בארץ ,היו יעילות מבחינה אקלימית וסיפקו נוחות תרמית
במידה טובה יותר מהבתים שנבנו בבנייה הרווחת ,בעיקר בעונות החורף והקיץ .מן הראוי לציין ,שמבחן היעילות
האקלימית של הבית הערבי המסורתי לא מסתכם בערכי הנוחות התרמית שהוא מספק בהשוואה לבית העכשווי,
יש להוסיף לזה את פשטות הרעיונות שעומדים מאחורי כל שיקול ,שעושים אותם לאפקטיביים יותר וקלים
ליישום בכל בנייה עתידית.
ערך מוסף של הבניה המודעת אקלים בבית הערבי המסורתי הוא ההפחתה המשמעותית בניצול האנרגיה .הבט
זה של ההתייעלות האנרגטית של בתים אלה אל מול בית הבנוי בבניה השכיחה שרווחת היום ,לא נבדק במסגרת
מחקר זה ומן הראוי שייבחן במחקרים בעתיד.
רשימה ביבליוגרפית
זוהר.ר" .)2003( .חום יולי אוגוסט בעיר לבנה" ,תו פלוס ,בתוך :
http://www.tav-plus.co.il/articles.asp?PrintID=1&ArticleID=17
מאיר ברנדוביץ ,מ " .) 1983 (.הדינאמיקה של השינויים הפיזיים בכפר הערבי הישראלי " ,בתוך :שמואלי ,א,.
סופר ,א ,.קליאוט( עורכים ) ,ארצות הגליל ,כרך ב, 762 - 745 :חיפה :החברה למחקר מדעי שימושי,
אוניברסיטת חיפה .
עראף,ש .)1985(.הכפר הערבי הפלסטינאי ,דאר אל-אסואר ,עכו ,עמ'.63 -7:
פוצ'טר ,ע .) 2001 ( .היבטים אקלימיים בבנוי יישובים עירוניים בתקופות קדומות בארץ ישראל ,חיבור לשם
קבלת התואר "דוקטור לפילוסופיה" ,אוניברסיטת ת"א 371 ,עמ'.
קוזולובסקי ,א " ,) 1992 (.אקלים – סובב – תכנון בניה " ,מבנים .32 – 30 :121 ,
28
נספח -1-
שרטוט תוכנית בית הליוואן באעבלין
נסנ
נספח 2
29
נספח -3-
נספח -4-
31
-5- נספח
The role of air temperature on the skin temperature of the sea
surface – the case of the Dead Sea
Nehorai R1,2, Lensky NG2, Lensky IM1*
Department of Geography and Environment, Bar-Ilan University, Ramat-Gan 52900, Israel.
1
2
Geological Survey of Israel, 30 Malkhe Israel St., Jerusalem 95501, Israel.
*Corresponding author: Itamar Lensky, fax: +972-3-3704877, email: [email protected]
Abstract
We explored the governing factors controlling the skin layer of the Dead Sea by means of in
situ measurements of water temperature, short wave and long wave radiation, wind speed and air
temperature. Continuous measurements were conducted in different seasons reflecting different
states of the Dead Sea. The skin temperature was found to be mostly correlated to the air
temperature (0.93-0.98) with no time shift. The skin temperature is much less correlated to the bulk
water temperature of the surface layer with a significant time lag of 0.3-2 hours. An even lower
correlation was found between the skin temperature and the solar radiation and wind speed with
time shifts of 2-5 hours. These findings call for reassessment of two basic concepts: Does the
30
satellite based SST represent bulk water temperature or air temperature? Should the evaporation
rate be calculated using the skin or the bulk temperature?
Key words: Dead Sea, SST, air temperature, long wave radiation, skin effect
Introduction
The Sea Surface Temperature (SST) is a critically important parameter in the study of oceanatmosphere interactions. SST has a major role in atmospheric models, weather forecasting,
climate change, and energy balances. SST measured from satellites represents a very thin
boundary layer, exchanges of sensible and latent heat occur and long-wave radiation is emitted
and absorbed [Emery et al., 2001]. Different processes act on the skin layer and on the water body
beneath it (bulk layer), resulting in a difference between the skin and bulk temperatures.
The effects of wind, waves, and the upper layer mixing on the boundary layer have been
investigated [Barton, 2001; Donlon et al., 2002; Emery et al., 2001; Merchant et al., 2008; Oesch et
al., 2005]. These studies have shown that wind mixes the upper layer cooling the skin layer, and
that breaking waves momentarily destroy the skin layer, which reestablishes itself within less than
one second [Jessup et al., 1997]. The difference between bulk temperature and skin temperature
(T or skin effect) varies between day and night and depends on the wind speed and the heat flux
between the sea (upper 1 m) and the air [Wick et al., 1996]. The gradient between skin and bulk
temperatures is estimated using measured long wave radiation from which the skin temperature is
calculated, and measured in-situ bulk temperature [Robinson et al., 2003; Donlon et al., 2002]. The
lack of in situ measurements of skin temperature had led to the common approach of calibration of
satellite SST against measured bulk water temperature. This forces the satellite skin SST to
estimate buoy bulk SST and ignores the physics that connect the skin and bulk SST [Emery et al.,
2001]. The use of bulk temperature as representing the skin temperature in SST algorithms is
therefore questionable [Donlon et al., 1998; Minnett, 2003].
Physical processes that control the skin effect vary along the seasonal and diurnal cycles.
Emery et al. [2001] described three mixing regimes in the water body affecting the skin effect: Free
convection, forced convection driven by wind stress, and forced convection driven by micro-scale
wave breaking. They used four different models to represent the physics of the skin layer, and
applied the models to five data sets. These models reproduced the overall tendency of the skin
effect, nevertheless most of the variance was not explained (R 2=0.28 was the highest of all
models).
Little is known about the dynamics of the skin layer of the Dead Sea and on the skin effect
there. The Dead Sea is a hypersaline terminal lake with a reduced evaporation rate due to the low
water activity [Lensky et al., 2005], and is the warmest large water body on Earth. Nehorai et al.
[2009] characterized the Dead Sea surface temperature using sequences of 15-minute interval
satellite images and in-situ measurements of wind speed, solar radiation, and air temperature.
They found that at night the SST over the Dead Sea is relatively uniform, whereas during daytime
the spatial variability is much larger. This observation is more pronounced during summer. They
32
also found that the uniformity of SST at nighttime is correlated with high wind speed, while the high
spatial variability of SST during daytime is correlated with solar radiation and low wind speed. They
concluded that horizontal uniformity of the Dead Sea surface temperature during the nighttime is
due to the strong night winds that cause vertical mixing of the upper few meters. During the day,
the skin temperature rises due to intense solar radiation and the low intensity of winds. Calm winds
locally destroy the fragile skin layer, causing the non-uniformity in SST.
In this paper we use in situ measurements of skin, bulk and air temperatures, solar radiation,
and wind speed measured from a buoy in the Dead Sea to explore the diurnal and seasonal cycles
and the major forcing of the skin effect.
Data and Methods
Meteorological data including air temperature (Ta), wind speed (Ws), and solar radiation (Ra)
were collected every 20 min at a hydro-meteorological buoy located 5 km offshore of Ein-Gedi
[Gertman and Hecht, 2002; Hecht and Gertman, 2003]. Bulk temperature (Tb) was measured
using temperature sensor (Solnist Levelogger) placed at depth of 5 cm with a data recording
frequency of 1 min and temperature sensitivity of ± 0.1°C. The temperature sensors were tied to a
small buoy 2 m away from the hydro-meteorological buoy to avoid the influence of the hydrometeorological buoy on the thermal structure of the top 5 cm (Fig. 1). The skin temperature (Ts)
was measured using two long-wave radiometers (Kipp & Zonen, CGR4) installed on the buoy.
These radiometers are sensitive to long-wave radiation in the range of 4.2-42 μm. The downward
directed radiometer was placed at the edge of an extension arm 2 m away from the buoy and one
meter above the water surface. The second radiometer was placed besides the meteorological
instruments approximately 3 m above the water surface, directed upward. It received the longwave radiation emitted downward from the atmosphere ( L ). The downward directed radiometer
received the total long-wave radiation flux ( L ) consisting of the radiation emitted from the sea
surface and the radiation reflected upwards from the sea surface. To calculate Ts we use the
following equation:
L L (1 ) Ts 4
(1)
Where is the water emissivity (and absorption); (1-) is the water reflectance, and is the
Stefan–Boltzmann constant.
We use cross-correlation to analyze the correlation and time lag between Ts and the other
measured quantities (Ta, Tb, Ws and Ra). Since the skin layer is very thin with a very short thermal
response time (seconds), we expect that the measured quantity that will show the minimum time
lag and the highest correlation to be the major forcing of the skin layer.
The diurnal and seasonal cycles of the skin effect
The principle finding of this research is that the diurnal cycle of the skin temperature mostly
correlated to Ta (0.93-0.98) with minimal time lag (0-0.3 hr) in all seasons. Ts is much less
correlated to Tb and has a larger time lag, and Ts even less correlated to Ws and Ra with en even
higher time lag. Figure 2 presents the time series of all measured quantities of four representative
days in winter, summer and autumn. Figures 3 presents scatter diagrams of Ts vs. Ta, Tb, Ws and
33
Ra in the three seasons, and Figures 4 and 5 presents the cross correlation of these pairs.
Correlation of Ts to Tb and Ta
During the winter the Dead Sea is fully mixed and the water temperature is almost uniform
throughout the entire water column (300 m) with Tb diurnal amplitude of approximately ±0.2°C
(Figs. 2a and 3a, 3b). Tb is higher than Ta by ~3°C, leading to continuous cooling of the whole sea
through the skin at a rate of ~0.02°C/day. The amplitude of the diurnal cycle of Ts and Ta is 2-4°C
which is much larger than that of Tb. The skin layer is cooler and saltier and thus is unstable which
drives the winter convection and cooling. Accordingly, Ts and Tb indicate no correlation in winter (0.17), whereas the correlation between Ta and Ts is much higher (0.97) practically no time lag
(presented in Figures 4a and 5).
In the summer the Dead Sea is stratified with an upper mixed layer above a thermocline at
depth of 20-30 m [Gertman and Hecht, 2002]. As in the winter, Ts is mostly correlated to Ta (0.93)
with no significant time lag (Figs. 4b, 5). The correlation between Tb and Ts is highest in the
summer (0.79) with a time lag of an hour, and higher than the correlation of Ts-Ra and Ts-Ws
(Figs. 4 and 5). The diurnal amplitude of Tb is smaller than Ta and Ts (±1°C and ±2-3°C,
respectively, Figs. 2b), but still significantly higher than in the winter, representing stronger
coupling between the sea and the atmosphere in the stratified period.
In the autumn the Dead Sea is still stratified, but the stability of the upper layer decreases
together with the decrease of water temperature and its reduced diurnal amplitude. Ts is highly
correlated to Ta (0.98) with no time lag, and less correlated to Tb (0.68, Figs. 4c, 5). The
correlation of Tb to Ts is higher in the summer than in autumn (Figure 4b, 4c), probably due to the
weaker incoming solar radiation (Fig. 2e, 2f) which results in the reduced diurnal amplitude of Tb in
autumn. The bulk surface water (Tb) cools in this season at a rate of 0.18°C/day, 10 times faster
than in winter. The reason for the faster cooling of the bulk water in the upper one meter in autumn
relative to winter, is that in the winter the cooling from the skin removes heat from the entire water
column (300 m) while in the autumn cooling is limited to the upper mixed water layer (20-30 m).
Correlation of Ts to Ra and Ws
Low correlation and significant time lags were found between the Ts and the atmospheric
forcing (Ws and Ra) in all seasons (Figs. 3, 4, 5). Ra and Ts both show a diurnal cycle with high
values at daytime and low values at nighttime (Figs. 2d, 2e, 2f). However there is a lag of 4-5 hours
in which the Ra precedes Ts. In the scatter diagram it is seen as a counterclockwise cycle, as is
best demonstrated in Figures 3h and 2e. From sunrise (no solar radiation and Ts = 33 oC), the solar
radiation increases to ~1100 Wm-2 with very minor change in Ts, then at noon Ts increases rapidly
to about 37oC, and gradually decreases to 36 oC at sunset, falling back to 33 oC at nighttime.
Ws show low correlation to Ts (0 to -0.71) with even less ordered diurnal cycle than Ra. The
correlation of Ts-Ws is negative with time lag of 2-3.3 hours. Negative shifts in Ts-Ws occur while
Ts-Ta is positive due to strong dry winds in the night time, cooling the skin layer by increased
evaporation.
34
Summary and Conclusions
The diurnal cycle forces the skin layer system via the solar radiation and winds [Barton, 2001;
Donlon et al., 2002; Wick et al., 1996]. They also drive the spatial variance of the Dead Sea SST
measured from satellites [Nehorai et al., 2009]. Here we showed that the skin temperature is
mostly correlated to the air temperature in all seasons with practically no time lag. High air and skin
temperatures in summer evenings decrease from the peak temperature few hours after sunset and
after the bulk temperature has decreased (Figs. 2b and 2e). The warm air that does allow the
evening chilling a few hours after sunset derives from the Mediterranean breeze (Fig. 2e), that
adiabatically heats while descending from the Judean mountains to the Dead Sea. The high
temperature of the skin layer at nighttime has no other explanation other than being affected by air
temperature, suggesting that the skin temperature is affected by air temperature. In addition the
skin layer (~10
above the sea surface.
In the winter when the whole water column of the Dead Sea is mixed the bulk water
temperature is almost fixed whereas the air temperature has a significant diurnal cycle, and the
skin and air temperature are very similar (~4°C), thus the skin and bulk layers show no correlation.
In the summer, the diurnal cycle of the bulk surface water temperature is similar to the diurnal cycle
of the air temperature, only with smaller bulk temperature diurnal amplitude relative to the air
temperature (2°C vs. 4°C, respectively). Accordingly, the correlation between skin temperature and
bulk temperature is much stronger than in the winter. Bussières and Granger [2007] also found
strong signal–coupling between bulk and skin temperatures in the summer in lakes in cold climate
regions.
The skin layer of the Dead Sea can be classified into two mixing regimes: (i) Unstable
conditions in winter when the skin temperature is controlled by free convection (where Ts<Tb). As
was shown previously, the spatial variations of SST are low in such conditions [Nehorai et al.,
2009]. In free convection conditions the skin layer temperature is less affected by wind since it is
unstable and it continuously sinks and rebuilds. The strong correlation between air temperature
and skin temperature suggests that the skin temperature is directly affected by the air temperature.
To some extent this is also the case in summer nights, when the night cooling takes place. (ii)
Stable conditions in summer daytime when the skin is affected by solar radiation. The stable
structure of the upper water layer is very sensitive to wind gusts that cause significant spatial
variations [Nehorai et al., 2009].
SST measured from satellites is an important geo-physical parameter in the research of ocean atmosphere interactions and ocean circulation. Nevertheless, the understanding of the factors
controlling SST is still limited [Emery et al., 2001]. The strong correlation between skin and air
temperature as well as uncorrelated bulk-skin temperatures calls for reassessment of the
interpretation of satellite based SST. Does SST represent water temperature or air temperature?
Another question these findings raise is how to calculate the evaporation rate using either the skin
temperature or the bulk temperature? The bulk formulas for calculating evaporation take into
account the bulk temperature, despite the fact that evaporation occurs at the skin layer.
35
Acknowledgments
We thank Isaac Gertman for supplying the in situ measurements from the buoy, which enabled
this research, and for his critical reading. We thank Raanan Bodzin for critical reading and helpful
discussions and Ittai Gavrieli, Vladimir Lyakhovsky and Gerald Stanhill for fruitful discussions. We
also thank Uri Malik and Shabtai Cohen for helping with the installation and calibration of the
instruments, and the late Moti Gonen, Silvy Gonen and the team "Taglit" for cruise services. We
thank Tal Ozer, Boris Katsanelson for assistance in the field. The research was supported by the
Earth Science Research Administration, the Ministry of National Infrastructures (Israel).
References
Barton, I. J. (2001), Interpretation of satellite-derived sea surface temperatures, Adv. Space Res.,
28(1), 165-170, doi: 10.1016/S0273-1177(01)00337-4.
Bussières, N., and R. J. Granger (2007), Estimation of Water Temperature of Large Lakes in Cold
Climate Regions during the Period of Strong Coupling between Water and Air Temperature
Fluctuations, J. Atmos. Ocean. Tech., 24(2), 285-296, doi: 10.1175/JTECH1973.1.
Donlon, C. J., S. J. Keogh, D. J. Baldwin, I. S. Robinson, I. Ridley, T. Sheasby, I. J. Barton, E. F.
Bradley, T. J. Nightingale, and W. Emery (1998), Solid-State Radiometer Measurements of
Sea Surface Skin Temperature, J. Atmos. Ocean. Tech., 15(3), 775-787. doi:
10.1175/1520-0426(1998)015<0775:SSRMOS>2.0.CO;2
Donlon, C. J., P. J. Minnett, C. Gentemann, T. J. Nightingale, I. J. Barton, B. Ward, and M. J.
Murray (2002), Toward Improved Validation of Satellite Sea Surface Skin Temperature
Measurements for Climate Research, J. Climate, 15(4), 353-369.
Emery, W. J., S. Castro, G. A. Wick, P. Schluessel, and C. Donlon (2001), Estimating Sea Surface
Temperature from Infrared Satellite and In Situ Temperature Data, B. Am. Meteorol. Soc.,
82(12), 2773-2785.
Gertman, I., and A. Hecht (2002), The Dead Sea hydrography from 1992 to 2000, J. Marine. Syst.,
35(3-4), 169-181, doi: 10.1016/S0924-7963(02)00079-9.
Hecht, A., and I. Gertman (2003), Dead Sea meteorological climate, in Fungal Life in the Dead
Sea, edited by E. Nevo, A. Oren, and S. P. Wasser, pp. 68– 114, A.R.G. Ganter, Ruggell,
Lichtenstein.
Jessup, A. T., C. J. Zappa, M. R. Loewen, and V. Hesany (1997), Infrared remote sensing of
breaking waves, Nature, 385(6611), 52-55, doi: 10.1038/385052a0.
Lensky, N. G., Y. Dvorkin, V. Lyakhovsky, I. Gertman, and I. Gavrieli (2005), Water, salt, and
energy balances of the Dead Sea, Water Resour. Res., 41(12), W12418.
doi:10.1029/2005WR004084.
Merchant, C. J., M. J. Filipiak, P. Le Borgne, H. Roquet, E. Autret, J. Pioll�, and S. Lavender
(2008), Diurnal warm-layer events in the western Mediterranean and European shelf seas,
Geophys. Res. Lett., 35(4), L04601, doi:10.1029/2007GL033071.
Minnett, P. J. (2003), Radiometric measurements of the sea-surface skin temperature: the
competing roles of the diurnal thermocline and the cool skin, Int. J. Remote Sens., 24(24),
5033-5047, doi: 10.1080/0143116031000095880.
Nehorai, R., I. M. Lensky, N. G. Lensky, and S. Shiff (2009), Remote sensing of the Dead Sea
surface temperature, J. Geophys. Res., 114(C5), C05021, doi: 10.1029/2008JC005196.
Oesch, D. C., J. Jaquet, A. Hauser, and S. Wunderle (2005), Lake surface water temperature
retrieval using advanced very high resolution radiometer and Moderate Resolution Imaging
Spectroradiometer data: Validation and feasibility study, J. Geophys. Res., 110(C12),
C12014, doi:10.1029/2004JC002857.
36
Robinson, I. S., and C. J. Donlon (2003), Global Measurement of Sea Surface Temperature from
Space: Some New Perspectives, J. Global Atmos. Ocean Syst., 9(1), 19-37, doi:
10.1080/1023673031000080385.
Wick, G. A., W. J. Emery, L. H. Kantha, and P. Schlüssel (1996), The Behavior of the Bulk – Skin
Sea Surface Temperature Difference under Varying Wind Speed and Heat Flux, J. Phys.
Oceanogr., 26(10), 1969-1988.
Figure captions
Figure 1: Schematic diagram of the hydro-meteorological buoy with the relevant instruments. The
measurements used here include: Ws– wind speed; Ra– short wave radiation; Ta– air
temperature; Tb– bulk temperature; L– long wave radiation.
Figure 2: Time series of bulk (Tb), skin (Ts), air temperatures (Ta), wind speed (Ws) and solar
radiation (Ra) during four representative days in: (a), (d) winter, when the water column is
homogeneous; and (b), (e) and (c), (f) summer and autumn, when the water column is stratified.
Figure 3: Correlations between surface, bulk water temperature, air temperature, wind speed and
solar radiation in: (a, b, c, d) – winter (22/12/2008 – 14/1/2009); (e, f, g, h) – summer (2529/6/2009); and (i, j, k, l) – autumn (27/10-10/11/2009). Note the high correlation of skin and air
temperatures and the much lower correlation between skin and bulk temperatures.
Figure 4: Cross correlation between the skin temperature (Ts) and the following measured
quantities in winter, summer and autumn: air temperature (Ta), bulk water temperature (Tb), wind
speed (Ws) and solar radiation (Ra).
Figure 5: The maximum correlations from Figure 4 with the corresponding time lags. The three
seasons are denoted by: S-summer, W-winter, A-autumn.
Fig. 1.
37
Fig. 2
38
Fig. 3
39
Fig. 4
Correlation
1
(a) Winter
Ts-Ta
Ts-Tb
0.8
Ts-Ws
0.6
Ts-Ra
0.4
0.2
0
-12
-10
-8
-6
-4
-2
-0.2
0
2
4
6
8
10
12
Shift (hours)
-0.4
-0.6
-0.8
-1
Correlation
1
(b) Summer
Ts-Ta
Ts-Tb
0.8
Ts-Ws
0.6
Ts-Ra
0.4
0.2
-12
-10
-8
-6
-4
0
-2 -0.2 0
2
4
6
8
10
12
Shift (hours)
-0.4
-0.6
-0.8
-1
(c) Autumn
Correlation
Ts-Ta
1
Ts-Tb
Ts-Ws
0.8
Ts-Ra
0.6
0.4
0.2
-12
-10
-8
-6
-4
0
-2 -0.2 0
2
4
6
8
10
12
Shift (hours)
-0.4
-0.6
-0.8
-1
41
Fig. 5
40
מגמות של עובי אופטי בערים גדולות המבוססת על שימוש
בלוויינים " "MODISו."MISR"-
א .שוויינשטיין ,פ .אלפרט ,פ .קישצ'ה ,החוג לגיאופיסיקה ,אוניברסיטת תל אביב
תקציר
זיהום האוויר הוא אחד הנושאים המדובר ים והנחקר ים ביותר בעולם .זיהום האוויר יכול לגרום
לעלייה בריכוז גזי חממה ,הגדל ת החור בשכבת האוזון ו כן לבעיות בריאותיות שונות.
אחת הדרכים ל מדידת רמות זיהום האוויר ה וא מדידת העובי האופטי של האטמוספרה .עובי
אופטי הינו מדד לשקיפות האטמוספרה ,ככל שיהיו יותר חלקיקים באטמוספרה כך היא תהיה
לגלות את
יותר "אטומה" למעבר קרינה .מדידת העובי האופטי מעל אזורים אורבנים מאפשר
האפקטיביות של ה פיקוח על זיהום האוויר .תוך שימוש בשני
סוגי המכשירים " "MODIS
ו "MISR"-חקרנו את ה מגמות בעובי האופטי של האטמוספרה בעולם במהלך עשור האחרון ,תוך
התמקדות על מספר ערים גדולות ,כטוקיו ,מוסקבה ג'קרטה ו
אחרים .מדיד ת והשוואת ה עובי
האופטי נעשתה ב שלושה מכשירים "MODIS Aqua" ,"MODIS Terra" :ו ."MISR" -בנוסף,
השוני הקיים בין שלושת המכשירים ,כ זמן מעבר מעל אותה נקודה ,מתודולוגי ת א יסוף הנתונים
לשם קבלת מגמות אמיתיות נבחנה .בעבודה זו מצאנו כי קיימים אזורים בהם יש הסכמה במגמת
שינוי של עובי אופטי בין שלושת המכשירים התואמים לאזורים עם אותה מגמה במפה הגלובלית
של שינוי מגמה של עובי האופטי.
מבוא
הנושא המעסיק הרבה אנשים מתחומים שונים הינו זיהום אוויר .לזיהום האוויר יש הרבה
השפעות על החיים שלנו ,כמו למשל על הבריאות – כי הוא גורם לבעיות רפואיות ,שינוי אפשרי
בכמות הגשם ,וכמובן ירידה בכמות הקרינה המגיעה לקרקע .לכן ישנו צורך לחקור את התופעה
לעומק ואחת הדרכים למדידת רמות זיהום האוויר ה יא מדידת העובי האופטי של האטמוספרה.
עובי אופטי הינו מדד לשקיפות האטמוספרה ,ככל שיהיו יותר חלקיקים באטמוספרה כך היא
תהיה יותר "אטומה" למעבר קרינה .ועכשוי נשאלת השאלה :האם ניתן להעריך באופן כמותי את
מגמת העובי האופטי מעל אזורים אורבניים ,ובפרט מעל הערים הגדולות .כידוע יש עלייה מאוד
משמעותית באוכלוסייה במדינות מתפתחות כמו סין ,הודו ,מדינות באפריקה ואמריקה הלטינית
) (United Nations 2010מדידת העובי האופטי מעל אזורים אורבנים מאפשר
לגלות את
האפקטיביות של ה פיקוח על זיהום האוויר ,ולגלות מקומות שמקפידים על כך ומקומות שלא
ממש שומרים על הסביבה .במחקר הנוכחי השתמשנו בשני סוגי מכשירים " :
,"MODISו-
" "MISRהנמצאים על שני לוויינים שונים .המכשיר הראשון "MODIS " :נמצא על שני לוויינים:
" "Terraו ,"Aqua"-ומכשיר השני נמצא רק על לווין " ."Terra
מתודולוגיה
כאמור ,במחקר שלנו לגילוי מפת ההתפלגות של מגמת עובי אופטי בערים הגדולות בעולם
השתמשנו בנתונים של שלושה מכשירים "MODIS AQUA" ,"MODIS TERRA " :ו"MISR" -
הנמצאים על שני לווינים Terra :ו . Aqua -גודל המדגם הינו 194הערים הגדולות בעולם ,אשר
42
בהם גודל האוכלוסיה הינו מעל ל 2 -מיליון אנשים .כמו כן נבדקה מגמה של עובי אופטי מעל
העולם כולו) .נתונים של מדידות נלקחו מאתר (ׂGIOVANNI -
מאפייני המכשירים:
MISR (Multi-angle Imaging
MODIS (Moderate Resolution
)SpectroRadiometer
)Imaging Spectroradiometer
רזולוציה )מעלות(
0.5X0.5
1X1
כיסוי עולמי
כל 9ימים
כל 1-2ימים
עובר מעל אותה
נקודה
בסביבות ) 10:30זמן מקומי(
זוויות מדידה
9זוויות מדידה שונות
Terra
Aqua
U
U
בסביבות 13:30
)זמן מקומי(
עבור כל עיר הוצאנו נתונים של מדידת עובי אופטי שנעשו בתחום של
בסביבות 10:30
)זמן מקומי(
זווית מדידה אחת
550 nmוגם מדידות של
.cloud fractionלאחר מכן לקחנו בחשבון רק את הימים עם עובי אופטי בהם נתונים של cloud
fractionהיו קטנים מ .70% -הדבר היה הכרחי בכדי למנוע טעות של הערכת יתר של המכשיר,
כלומר מצב בו המכשיר "מחשב" טיפות ענן כזיהום אוויר ולוקח אותם בחשבון בחישובים שלו.
שלב הבא היה לפרק את סדרת הנתונים לשתי תקופות (1 :משנת 2000עד (2 ,2005משנת 2005
עד .2010בכל תקופה חישבנו את ממוצע העובי האופטי ולבסוף היצגנו את התוצאות באחוזים,
כאשר התקופה הראשונה נחשבת כבסיס )כלומר (100%ובתקופה השנייה חישבנו שת השינוי
שהיה יחסית לתקופה הראשונה .כלומר אם בתקופה ראשונה קיבלנו ערך גדול יותר מאשר
בתקופה השנייה ,קיבלנו מגמה שלילית בגודל עובי האופטי – כלומר האטמוספרה נעשתה יותר
שקופה למעבר קרינה .ולהיפך ,כאשר בתקופה השנייה גדול העובי האופטי ביחס לתקופה
הראשונה.
לאחר מכן ,כאשר היה לנו אוסף נתונים עבור 194ערים ציירנו את הערים על גבי מפת העולם,
בעזרת תוכנת . MATLAB
תוצאות
מפת התפלגות של עובי אופטי בערים הגדולות בעולם ,המבוססת על נתוני MODIS Terra
איור 1מפת התפלגות של
עובי אופטי ב 194 -ערים
)mega-
הגדולות בעולם
(citiesהמבוססת על נתוני
.MODIS Terraגודל
העיגול מסמן את גודלו של
השינוי :הגדול – שינוי מעל
ל ,10%-בינוני – שינוי בין
5%לבין ,10%ועיגול קטן –
מציין שינוי של עד .5%צבע
מסמן את המגמה החיובית
או שלילית :גוונים כחולים -
מגמה שלילית ,גוונים
צהובים – מגמה חיובית.
43
מפת התפלגות של עובי אופטי בערים הגדולות בעולם ,המבוססת על נתוני MISR
איור 2מפת התפלגות של
עובי אופטי ב 194 -ערים
הגדולות בעולם )mega-
(citiesהמבוססת על נתוני
.MISRגודל העיגול מסמן
את גודלו של השינוי:
הגדול – שינוי מעל ל,10% -
בינוני – שינוי בין 5%לבין
,10%ועיגול קטן – מציין
.5%צבע
שינוי של עד
מסמן את המגמה החיובית
או שלילית :גוונים כחולים
מגמה שלילית ,גווניםצהובים – מגמה חיובית.
מפת התפלגות של עובי אופטי בערים הגדולות בעולם ,המבוססת על נתוני MODIS Aqua
איור 3מפת התפלגות של
עובי אופטי ב 194 -ערים
הגדולות בעולם )mega-
(citiesהמבוססת על נתוני
.MODIS Aquaגודל
העיגול מסמן את גודלו של
השינוי :הגדול – שינוי מעל
ל ,10%-בינוני – שינוי בין
5%לבין ,10%ועיגול קטן
– מציין שינוי של עד .5%
צבע מסמן את המגמה
החיובית או שלילית:
גוונים כחולים -מגמה
שלילית ,גוונים צהובים –
מגמה חיובית.
מפת התפלגות מגמות עובי אופטי מעל כל היבשות
איור 4האיור מתאר את
מפת התפלגות המגמות של
עובי אופטי מעל היבשות,
המבוססת על נתוני
,MODIS Terraכאשר
גוונים כחולים מסמנים
מגמה שלילית וגוונים
צהובים – מגמה חיובית.
44
עובי אופטי הממוצע )של 8שנים (2000-2008 ,בערים בהודו עם צפיפות אוכלוסיה שונה
איור 5ממוצע של 8שנים
של עובי אופטי בערי הודו
עם צפיפות אוכלוסיה של
מעל 1000בני אדם לקמ'
מרובע ,בין 1000ל500 -
ומתחת ל.500-
)(Kishcha et al 2010
סדרות זמן ממוצעות של עובי אופטי בערים בהודו עם צפיפות אוכלוסיה שונות
איור 6מהלך של 8שנים,
בעובי אופטי בערים בהודו
בשלושה קבוצות :עם
צפיפות אוכלוסיה מעל בני
אדם לקמ' מרובע ,בין 1000
ל.500-
ל 500-ומתחת
סיכום
על ידי התבוננות על מפות התפלגות של עובי אופטי בערים הגדולות בעולם )איורים מס' (1,2,3,4
ניתן לומר כי:
• ב mega cities -במדינות מתפתחות כמו סין והודו קיימת מגמת עלייה בעובי אופטי של
אטמוספרה ,זה מאפיין את התדרדרות איכות האוויר במשך 10שנים האחרונות.
• ב mega cities -במדינות מפותחות באירופה ובצפון אמריקה קיימת מגמת ירידה בעובי
אופטי ,מה שמצביע על השתפרות של איכות האוויר הודות לפיקוח על זיהום האוויר.
• ישנה התאמה בין מפת התפלגות מגמות עובי אופטי מעל
התפלגות מגמות עובי אופטי מעל כל היבשות
45
mega citiesלבין מפת
( בערים בהודו עם צפיפות2000-2008 , שנים8 על ידי התבוננות על עובי אופטי הממוצע )של
:( ניתן לראות כי5 'אוכלוסיה שונה )איור מס
.• בערים בהודו קיימת עלייה בעובי אופטי עם העליה בצפיפות אוכלוסיה
על ידי התבוננות על סדרות זמן ממוצעות של עובי אופטי בערים בהודו עם צפיפות אוכלוסי ה
:( ניתן לראות כי6 'שונות )איור מס
2.6% שנים האחרונות קיימת מגמת עלייה בעובי אופטי בשיעור שמעל10-• בערים בהודו ב
.לשנה
:רשימת הקיצורים
AOD – aerosol optical depth
GIOVANNI – GES-DISC Interactive Online Visualization ANd aNalysis
Infrastructure.
MISR – Multi-angle Imaging SpectroRadiometer
MODIS – Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer
:הפניות
Demographic yearbook of United Nations website:
http://unstats.un.org/unsd/demographic/products/dyb/dybsets/2001%20DYB.pdf
U
U
GIOVANNI website:
http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/giovanni/
U
U
P. Kishcha and P. Alpert, Aerosol optical thickness trends and population growth in
the Indian subcontinent, Int. J. Rem. Sens.., 2010.
United Nations, Department of Economic and Social Affairs, Population Division:
World Urbanization Prospects, the 2009 Revision: Highlights. New York, 2010
46
מדידה של גרעיני הקרח בישראל
קרין ארדון דרייר 1,2וזאב לוין
1
החוג לגיאופיזיקה ומדעים פלנטאריים ,אוניברסיטת תל אביב.1
בית הספר ללימודי הסביבה ע"ש פורטר ,אוניברסיטת תל אביב.2
תקציר :לגבישי הקרח תפקיד חשוב ביצירה של משקעים ובהשפעת עננים על האקלים .גבישי הקרח בעננים
נוצרים על ידי נוקליאציה של חלקיקים הנקראים גרעיני קרח ( ,)INהמשתנים ממקום למקום ומעונה לעונה.
המכאניזם היוצר קרח בעננים עדיין לא מובן היטב וישנה אי בהירות בכל הנוגע למדידת ריכוזם ואפיונם.
כתוצאה מכך רו ב המודלים המשתמשים בגרעיני קרח נאלצים להשתמש בקירובים (פרמטריזציה) המתבססים
על מדידות בודדות בלבד וכתוצאה מכך סוטים בהרבה מהמציאות .מטרת מחקר זה לשפוך קצת אור על חלק
מאי הבהי רויות הנוגעות לאפיון וריכוז גרעיני הקרח באזורינו .בעבודה זו נציג את ריכוז של גרעני קרח שנמדדו
על בסיס יומי במשך שנה שלמה .מדידת גרעיני הקרח נעשתה עם במכשיר ה ,FRIDGE-TAU -שכויל ונמצא
בהתאמה ביחס למכשירים נוספים בהם משתמשים במקומות שונים בעולם .מעבודה זו עולה כי ריכוז גרעיני
הקרח בארצנו גבוה מזה שנמדד בעבר ,מניסויים שבצענו נראה כי הסיבה לכך תמונה באופן בו נהגו לדגום את
גרעיני הקרח על פילטרים ובדרך בה נהגו למדוד את ריכוזם.
כצפוי ריכוזם של גרעיני הקרח משתנה מיום ליום בהתאם לתנאים המטאורולוגים השונים .ריכוז גרעיני
הקרח הכללי בימים עם אבק גבוה יותר מאשר בימים נקיים ובעיקר מימים בהם האוויר הגיע ממקור ימי .כמו כן
בימים בהם הגיע אבק וולקני לאזורינו נמצאו ריכוזים גבוהים של גרעיני קרח ,דומים לימים עם אבק.
תוך שימוש בכל תוצאות המדידה פיתחנו פרמטריזציה המתארת את ריכוז גרעיני הקרח כפונקציה של
טמפרטורה ולחץ אדים מעל מים או קרח והמאפשרת להבדיל בין מקרים עם אבק לנקיים .השימוש
בפרמטריזציה שלנו תיבדק ביחס לאחרות בכל הנוגע להתפתחות עננים וגשם תוך שימוש במודלים נומריים של
עננים כגון המודל הדו ממדי של אוניברסיטת תל אביב וה WRF-הכוללים טיפול מדויק של תהליכי
המיקרופיסיקה של הענן.
.1מבוא ורקע:
לגבישי הקרח תפקיד חשוב ביצירה של משקעים .גבישי הקרח בעננים נוצרים על ידי נוקליאציה של חלקיקים
הנקראים גרעיני קרח ( .)INחלקיקים אלה משתנים בהתאם למקורם ולמסלולם וכן בהתאם לתהליכים הכימיים
שהם עוברים בדרכם .בנוסף ,המכאניזם היוצר קרח בעננים עדיין לא מובן היטב וישנה אי בהירות בכל הנוגע
למדידת ריכוזם ואפיונם ) .)Levin and Cotton, 2009חלק מהבעיה באפיונם של חלקיקים אלה הוא ריכוזם
הנמוך בכ 3-4 -סדרי גודל בהשוואה לריכוז גרעיני ההתעבות ובכ 6-סדרי גודל בהשוואה לריכוז האירוסולים
באוויר .העדר מדידות אמינות של ריכוז גרעיני הקרח גורם לכך שרב המודלים של עננים ומשקעים נאלצים
להשתמש בקירובים (פרמטריזציה) המתבססים על מדידות בודדות בלבד .כך שלמרות חשיבותו של הקרח
בהתפתחות עננים ומשקעים ובטיחות טיסה עדיין לא ברורים התהליכים בהם הקרח נוצר בעננים .מטרת המחקר
שאנו מבצעים היא ללמוד על ריכוזם של גרעיני הקרח באזורנו ,על תלותם בשינויים המטאורולוגים ובכך לאפיין
את גרעיני הקרח באזורנו ולבנות משוואות מתאימות לשימוש במודלים מתמטיים .המדידות שאנו מבצעים על
בסיס יומי יעזרו בהשוואה של ריכוזי גרעיני הקרח באזורנו (המושפע מריכוזים גבוהים של חלקיקי אבק) לריכוז
גרעיני הקרח הנמדד במרכז אירופה תוך שימוש במערכות מדידה חדשות.
47
.2שיטת המדידה:
במהלך השנה האחרונה דגמנו על בסיס יומי את ריכוז גרעיני הקרח באטמוספרה ,האירוסולים נאספו
באוניברסיטת תל אביב על גבי משטח סיליקון ( ( Silicon waferבעובי של 0.7mmוקוטר של .45mmחמישה
ליטרים של אוויר נאספו על משטח הסיליקון בעזרת מכשיר הEAC- Electrostatic Aerosol Collector -
) ,(Klein et al., 2010ראה איור .1האירוסולים נכנסים לתוך ה EAC -דרך צינור מרכזי ומרגע כניסתם הם
נטענים במטען חשמלי שלילי ע"י אלקטרונים שנוצרים מקורונה סביב 12אלקטרודות המחוברות למתח של 15
קילו וולט .השדה החשמלי שמייצרות אלקטרודות אלה גורם לאירוסולים להינעץ על משטח הסיליקון .בזמן
המדידה ריכוז האירוסולים ( )0.1-3μmנדגם ע"י ה .(TSI Model 3010) Condensation Particle Counter -כמו
כן נמדדו פרמטרים מטאורולוגים שונים ונתוני PM10ו PM2.5 -נתקבלו מתחנות מנ"א (מערך ניטור אוויר ארצי
של המשרד להגנת הסביבה) הקרובות לאוניברסיטה.
איור 31דיגום האירוסולים על משטח הסיליקון ה .(Klein et al., 2010) EAC-
יעילותם של האירוסולים הנדגמים כגרעיני קרח נבחנת בשני סוגי נוקליאציה הטרוגנית :דפוזיציה ,והתעבות-
הקפאה .המדידות נעשות במכשיר הFRIDGE-TAU -
) .(Frankfurt Ice-nuclei Deposition freezing Experiment the Tel Aviv University versionהסבר נוסף
על תא זה ועל אופן מדידת הקפיאה בהתעבות-הקפאה ודפוזיציה ניתן למצוא ב .Bundke et al. (2008) -בתהליך
הדיפוזיציה מתקבצות מולקולות מים על החלקיק ויוצרות עובר קרח ישירות מהמצב הגזי .בתהליך התעבות-
הקפאה נוצר עובר הקרח ע"י יצירת טיפה קטנה שקופאת מיד לאחר מכן.
.3תוצאות ראשוניות:
ריכוז גרעיני הקרח נמדד לאורך השנה האחרונה ,בחלק זה יוצגו השינויים בריכוז גרעיני הקרח שנמדדו
במהלך חודש מאי .2010במהלך מאי נמדדו ריכוזים דיי גבוהים של גרעיני קרח בישראל (איור .)3הריכוזים
הגבוהים היו בימים ( )10,17,27בהם היה אבק באזורינו שאופיין ע"י ריכוז חלקיקים גובה (,)PM10 <100
האפקטיביות של חלקיקי אבק כגרעיני קרח ידועה ) .(DeMott et al., 2003בין התאריכים 19-23נמדדו גם
ריכוזים גבוהים של גרעיני קרח ,גבוהים כמו בזמן סופת אבק ,זאת למרות שימים אלה לא אופיינו כימים עם
אבק וריכוזי PM10היו נמוכים .כמו כן כל התנאים המטאורולוגים (ריכוז חלקיקים ,ראות) העידו על היותם של
48
ימים אלה כימים נקיים .בכדי להבין את מקורם של חלקיקים אלה חקרנו את מסלולי מסות האוויר בתאריכים
אלה ובימים שקדמו להם .נמצא כי האוויר אשר הגיע לאזורינו בתאריכים אלו הגיע מאזור איסלנד ,כאשר ימים
ספורים לפני הגעתו לאזורנו הייתה התפרצות נוספת של הר הגעש .Eyjafjallajökullבדיקה של החלקיקים
במיקרוסקופ ESEMהעידה שאכן מדובר בחלקיקים וולקנים .עובדה זו חיזקה את הטענה שחלקיקי אבק וולקני
אפקטיביים כגרעיני קרח.
איור 32בפאנל העליון מוצגים ריכוזם של גרעיני הקרח בטמפרטורה - 11°Cברוויה של מים ,ובתחתון ממוצע יומי של & PM2.5
PM10שנמדדו מתחנות מנ"א (יד אבנר ועירוני ד') במהלך חודש מאי .בצבע חום מודגשים ימים עם אבק (ערכיי )PM10 <100
ובצבע אפור ימים בהם הגיע אבק וולקני לאזורנו.
כל מדידות גרעיני הקרח שנמדדו בשנה החולפת חולקו לפי ריכוז ה PM10 -כאשר ימים בהם הריכוז יומי של
PM10היו מעל ) 100 )µg/m-3הוגדרו כימים עם אבק וימים בהם ריכוז ה PM10 -היה נמוך מ )µg/m-3) 50-הוגדרו
כימים נקיים .כ 38-ימים הוגדו כימים עם סופת אבק וכ 100-ימים הוגדרו כימים נקיים .ריכוז גרעיני הקרח
לליטר של אווי ר בימים עם אבק היה גבוה בהשוואה לימים הנקיים ,הבדל זה קיים בכל הרוויות שנמדדו
(איור .)a3הבדל זה קיים גם ביחס של גרעיני הקרח לכלל האירוסולים ,כפי שניתן לראות באיור .b3מתוך
מדידות אלו פיתחנו מספר פרמטריזציות (משוואות )1+2בהן יעשה שימוש במודל הדו מימדי וכן במודל WRF
בשיתוף פעולה עם ד"ר עמית טלר .המשוואות מתייחסות לריכוז גרעיני הקרח בליטר אוויר (משוואות )1a+bוכן
את ריכוז אירוסולים ביחס לכלל האירוסולים שנמדדו בזמן המדידה (משוואות ,)2a+bכאשר Tהיא
הטמפרטורה במעלות צלזיוס ו Sw-הוא יחס הרוויה ביחס למים .כפי שניתן לראות באיור 3וכן מן המשוואות
נמצא קשר חזק יותר בין ריכוז גרעיני הקרח ליחס הרוויה מאשר לטמפרטורה ,עבור הימים הנקיים וכן עבור
האבק.
ריכוז גרעיני הקרח לליטר של אוויר:
עבור ימים נקיים ) 100 ,PM10 <50(µg/m3מקרים:
)(1a
#IN/Liter for clean days= -112.97 - 0.13*T + 132.4 * Sw
49
: מקרים38 ,PM10 >100(µg/m3) עבור ימים עם אבק
#IN/Liter for dusty days= -367.5 – 1.79 * T + 410.62 * Sw
(1b)
:ריכוז גרעיני הקרח ביחס לסך האירוסולים שבאוויר
: מקרים100 ,PM10 <50(µg/m3) עבור ימים נקיים
#IN/Ntotal for clean days= - 2E-04 – 3.2E-07 * T + 2E-04 * Sw
(2a)
3
: מקרים38 ,PM10 >100(µg/m ) עבור ימים עם אבק
#IN/Ntotal for dusty days = - 3E-04 –1.61E-06 * T + 3E-04 * Sw
(2b)
.) השוואה של ריכוזי גרעיני הקרח עבור ימים נקיים (כחול) ועבור ימים עם אבק (חום33a+b איור
: מסקנות.4
תוצאות ראשוניות חושפות כי ריכוז גרעיני הקרח (מספר לליטר) גדל בזמן סופות אבק וכן כאשר באוויר נמצאים
מתוך מדידת גרעיני הקרח בישראל פותחו פרמטיזציות אשר מתארות את ריכוז גרעיני הקרח.חלקיקים וולקנים
וכן עבור ימים עם סופות אבק שהוגדרו כימים בהםPM10 <50(µg/m3) בישראל עבור ימים נקיים
.PM10 >100(µg/m3)
: מקורות.5
Bundke, U., Nillius, B., Jaenicke, R., Wetter, T., Klein, H., and Bingemer, H., Atmospheric
Research. 90, 180–186 (2008).
DeMott, P.J., K. Sassen, M.R. Poellet, D. Baumgardner, D.C. Rogers, S.D. Brooks, A J. Prenni, and
S.M. Kreidenweis, Geophys. Res. Lett. 30, 1732, doi:10.1029/2003GL017410, (2003).
Klein, H., Haunold, W., Bundke, U., Nillius, B., Wetter, T., Schallenberg, S., and Bingemer, H.: A
new method for sampling of atmospheric ice nuclei with subsequent analysis in a static
diffusion chamber, Atmospheric Research. 96, 218-224 (2010).
Levin, Z. and Cotton, W.R: Aerosol Pollution Impact on Precipitation: A Scientific Review,
Dordrecht: Springer, (2009).
51
Rain Formation and Discharge nearby Coastlines, as observed
by TRMM
Reuven H. Heiblum, Ilan Koren and Orit Altaratz
Department of Environmental Sciences, Weizmann Institute, Rehovot, Israel
Abstract
The interaction between breezes and gradient winds creates persistent convergence zones nearby
coastlines. The low level convergence of moist air promotes the dynamical and microphysical
processes responsible for the formation of clouds and precipitation.
Our work focuses on the winter seasons of 1998-2011 in the Eastern Mediterrenean. During the
winter the Mediterrenean sea is usually warmer than the adjacent land, resulting in frequent
occurence of land breeze that opposes the commom synoptic winds. Using rain-rate vertical
profiles from the Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM) satellite, we examined the spatial
and temporal distribution of average rain mass in clouds as a funtion of the distance from
coastlines.
Results show that coastalines in the Eastern Mediterrenean are indeed favored areas for
precipitation formation and discharge. The intra-seasonal and diurnal changes in the distribution of
hydrometeor mass indicate that the land breeze is most likely the main responsible mechanism
behind our results. Although also significantly affecting the distributions, topographic obstacles in
the region play a secondary role in precipitation formation.
1 Introduction
During the winter months (Nov-Mar), Eastern Mediterranean (EM) Sea Surface temperatures are
usually warmer than the adjacent land by 2-10 C, making land breeze (LB) a common phenomena
during the winter (Neumann, 1951;Goldreich, 2003;Levy et al., 2008). The LB magnitude varies
both diurnally: maximum (minimum) Land-Sea Temperature Difference (LSTD) at sunrise
(afternoon), and seasonally: maximum (minimum) LSTD during December (March). The cyclones
reaching the EM also display significant intra-seasonal variability (Goldreich et al., 2004;Goldreich,
2006;Alpert et al., 1990). November and December are considered transition months from autumn
to winter and experience relatively shallow upper level troughs and weak (shallower) vortices. On
the other hand, the period of January till March is considered "classic" winter, with deep upper level
troughs and intense vortices. The EM may be a classic case where the interaction between LB and
synoptic winds promotes low level convergence, convection and precipitation formation, because
most of the rain in the region is attributed to frontal and post frontal convective clouds. Typically
during the winter season in Israel, rain only forms in clouds that reach a minimum height of 3 km (
around -5 C). These clouds often develop vertically to heights higher than 5 km (-20 C), making
50
cold rain the dominant precipitation process (Rosenfeld, 1986). An area of low level convergence
with high updrafts over the Mediterranean Sea would be favorable for cloud and precipitation
formation by supplying moisture to the mid-atmosphere and speeding up mixed phase and cold
rain processes. Ground based radar observations near the Israeli coastline show a 1:1 to 3:1 sea
to land rainfall ratio during winters (Levin et al., 2004), with the ratio peak in November, suggesting
a stronger contribution of LB in the early stages of winter. Further evidence for LB effect is
manifested through diurnal variation of lightning activity (Altaratz et al., 2003), showing a clear
maximum of flashes over sea (land) during midnight (afternoon). A similar trend exists for the
diurnal variability of rain rates (Kutiel and Sharon, 1980), with inland precipitation peaking
afternoon, and coastal precipitation peaking around midnight with a second peak around noon.
The interaction between westerly gradient winds and land breeze was studied using a 2D nonHydrostatic numerical simulation (Khain et al., 1993). They conclude that this interaction is the
main cause for precipitation in the model. The magnitude of background gradient winds and LSTD
directly affect the intensity and location of precipitation with respect to the coastline. As would be
expected, stronger gradient winds shift precipitation towards inland and larger Land-Sea
temperature difference shifts precipitation towards the sea. Furthermore, a convective
convergence zone located offshore, coupled with precipitation downdrafts of cold air located
slightly onshore, may result in positive feedback and enhancement of the land breeze circulation.
This feedback was shown to be crucial in sustaining the breeze circulation (Khain et al., 1996).The
optimal values of precipitation yield over land occur when the convergence zone is located 10-20
km offshore.
2 Methods
High resolution precipitation data (~5x5 km 2 footprint) was acquired from NASA's Tropical Rainfall
Measurement Mission (TRMM) database. TRMM satellite has been in orbit since 1997 and is
equipped with both active and passive remote sensing instruments. Its main advantage compared
to other precipitation measuring satellites is the first of a kind 13.8 GHz precipitation radar installed
onboard, which enables us to obtain high resolution vertical profiles (250 m) of precipitation. TRMM
spatially covers 350 N to 350 S in a non-sun-synchronous orbit, providing complete temporal
statistics for the tropics and sub-tropical regions.
The TRMM product used in this work was the level 2 combined 2B31 product (Haddad et al.,
1997;Kummerow et al., 2000). 2B31 combines both precipitation radar (PR) and Thermal
Microwave Imager (TMI) data to obtain precipitation vertical profile estimation. The product output
is adapted to the PR vertical profile with a ~5km footprint (~4km before August 2001). The total
swath is 250km and the vertical profile ranges from the surface up to 20km above the earth's
ellipsoid, with a resolution of 250m (i.e. total of 80 vertical levels).
Vertical profiles of rain rates [mm/hr] were translated in this study into column Integrated
Hydrometeor Mass [IHM, in kg/m^2] with the use of the drops size distribution (DSD) parameter in
the 2B31 product (Haddad et al., 1997). We found that IHM and simultaneous surface rain rate are
linearly correlated with R2=0.806, and therefore can assume that IHM is proportional to rain rates
52
at the surface.
The TRMM data was sorted as function of distance to the nearest coastline (i.e. the normal from
the coastline to each grid pixel), with positive (negative) distances corresponding to rain over land
(sea). The error was taken to be ±7km, which is the diagonal between two pixels.
3 Results
Figure 1 shows the IHM average per grid pixel for the entire EM, including all 13 winter seasons.
TRMM overpasses with no rain were not included in the averaging, because we are interested in
average IHM values that represent rainclouds in this region. It is important to stress that the results
are not normalized by the number of counts per pixel. Hence, IHM values represent the
characteristic hydrometeor profile per precipitation event and not accumulated measures such as
accumulated rain.
We can explain the highlighted band of IHM distribution in Fig. 1 by two main dynamical
mechanisms: The convergence of LB and gradient winds and orographic lifting. The proximity of
mountains to the coastlines in some parts of the domain might imply that the band is of orographic
nature, however, the band exists near flat terrain (e.g. southern part of the EM and parts of the
Cyprus Island) coastal regions as well, favoring a land-sea difference mechanism.
Figure 1: Mean IHM [kg/m2] per pixel, EM winter seasons 1998-2011. Black topography contours with
vertical resolution of 300 m are added. A clear band of high IHM follows the EM coastlines. The red line sets
the boundary for the "Israel" sub-region analysis.
As seen above, it is necessary to analyze smaller regions of well specified topography in order to
decouple the orographic and LB effects on precipitation formation. The spatial distribution of the
IHM in "Israel" sub-region (see Fig. 1) is shown in Fig. 2. Results from Israel sub-region suggest
that both Judea and Jordan mountain ridges effect the IHM distribution considerably. We assume
53
the distribution is a simplified superposition of three Gaussians, one most likely related to the
convergence of LB and gradient winds (LB peak), and the other two related to orographic lifting
(orographic peaks). The fitted Gaussian mean is used to describe the location of the maximal
effect, standard deviation to describe the spatial extent of the effect, and peak height to describe
the magnitude of the effect. Hence, we used three Gaussians in the analysis: LB, Judea and
Jordan. The LB Gaussian dominates during Nov-Dec, reaching IHM=0.52 kg/m2. The
LB:Judea:Jordan Gaussian fitting amplitude ratio is 5:2:4 during this sub-season.
The mean
(standard deviation) of the three peaks are -20±7 (38) km, 28±7 (13) km and 75±7 (14) km, the LB
peak having the largest spatial extent. Fitting correlation is R 2=0.93. Orographic peaks are located
20-30 km before the mountain ridges, and correspond to the largest topographic height gradients.
The LB effect offshore maximum extent is at least -70 km. Secondary peaks located farther
offshore at -80 km, -120 km are "artifacts" of the curvature of the coastline towards Egypt.
The Jan-Mar sub-season shows a merging effect as in Lebanon sub-region (not shown here), with
the LB and Judea orographic peaks nearly combining to a single peak. The three peaks are
located at -28±7 (21) km, 11±7 (29) km and 78 ±7 (24) km, with Judea orographic peak maximum
IHM value of 0.37 kg/m2. The LB and Judea peaks shift towards the sea by 8 km and 17 km
(compared to Nov-Dec location). Jordan peak shows no change in its location. The strongest intraseasonal change is the decrease in LB peak amplitude, reflected by the LB:Judea:Jordan
amplitude ratio of 3:5:3. Furthermore, the orographic Gaussians widen considerably (~100%),
while the LB Gaussian losses ~50% of its spatial spread. Maximum offshore extent of the LB effect
decreases during this sub-season, reaching ~ -60 km.
Figure 2: Mean IHM [kg/m2] as a function of the distance from the nearest coastline (Blue astrix
curve) with the addition of the mean topography profile (dashed green curve) for Israel sub-region.
Left figure corresponds to Nov-Dec months, and right figure to Jan-Mar. A three Gaussians fit was
applied to the sorted data curve (red curve), with the mean, standard deviation, peak height and
correlation coefficient of each one added in the upper left part of the figures. Gaussians are
numbered from left to right, with #1 being the Gaussian peak which corresponds to LB mechanism.
Judea and Jordan ridges reach their highest elevation at 46 km, 110 km respectively. The NovDec, Jan-Mar counts per bin are 1072, 2139, respectively.
54
4 Summary and Discussion
Results from the entire EM and its sub-regions support the idea that low level convergence of LB
and synoptic winds near the sea-land interface has a dominant affect on precipitation formation in
the region. The high topographic ridges (Mount Lebanon, Judea and Jordan) in the region also
affect IHM distributions. For Israel and also for the Lebanon sub-region (that was analyzed in
details but it's results were not shown here due to space limitations), the orographic IHM peaks are
located 20-35 km before the mountain ridges' highest elevation, strengthening the assumption that
the inland peaks are indeed caused by orographic forcing. The orographic peaks correspond to the
largest elevation gradients, and therefore to the largest orographic forced vertical velocities. Values
of IHM are distributed like Gaussians with respect to EM coastlines, with their means located 30
km offshore to 30 km onshore. Although our analysis roughly divided the IHM distributions to LB
and orographic Gaussians, it is likely that the orographic tagged Gaussians (excluding the Jordan
ridge Gaussian) account for a combination of orographic forcing, LB, and surface friction effects.
Other factors such as surface fluxes and aerosols additionally contribute to the IHM distribution in
the EM region and require further study. One cannot but ponder on the potentially enormous
contribution that anthropogenic rain delay (e.g. aerosol effects) can have on this water depraved
region.
Acknowledgements. TRMM data provided by NASA's Goddard Earth Sciences Data and
Information Services Center (GES DISC). NCEP reanalysis data and images provided by the
NOAA/OAR/ESRL
PSD,
Boulder,
Colorado,
USA,
from
their
Web
site
at
http://www.esrl.noaa.gov/psd/. GDAS data provided by NOAA/NCEP (MODIS Ancillary Data), from
their Web site at http://ladsweb.nascom.nasa.gov/.
5 References
Alpert, P., Neeman, B. U., and Shayel, Y.: Intermonthly Variability of Cyclone Track in the
Mediterrenean, Journal of Climate, 3, 1474-1478, 1990.
Altaratz, O., Levin, Z., Yair, Y., and Ziv, B.: Lightning activity over land and sea on the eastern
coast of the Mediterranean, Monthly Weather Review, 131, 2060-2070, 2003.
Goldreich, Y.: The Climate of Israel: Observation, Research and Application, Kluwer
Academic/Plenum Publishers, 2003.
Goldreich, Y., Mozes, H., and Rosenfeld, D.: Radar analysis of cloud systems and their rainfall
yield, in Israel, Israel Journal of Earth Sciences, 53, 63-76, 2004.
Haddad, Z. S., Smith, E. A., Kummerow, C. D., Iguchi, T., Farrar, M. R., Durden, S. L., Alves, M.,
and Olson, W. S.: The TRMM 'day-1' radar/radiometer combined rain-profiling algorithm,
Journal of the Meteorological Society of Japan, 75, 799-809, 1997.
Khain, A. P., Rosenveld, D., and Sednev, I.: Coastal effects in the Eastern Mediterranean as seen
from experiments using a cloud ensemble model with detailed description of warm and ice
microphysical processes, Atmospheric Research|Atmospheric Research, 30, 295-319, 1993.
55
Khain, A. P., Sednev, I., and Khvorostyanov, V.: Simulation of coastal circulation in the Eastern
Mediterranean using a spectral microphysics cloud ensemble model, Journal of Climate, 9,
3298-3316, 1996.
Kummerow, C., Simpson, J., Thiele, O., Barnes, W., Chang, A. T. C., Stocker, E., Adler, R. F.,
Hou, A., Kakar, R., Wentz, F., Ashcroft, P., Kozu, T., Hong, Y., Okamoto, K., Iguchi, T.,
Kuroiwa, H., Im, E., Haddad, Z., Huffman, G., Ferrier, B., Olson, W. S., Zipser, E., Smith, E.
A., Wilheit, T. T., North, G., Krishnamurti, T., and Nakamura, K.: The status of the Tropical
Rainfall Measuring Mission (TRMM) after two years in orbit, Journal of Applied Meteorology,
39, 1965-1982, 2000.
Kutiel, H., and Sharon, D.: Diurnal-Variation of Rainfall in Israel, Archiv Fur Meteorologie
Geophysik Und Bioklimatologie Serie a-Meteorologie Und Geophysik, 29, 387-395, 1980.
Levin, Z., Breitgang, J., and Shtivelman, D.: Precipitation over the sea in the coastal area of Israel:
a possible new source of water, 14th International Conference on Clouds and Precipitation,
2004, 1228–1231,
Levy, I., Dayan, U., and Mahrer, Y.: A five-year study of coastal recirculation and its effect on air
pollutants over the East Mediterranean region, Journal of Geophysical Research, 113,
D16121, 2008.
Neumann, J.: Land Breezes and Nocturnal Thunderstorms, Journal of Meteorology, 8, 60-67,
1951.
Noppel, H., Pokrovsky, A., Lynn, B., Khain, A. P., and Beheng, K. D.: A spatial shift of precipitation
from the sea to the land caused by introducing submicron soluble aerosols: Numerical
modeling, Journal of Geophysical Research, 115, D18212, 10.1029/2009jd012645, 2010.
Rosenfeld, D.: Dynamic Characteristics of Cumuliform Clouds and Cloud Systems and their
Influence on Rainfall, Ph.D., Atmospheric Sciences, Hebrew University, Jerusalem, 1986.
Using the WRF model for calculating stream flow in the Jordan
River
Amir Givati
Israeli Hydrological Service, Israeli Water Authority, Israel
Barry Lynn
Weather-It-Is, L.T.D., Efrat, Israel
Yubao Liu
National Center for Atmospheric Research, Boulder, Colorado, US
Alon Rimmer,
Israel Oceanographic and Limnological Research Ltd., Israel,
The Lake Kinneret Limnological Laboratory
1. Introduction
Accurate analysis and prediction of precipitation amounts and their spatial distribution are vital for
regional- and local-scale hydrological applications. This is especially true for arid and semi-arid
regions such as in the Middle East, where estimation and prediction of the highly variable precipitation
during the rainy season is critical for predicting stream flows and the recharge of reservoirs. The
56
estimates of the stream flow in the Jordan River and the water level of Lake Kinneret play a crucial
role in Israeli agricultural and hydrological planning, and flood control. Hydrological forecasts are
instrumental for decision-support activities at the Israel Water Authority. The Weather Research and
Forecasting (WRF) model was employed to provide precipitation forecasts during the 2008-2009 and
2009-2010 winters (wet season) for Israel and the surrounding region where complex terrain
dominates. The WRF model precipitation prediction has been coupled with the Hydrological Model for
Karst Environment (HYMKE) model to forecast the upper Jordan River stream flow. The daily WRF
model precipitation forecasts were verified against the measurements from a dense network of rain
gages in northern and central Israel, and the result indicated a reasonably good accuracy associated
with using the high-resolution WRF. The daily precipitation amount calculated by WRF at rain gauges
located in the upper parts of the Jordan River basin showed very good agreement with the actual
measurements.
Numerical experiments were carried out to test the impact of the WRF model resolution and WRF
microphysical schemes, to determine an optimal model configuration for this application. It was found
that, because of the strong air-sea interactions and orographic forcing in the region, it is necessary to
run WRF with a 4 –1.3 km grid increment, and with sophisticated microphysical schemes that consider
liquid water, ice, snow, and graupel in order to produce quality precipitation predictions. The
hydrological modeling system that ingests the high-resolution WRF forecasted precipitation produced
very good results, and significantly improved upon the current operational stream flow forecast method
for the Jordan River that is being using up to now. The modeling tools presented in this study are used
to support the water-resource-assessment process, and studies of seasonal hydro-climate forecasting
in this region.
2. Results
Simulations of daily flow in the Jordan River and its tributaries
The actual precipitation at the Hermon location, and the amounts computed by the WRF 1.3 km
model and by the regression model were used to drive the HYMKE hydrological model to calculate the
daily flow volumes in the Jordan River at Sede Nehehemia, the hydrometric station of the Israeli
Hydrological Service. Figure 1 displays the actual and the WRF-calculated daily flow volumes for the
three major tributaries of the Jordan River: (A) Snir, (B) Hermon, (C) Dan, and the Jordan River (D)
itself. It can be seen that the hydrological model predicts well the base flows in this Karstic region,
although the model system needs to be improved for forecasting the very extreme peaks of the stream
flows.
Figure 2 compares the daily Jordan River flows simulated by the HYMKE model with measured
rainfall and with the WRF 1.3 km model forecasted rainfall. The precipitation amount in the rainy
season of 2009-10 was about the average climate-mean value. Table 1 summaries the monthly flow
volumes forecasted by the hydrological model driven by the rainfall observations, the rainfall
forecasted by the WRF 1.3 km model, and that computed based on Rimmer et al. (2006) regression
approach during
the 2009-2010 rainy seasons (October 1, 2009 to April 30, 2010). The total
measured flow volume at the gauge for this period was 354 Million cubic meters (MCM): 323 MCM at
57
the gauge and another 31 MCM consumption upstream that was not able to get into the River. The
HYMKE-simulated flow using the actual Hermon precipitation was 362 MCM, while that using the
WRF precipitation was 371 MCM and that using the regression precipitation was just 294 MCM.
Figure 1: Comparison of daily stream flow forecasts at the 3 major tributaries of the Jordan River: the Snir
(A), Hermon (B) and Dan River (C) and the stream flow in the Jordan River (D), using the observed
precipitation from
the Hermon, and the
WRF
forecasted
precipitation from the
WRF 1.3 km model
Figure 2: Comparison of the modeled daily Jordan River flow simulated by HKMKE using measured rainfall,
and that using the WRF 1.3 km model forecasted rain. The differences of the stream flows computed with the
two approaches are also plotted.
58
Table 1: Measured stream flow at the Jordan River for the rainy season of 2009-10 vs. the
calculated stream flow using HYMKE with: (1) Actual precipitations in the Hermon, (2) Hermon
calculated precipitation from WRF 1.3km and (3) Hermon calculated precipitation from the
regression model used by Rimmer and Salingar (2006)
Month
(1)
Calculated stream
Measured
flow with HYMKE
stream flow
using actual
[MCM]
precipitation
[MCM]
(2)
Calculated stream
flow with HYMKE
using WRF 1.3
(3)
Calculated stream flow
with HYMKE using
precipitation calculated
KM precipitation
[MCM]
with the regression model
[MCM]
10/09
24.3
25.3
25.3
25.3
11/09
23.3
28.1
23.1
23.0
12/09
45.3
55.4
50.9
41.2
01/10
69.2
64.4
72.7
54.3
02/10
64.4
70.7
69.6
54.6
03/10
60.6
66.9
76.8
54.5
04/10
36.6
50.9
52.3
40.6
01/10/09 -
354
362
371
294
30/04/10
3. Discussion and Conclusions
Improving stream-flow forecasts for the Jordan River and its tributaries is a highly important
task, especially during dry years. This area is disconnected from the national water system (the
"National water carrier"), and it has to rely on local water sources: direct pumping, mostly from the
Dan and the Banias Rivers. Steep mountains in Northern Israel cause complex structures in the
spatial distribution of precipitation, especially in the Herman Mountain region. Such precipitation
features make hydrological forecasting challenging, especially for the Jordan River. In this paper,
the use of an advanced mesoscale weather model, the community WRF model, has been explored
for driving hydrological model forecasts for the Jordan River. Sensitivity experiments were
conducted to study the impact of WRF microphysical parameterization schemes and model grid
resolution, both of which are crucial for the wintertime precipitation modeling in regions with steep
mountains. The modeling results suggest that the WRF model is capable of forecasting
precipitation amounts and structures in northern Israel reasonably well when high-resolution
(4–1.3 km) grids are used.
The high-resolution WRF forecasted precipitation is used to drive the HYMKE Hydrological
model to simulate the Jordan River flow. The verification of the stream-flow forecasts for the upper
Jordan River, using the WRF rainfall, showed significant improvement relative to the current
hydrological simulations that make use of rainfall based on a regression method. The WRF model
is of special value in areas where there are poor surface meteorological observations, such as in
59
the Jordan River basin. The results clearly show that the Jordan River flows forecasted using the
WRF 1.3 km model precipitation are significantly more accurate than those using that based on the
regression approach.
Hydrological modeling using the WRF-simulated precipitation allows us to better represent the
important hydrological processes that occur in the northern part of the Jordan basin located in
Lebanon, such as daily precipitation-runoff ratios, and the recharge for springs like the Dan and the
Banyas springs. Such improved upstream information leads to better predictions for downstream
regions.
Using WRF for dynamical downscaling also improves the precipitation input for regional climate
models for the upper Jordan River and especially for the Hermon range (as was done for California
by Pan et al. 2010). In contrast, previous studies used statistical downscaling in order to evaluate
future (2015-2035) stream flow volumes and regimes in the Jordan River (Samuels et al. 2010,
Rimmer et al. 2011). Thus, the need for inter-seasonal stream flow simulations is clear. Further
studies to improve the modeling system should be undertaken. A next step will be to extend the
WRF domains to cover the full Jordan River regions, especially the highest elevations in the Syrian
mountains (2,800 m), in order to feed HYMKE with more complete meteorological input from those
areas in the basin flow forecasting.
References
Adlerman, E. J., and K. K. Droegemeier, 2002: The sensitivity of numerically d cyclic
mesocyclogenesis to variations in model physical and computational parameters. Mon. Wea.
Rev., 130, 2671–2691.
Bryan, G. H., J. C. Wyngaard, and J. M. Fritsch, 2003: Resolution requirements for the simulation
of deep moist convection. Mon. Wea. Rev., 131, 2394–2416.
Colle, B. A., K. J. Westrick, and C. F. Mass, 1999: Evaluation of MM5 and Eta-10 Precipitation
Forecasts over the Pacific Northwest during the Cool Season, Weather and Forecasting, Vol.
14, Issue 2 (April 1999) pp. 137–154.
Daly, C., Ronald P. Neilson, Donald L. Phillips, 1994: A Statistical-Topographic Model for Mapping
Climatological Precipitation over Mountainous Terrain. J. Appl. Meteor., 33, 140–158.
Davis, C., and F. Carr, 2000: Summary of the 1998 workshop on mesoscale model verification.
Bull. Amer. Meteor. Soc., 81, 809–819.
Doyle, J. D., 1997: The influence of mesoscale orography on a coastal jet and ainband. Mon. Wea.
Rev.,125, 1465–1488.
Grell, G.A., L. Schade, R. Knoche, A. Pfeiffer, and J. Egger, 2000: Nonhydrostatic climate
simulations of precipitation over complex terrain. J. Geophys. Res., 105 (D24), 29 595–29
608.
Gilad, D., Bonne, J., 1990. Snowmelt of Mt. Hermon and its contribution to the sources of the
Jordan River. J. Hydrol. 114 (1/2), 1–15.
Gur, D., Bar-Matthews, M., Sass, E., 2003. Hydrochemistry of the main Jordan River sources: Dan,
Banias, and Kezinim springs, north Hula Valley. Israel. Isr. J. Earth Sci. 52, 155–178.
Hay, L. E., M. P. Clark, R. L. Wilby, W. J. Gutowski, G. H. Leavesley, Z. Pan, R. W. Arritt, and E.
S. Takle, 2002: Use of regional climate model output for Hydrologic simulations. J.
Hydrometeor., 3, 571–590.
61
Hay, L. E., M. P. Clark, M. Pagowski, G. H. Leavesley, W. J. Gutowski, 2006: One-Way Coupling
of an Atmospheric and a Hydrologic Model in Colorado. J. Hydrometeor, 7, 569–589.
Hong, S. Y. and J. O Lim, 2006: The WRF Single-Moment 6-Class Microphysics Scheme (WSM6).
J. Korean Meteor. Soc., 42, 2, 129−151.
Hong, S. Y. and J. O Lim, 2010: Evaluation of the WRF Double-Moment 6-Class Microphysics
Scheme for Precipitating Convection, Advances in Meteorology, vol. 2010, Article ID 707253,
10 pages, 2010. doi:10.1155/2010/707253.
Kain, J. S., S. J. Weiss, J. J. Levit, M. E. Baldwin, D. R. Bright, 2006: Examination of convectionallowing configurations of the WRF model for the prediction of severe convective weather:
The SPC/NSSL Spring Program 2004. Weather and Forecasting, 21, 167-181.
Kain, J. S., S. J. Weiss, D. R. Bright, M. E. Baldwin, J. J. Levit, G. W. Carbin, C. S. Schwartz, M. L.
Weisman, K. K. Droegemeier, D. B. Weber, K. W. Thomas, 2008: Some practical
considerations regarding horizontal resolution in the first generation of operational
convection-allowing NWP. Weather and Forecasting, 23, 931-952.
Katzfey, J. J., 1995: Simulation of extreme New Zealand precipitation events. Part I: Sensitivity to
orography and resolution. Mon. Wea. Rev., 123, 737– 754.
Leung L.R, and Y. Qian. 2003: The Sensitivity of Precipitation and Snowpack Simulations to Model
Resolution via Nesting in Regions of Complex Terrain. Journal of Hydrometeorology, 4
(6):1025-1043.
Lin, C. A., L. Wen, M. Beland, and D. Chaumont, 2002: A coupled atmospheric-hydrological
modeling study of the 1996 Ha! Ha! River basin flash flood in Quebec, Canada. Geophys.
Res. Lett., 29, 1026, doi:10.1029/2001GL013827.
Mass, C. F., D. Ovens, K. Westrick, and B. A. Colle, 2002: Does Increasing Horizontal Resolution
Produce More Skillful Forecasts? Bulletin of the American Meteorological Society. Vo. 83,
Issue 3 (March 2002) pp. 407–430.
McQueen, J. T., R. R. Draxler, and G. D. Rolph, 1995: Influence of grid size and terrain resolution
on wind field predictions from an operational mesoscale model. J. Appl. Meteor., 34, 2166–
2181.
Martin, G., 1996: A dramatic example of the importance of detailed model terrain in producing
accurate quantitative precipitation forecasts for southern California. Western Region Tech.
Attachment 96-07, National Weather Service, 9 pp. [Available from Western Regional
Climate Center, Desert Research Institute, 2215 Raggio Parkway, Reno, NV 89512.]
Mekorot Watershed Unit, 2008. The water, solutes and heat balances of Lake Kinneret, Annual
Report. Mekorot water supply co. Sapir Site, Israel.in Hebrew.
Neiman, J.N., Ralph P.J., White A.B., Kingsmill D.E., Persson P.O.G., 2002: The statistical
relationship between upslope flow and rainfall in California’s coastal mountains: observations
during CALJET. Mon. Wea. Rev. 130, 1468-1492.
Pan, L.L., S.-H. Chen, D. Cayan, M.-Y. Lin, Q. Hart, M.-H. Zhang, Y. Liu, and J. Wang, 2010:
Influences of climate change on California and Nevada regions revealed by a high-resolution
dynamical downscaling study. Climate Dynamics, in press.
Pandey, G.R., Cayan D.R and Georgaakakos K.P., 1999: Precipitation structure in the Sierra
Nevada of California during winter. J. Geophys. Res. 104, 12019-12030.
Petch, J. C., A. R. Brown, and M. E. B. Gray, 2002: The impact of horizontal resolution on the
simulations of convective development over land. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 128, 2031–
2044.
Rimmer, A. and Salingar, Y. 2006: Modeling precipitation-streamflow processes in karst basin: The
case of the Jordan River sources, Israel. J. Hydrol. 331:524-542.
Rimmer, A., A. Givati, R. Smauels and P. Alpert, 2011: Using ensemble of climate models to
evaluate future water and solutes budgets in Lake Kinneret, Israel. J. Hydrol. In Review.
60
Rosenfeld, D., and H. Farbstein, 1992: Possible influence of desert dust on seedability of clouds in
Israel. J. Appl. Meteor, 31, 722-731.
Saaroni, H., N. Halfon, B. Ziv, P. Alpert and H. Kutiel, 2009: Links between the rainfall regime in
Israel and location and intensity of Cyprus lows, Int. J. Climatol. DOI: 10.1002/joc.1912.
Simpson, B., Carmi, I. 1983: The hydrology of the Jordan River and It tributaries: Hydrographic
And isotopic investigation. J. Hydrol. 62: 225–242.
Seuffert, G., P. Gross, C. Simmer, and E. F. Wood, 2002: The influence of hydrologic modelling on
the predicted local weather: Two-way coupling of a mesoscale land surface model and a land
surface hydrologic model. J. Hydrometeorology., 3, 505–523.
Schwartz, C. S., J. S. Kain, S. J. Weiss, M. Xue, D. R. Bright, F. Kong, K. W. Thomas, J. J. Levit,
M. C. Coniglio, 2009: Next-day convection-allowing WRF model guidance: A second look at
2 vs. 4 km grid spacing. Monthly Weather Review, 137, 3351-3372.
Westrick, K. J, and C. F. Mass, 2001: An Evaluation of a High-Resolution Hydrometeorological
Modeling System for Prediction of a Cool-Season Flood Event, in a Coastal Mountainous
Watershed, J. of Hydrometeorology, 2 ,Issue 2: pp. 161–180.
Xue, M., and W. J. Martin, 2006: A high-resolution modeling study of the 24 May 2002 case during
IHOP. Part I: Numerical simulation and general evolution of the dryline and convection. Mon.
Wea. Rev., 134, 149–171.
Younis, J., Anquetin, S., and Thielen, J. 2008: The benefit of high-resolution operational weather
forecasts for flash flood warning, Hydrol. Earth Syst. Sci., 12, 1039-1051, doi:10.5194/hess12-1039-2008.
WRF Downscaling: “Choosing the Best Grid-Resolution and
Model Configuration for Explicit Forecast of Precipitation”
Barry Lynn1, Guy Kelman1, and Amir Givati2
1
Weather It Is, LTD, Efrat, Israel: e-mail: [email protected]
2
Israel Hydrological Service
Abstract:
The goal was to determine the optimal grid-resolution and model configuration for the explicit
forecast of precipitation. Towards this end, precipitation forecasts for four different locations in
Israel were compared using deterministic forecast output from simulation domains with 1.3 km
(“cloud-allowing”) and 4 km (“convection-allowing”) grid spacing, as well as ensembles of forecasts
with 1.3 km and 4 km grid-spacing. The results suggest that 4 km ensemble forecasts are more
accurate than even 1.3 km ensemble forecasts.
1. Introduction:
Clark et al. (2009) have demonstrated that even small ensemble sets of convection allowing
forecasts models provide more accurate precipitation forecasts than a large ensemble set with
parameterized moist convection – suggesting that explicit forecasts of moist convection should be
an a goal for operational weather prediction. Fortunately, recent advances in computer power have
made possible both operational forecasts at convection allowing (~4 km) and cloud-allowing
(~1.3 km) grid resolution. If enough computers are available, one might choose to make 4 km
62
ensemble forecasts rather than a single 1.3 km (deterministic) forecast or one might choose a
smaller set of 1.3 km forecasts than a larger set of 4 km ensemble forecasts. Roberts and Lean
(2008) wrote: “the development of NWP models with grid spacing down to
1 km should produce
more realistic forecasts of convective storms.“ Yet, Roberts and Lean (2008) also note that greater
realism does not necessarily mean more accurate precipitation forecasts because of the rapid
growth of errors on small-scales as well as possibly synoptic scales.
These errors can be
associated with the initial boundary conditions and/or model physics. Perhaps, this is the reason
why Schwartz et al. (2009) found no improvement when comparing deterministic forecasts with 2
km grid spacing versus 4 km grid spacing.
One way to lessen the potential impact of initial boundary and physics errors on precipitation
forecasts is to run ensemble forecasts.
ensembles of the same size.
Here, we compare 1.3 km versus 4 km and 1.3 km
We also compare 1.3 km deterministic forecasts with 4 km
deterministic forecasts to investigate whether a further reduction in grid spacing would lead to
better precipitation forecasts.
2. Method
The Weather Research and Forecasting Model (WRF) was used to simulate 9 precipitation
days during the winter of 2010-2011 over Israel. Forecasts using grids with 1.3 km and 4 km grid
spacing were compared. Forecasts were based on the Global Forecast System (GFS) initial and
lateral boundary conditions, and these boundary conditions were used to initialize forecasts with
1.3 km and 4 km grid spacing domains. Forecasts were also made using the GFS ensemble
(GEFS) initial and lateral boundary conditions (with the first 8 members of the GEFS). The GFS
deterministic forecasts combined with the forecasts made from the GEFS boundary conditions
created an ensemble forecast of 8 members plus a control. The forecasts were 30 hours long and
we compared the predicted precipitation amounts from 6 to 30 hours – allowing six hours for model
spin-up – and corresponding to the official day-length for measurements at observing stations (i.e,
6 GMT on one day to 6 GMT on the other). Forecast comparisons were made for the locations of
the Hermon (northern high mountains), Kefar Giladi (north-central hills), Tel-Aviv (coastal zone),
and Ben-Gurion Airport (central-plain). Observations were missing for two forecast days at KefarGiladi, so the forecast and observations for Meron (near-by) were substituted on these days.
The ensemble precipitation amounts were calculated using Probability Matching (Ebert, 2009)
and as a simple mean of the 8 member ensemble plus the GFS control. Otherwise, the
precipitation amounts for each station were determined from the nearest grid-location to the station
location.
3. Results
Figure 1 compares forecast precipitation for each model configuration for the four locations
Hermon, Tel-Aviv, Ben-Gurion Airport, and Kefar Giladi. Each model configuration produced
relatively large errors for the Hermon on the first two case-study days, but subsequent days were
much better – implying that the GFS forecast for these days of the humidity fields was also better.
In Tel-Aviv, the best forecast was the 4 km ensemble mean, while the 1.3 km deterministic and
63
enemble forecast were equally worse or “bad.” Similar results were obtained for Ben-Gurion
Airport. The best forecasts were obtained for Kefar-Giladi (Meron), but again the 1.3 km
deterministic and 1.3 km ensemble forecast were noticeably worse than the 4 km and 4 km
ensemble forecasts.
Table 1 shows the mean absolute differences for each station and each model grid
configuration. It also shows the ranking for each forecast, where the rank was between 1 and 5 (as
there were five evaluations made). Lower ranks correspond to higher mean absolute difference
values, meaning that the mean absolute difference was higher than a forecast result with a lower
mean absolute difference. The rankings show that the 4 km ensemble mean was a better forecast
than the 4 km probability distribution forecast or the 4 km deterministic forecast. Each of these was
better than the 1.3 km deterministic or 1.3 km ensemble forecast. Hence, higher resolution (or
cloud-allowing forecasts) did not improve the predicted precipitation amounts.
4. Conclusions
Various model grid sizes (convection allowing versus cloud-allowing) and grid configuration
(deterministic versus ensemble precipitation forecasts) were compared. Contrary to expectations,
a 1.3 ensemble (cloud-allowing) forecast was not better than a 4 km (convection allowing) forecast.
In fact, the 1.3 km deterministic and 1.3 km ensemble forecasts were worse than any of the
forecasts made with a grid spacing of 4 km.
Figure
1:
Daily
precipitation
amounts from model
configurations with
1.3 km and 4 km
grid spacing. Both
deterministic
and
ensemble forecasts
were compared over
9 case study days.
64
5. References
Clark, Adam J., William A. Gallus, Ming Xue, Fanyou Kong, 2009: A Comparison of Precipitation
Forecast Skill between Small Convection-Allowing and Large Convection-Parameterizing
Ensembles. Wea. Forecasting, 24, 1121–1140. doi: 10.1175/2009WAF2222222.1
Ebert, Elizabeth E., 2009: Neighborhood Verification: A Strategy for Rewarding Close Forecasts.
Wea. Forecasting, 24, 1498–1510. doi: 10.1175/2009WAF2222251.1
Roberts, N. M., and H. W. Lean, 2008: Scale-selective verification of rainfall accumulations from
high-resolution forecasts of convective events. Mon. Wea. Rev., 136, 78–97.
Schwartz, Craig S., and Coauthors, 2009: Next-Day Convection-Allowing WRF Model Guidance: A
Second Look at 2-km versus 4-km Grid Spacing. Mon. Wea. Rev., 137, 3351–3372. doi:
10.1175/2009MWR2924.1
65
תחזיות עונתיות של משקעים ברזולוציה גבוהה
2
פבל קונין ,1דוריטה רוסטקייר-אדלשטיין
1החברה לחקר מדעי החיים
2המכון למחקר ביולוגי בישראל
המוטיבציה העיקרית של המחקר הנוכחי הינה תכנון עונתי של משאבי מים בישראל .חיזוי משקעים עונתיים
למתן הערכת כמות המים הצפויה לזרום לכינרת ולאקוויפרים במשך החורף הוא קריטי .עד כה נעשה שימוש
במודלים עונתיים גלובליים בעלי רזולוציה מרחבית גסה שלא מספיקה לאזורי העניין המאופיינים ע"י טופוגרפיה
ושימושי קרקע מורכבים .רוב המשקעים הם תוצאה של שקעים אקסטרה -טרופיים הבאים בקשר עם השטח
המורכב הגורם להתפלגות מרחבית מורכבת ומשתנה משנה לשנה על פי תדירות השקעים .לכן ,יש צורך לפתח
אסטרטגיה שתאפשר תחזית עונתית של גשם ברזולוציות עדינות יותר מאלה המסופקות ע"י המודלים
הגלובליים .לצורך כך פיתחנו אלגוריתם לירידה סטטיסטית בסקלה ( )statistical downscalingשל תחזיות
עונתיות גלובליות המבוסס על הקשר בין התדירות של מצבי מזג האוויר השונים במודל גלובלי לקלימטולוגיה
המקומית של המשקעים .סיווג מצבי מזג האוויר המשמש אותנו מבוסס על קלסיפיקציה של Alpert et al.
2004עם תוספת של תת-קבוצות לפי עוצמת הגשם המקומית המלווה את השקעים השונים .האלגוריתם נבחן ב-
18תחנות גשם על אירועי הגשם של השנים 1981-2008תוך שימוש בנתונים גלובליים של האנסמבל העונתי CFS
של ,NCEPויושם לתחזית העונה האחרונה .השימוש באנסמבל גלובלי מביא לאנסמבל של תחזיות מקומיות.
תוצגנה תוצאות האימות של ממוצע האנסמבל ושל ההסתברוית לעבור ספי גשם בכל תחנה.
בחינת יכולתם של מודלים אקלימיים לשחזר את משטר השקעים החורפיים
בים התיכון
ברוך זיו ,יוחנן קושניר ,צביקה הרפז
המחקר משווה את מאפייני השקעים הים תיכוניים בעונת החורף שנצפו בשנים 1961-1999עם תפרוסתם על פי
סימולציות שבוצעו על ידי 9מודלים אקלימיים של מרכזי החיזוי המובילים בעולם .המודלים שנבדקו הינם חלק
מאלה ששמשו כבסיס לדוח של ה IPCCמ 2007ובאותה גרסה .המאפיינים שיוצגו כוללים את תפרוסת השקעים
בים התיכון בהשוואה לאירופה ,את מיקומו ועוצמתו של אפיק הרום הממוצע ואת מגמת השינוי במהלך תקופת
המחקר ,שהתבטא בירידה במשכיחות השקעים ,בפרט במזרח הים התיכון.
כל המודלים מראים את המכסימום בצפיפות השקעים מעל הים התיכון .עם זאת ,כולם לוקים בהערכת חסר של
כמות השקעים באזור הים התיכון .עם זאת ,שלושת המודלים בעלי הרזולוציה הגבוהה מביניהם נמצאו קרובים
יותר לתפרוסת הריאלית .הערכת החסר בולטת במיוחד במערב הים התיכון ,אך ניכרת גם במזרחו .בהתאמה
לכך ,גם אפיק הרום הממוצע ,המשתרע על פני מזרח הים התיכון ומרכזו ,חלש יותר על פי המודלים וממוקד
במזרח הים התיכון בלבד .כל המודלים לא הצליחו לשחזר את מגמת ההפחתה במספר השקעים.
66
ניתוח דינאמי של אירועי טמפרטורה חריגים בקיץ על פי מסלולי גושי האוויר
צבי הרפז ,1הדס סערוני 2וברוך זיו
3
1בית הספר ללימודי הסביבה ע"ש פורטר ,אוניברסיטת תל אביב 2החוג לגיאוגרפיה וסביבת האדם ,אוניברסיטת תל אביב,
3האוניברסיטה הפתוחה ,רעננה
על רקע המשטר המונוטוני של הטמפרטורה בקיץ באזורנו ,מתפתחים מפעם לפעם גלי חום ,הנמשכים לעיתים
מספר ימים .אירועים "קרירים" מתפתחים אף הם ,אם כי הם בעלי אופי פחות קיצוני מגלי החום ומשכם קצר
יותר .נבחנו ההבדלים בין שלוש קבוצות של ימים" :קרירים"" ,חמים" ו"אמצעיים" ,המיוצגים ע"י חמשת
האחוזונים התחתונים ,העליונים והאמצעיים של ימי "שיא הקיץ" (יולי-אוגוסט) ,לפי הטמפרטורה במפלס 850-
hPaב 12UTC-בנקודת הסריג .32.5N, 35Eהנתונים נלקחו ממאגר נתוני הריאנליזה של NCEP/NCAR
לתקופה בת 30שנה (.)2004-1975
נתגלו הבדלים משמעותיים בין שלש קבוצות הימים הן במסלולי תנועת האוויר ( )back-trajectoriesשהגיע
לאזורנו והן במבנה מערכות הלחץ ברום .הבדלים אלה מגיעים לשיאם בגבהים שבין 3ל 6ק"מ ,למרות שבמרכזה
של שכבה זו ,בגובה של 4ק"מ ,ההבדלים בטמפרטורה זניחים .מסלולי האוויר שמסתיימים בגובה 4ק"מ
מצביעים על נתיב צפון-מערבי ארוך עבור הימים ה"קרירים" ,נתיב צפון-מערבי קצר יותר עבור הימים
האמצעיים ונתיב קצר מאוד לימים החמים .בימים החמים התגלו מסלולים אינדיבידואליים שלא הגיעו כלל
מהגזרה הצפון מערבית .לפיכך ,הוצע אינדקס המבוסס על מיקום תחילת המסלולים כמנבא של הטמפרטורה
במפלס .850-hPa
הימים החמים והקרירים קובצו לפי מאפייניהם הדינאמיים על מנת לזהות את תרחישי התפתחותם .המיון
הראשון הינו סובייקטיבי ומתבסס על שיקולים סינופטיים ,ואילו השני אובייקטיבי ומסתמך על מסלולי האוויר
(בעזרת אלגוריתם .)K-meansסובייקטיבית ,אופיינו 3טיפוסים של אירועים חמים' :טרופיים'' ,סובטרופיים' ו-
'ברוקליניים' .בשיטה האובייקטיביות נמצאו 6קבוצות ,מהן ניתן ללמוד שבעוד חלק מהימים החמים 'מיובאים'
לאזור ממערב או מצפון-מערב ,רובם נוצרים באזור עצמו .בנוסף לכך ,כמעט כל הימים ה'טרופיים' נכללו בקבוצה
אוביי קטיבית אחת המאופיינת במסלולי אוויר שמקורם ממזרח לאזור המחקר ,ולא מדרום ,כפי שצפוי היה
למצוא באירועים מסוג זה .מפות קומפוזיט של לחות יחסית במפלס 500-hPaעבור הימים ה'טרופיים' אישרו כי
מקור הלחות הישיר נמצא ממזרח ,משלוחה המשתרעת מהטרופים לאזור שממזרח לישראל .קבוצה זו היא גם
הקבוצה החמה היחידה בה האוויר עולה בדרכו אל אזורנו.
באשר לימים הקרירים ,המיון הסובייקטיבי העלה כי כולם שייכים לתרחיש התפתחות דומה ,הקשור
בהתפתחות אפיק רום מודגש מדרום-מזרח אירופה למזרח הים התיכון .המיון האובייקטיבי חילק את הימים
הקרירים לארבע קבוצות ,שכולן מאופיינות במסלולי אוויר ארוכים המגיעים מכיוון צפון-מערב.
כל הימים הקרירים והאירועים החמים המיובאים נוצרים בעקבות תנועת אנומליות של טמפרטורה שהתפתחו
מעל מזרח אירופה והבלקנים ,ומתקדמים לאזורנו במקביל למסלול האוויר הממוצע של תנועת האוויר ,במהירות
של כ 75%-ממהירות הרוח בגובה של 4ק"מ .ניתוח רצפי הימים החמים והקרירים מראה שהאירועים הקרירים
והאירועים החמים ה'מיובאים' קצרים יותר מהאירועים החמים שנוצרים במקום.
67
Global warming projected atmospheric water budget changes
over the Mediterranean with focus over Israel - Are we drying?
Pinhas Alpert
Department of Geophysics and Planetary Sciences, Tel-Aviv University, Tel-Aviv,
Israel
The water cycle components over the Mediterranean both for current and
future run are studied with the Japan Meteorological Agency’s 20km grid
global climate model. Results are compared to another study using the
CMIP3 ensemble model (hereafter Mariotti). In addition, our Tel-Aviv
University Regional Climate Simulations for the period 1960-2060 with grid
interval of 25 and 50 km are analyzed.
The projected mean annual change rate of precipitation (P) between future
and current run for sea and land, are -11% and -10%, respectively. Projected
changes for evaporation (E) are +9.3% and -3.6%, compared to +7.2% and 8.1% in Mariotti’s study. However, no significant difference of change in P-E
over the sea body is found. The increased E over the eastern Mediterranean
was found higher than in the western Mediterranean, but the P decrease is
lower. The net moisture budget, P-E, shows that the eastern Mediterranean
will become even drier than the western Mediterranean. The river model
suggests decreasing water inflow to the Mediterranean of about 36%
(excluding the Nile).
אקלימיים ויישומים לגידולי שדה ומזיקים-חישה מרחוק של מאפיינים טופו
2
ואורי דיין1איתמר לנסקי
אילן- אוניברסיטת בר, המחלקה לגיאוגרפיה וסביבה1
האוניברסיטה העברית בירושלים, המחלקה לגיאוגרפיה2
סקאלות אקלימיות נעות.צמחים ובעלי חיים ללא יכולת ויסות חום הגוף תלויים מאוד באקלים המקומי
טופו אקלים הינו האקלים הנגזר מהטופוגרפיה והוא מייצג תאי שטח.מהסקאלה הגלובלית עד למיקרו אקלים
צפיפות מדידות אופיינית מרשת תחנות מטאורולוגיות לא מאפשר לחשוף את רמת. מדרון וכדומה,כגון עמק
ניתחנו סדרות זמן של נתוני טמפרטורת קרקע. שימוש בנתוני לוויין נראה כפיתרון המתאים.הטופו אקלים
מנתוני הלוויין ניתן לראות.מלוויינים על מנת לחשוף תופעות אופייניות ברמת הטופו אקלים כגון קירור קרינתי
: נדגים את ההשלכות של השונות הנ"ל על מערכות חקלאיות.שונות גדולה במרחב ובזמן של האקלים המקומי
.גידולי שדה ומזיקים
68
זיהוי עננים באמצעות סדרות זמן של תמונות לווין
איתמר לנסקי,שילה שיף
אילן- אוניברסיטת בר,המחלקה לגיאוגרפיה וסביבה
אך, מהירה, המחקר שביצענו מציע שיטה ישירה.זיהוי עננים הנו שלב חיוני והכרחי בעיבוד מידע מלוויינים
) עבור סדרת זמןTemporal Fourier Analysis( באמצעות אנליזת פורייה עיתית.מדוייקת לזיהוי עננים
) אנו מקבלים פרמטריםMSG Meteosat Second Generation( ) של נתוני הלוויין האירופאי העומד2009-2010(
הן בתחום התרמאלי והן, במספר אורכי גל, בכל זמן,)המתארים את ההתנהגות הצפויה של כל פיקסל (במרחב
ושל ההחזריות של הפיקסל בתמונת לוויין נתונה לבין, השוואה של ערכי טמפרטורת הבהירות.בתחום הסולארי
השיטה. נותנ ת הפרשים אשר מהם ניתן להסיק לגבי הימצאות ענן בפיקסל,הערכים הצפויים מאנליזת פורייה
ובכך היא מאפשרת לאבחן התפתחות תת שריגית של,רגישה מאוד לכל שינוי בהתנהגות הצפויה של הפיקסל
אף כאשר טרם ניתן לזהותם בעין או באמצעות שיטות, כאשר עדיין הענן איננו מכסה את כל הפיקסל,עננים
.)nowcasting( לשיטה זו יש פוטנציאל לשפר חיזוי לזמן קרוב של אירועי גשם חריפים.קיימות
On the impact of flow-dependent covariances in data
assimilation of surface observations
Dorita Rostkier-Edelstein1and Josh P. Hacker2
1
IIBR, Israel
2
NPS, CA, USA
Successful nowcasting and forecasting of the state of the planetary boundary layer (PBL) is of
value for a wide range of practical forecasting applications e.g. convective initiation and forecasted
precipitation, air-quality analysis and plume dispersion, wind resource siting, real time wind power,
improved short-range model forecasts of local thermally-driven circulations.
In a recent paper Rostkier-Edelstein and Hacker (2010) presented a system that offers the
possibility of retrieving flow-dependent probabilistic nowcasts of the state of the PBL in columns
above existing surface-observation sites, at the cost of a few minutes per site on a desktop
computer. It is based on a single column model (SCM) of the atmosphere and ensemble filter (EF)
assimilation of surface observations. The EF uses flow-dependent covariances between the
surface and the atmosphere aloft to assimilate the information in the surface observations. Their
results showed that it is possible to nowcast skillful mean PBL profiles of wind, temperature and
mixing ratio under various flow scenarios with this system, up to several hundreds of meters AGL,
in particular at night time when PBL parameterization schemes fail.
A question that arises from the cited work and related studies using SCM and EFs is what the
needed degree of sophistication of the assimilation scheme to use with an SCM is. Would the
resulting nowcast PBL profiles be as accurate when assimilating the information in the surface
observations into background profiles using simpler techniques based on climatological
covariances?
69
In the present work we investigate the value of using the flow-dependent SCM/EF system by
comparing its deterministic and probabilistic skill to that of a reference system that is capable of
assimilating the information in the surface observations in a simpler manner. In this reference
system a deterministic mesoscale forecast (3D WRF) is adjusted using surface-atmosphere
climatological error covariances (calculated within the 3D WRF sample and conditioned on the
local time of day) and surface-forecast errors where surface observations are available. It may be
seen as a filtering technique based on climatological covariances. The adjusted profile is dressed
with the in-sample uncertainty distribution scaled by the most recent observed error.
The comparison results demonstrate that the flow-dependent SCM/EF shows advantage in a
wider range of flow scenarios than the simpler climatological dressing technique, in particular
under statistically-stable conditions and/or when the observed climatology is characterized by
wider variability. However, the SCM/EF may fail due to flawed flow-dependent covariances
resulting from biased PBL parameterizations. In this case the dressing technique using
climatological covariances is more successful.
המבנה הזונאלי החריג של זרם הסילון האטלנטי במהלך חורף – 2002-10
סיבות אפשריות והשלכות אזוריות
ד"ר אלי גלנטי* וד"ר נילי הרניק – החוג לגיאופיסיקה ,אוניברסיטת תל אביב
ד"ר אוליוויה מרטיוס – אוניברסיטת ברן ,שוויץ
החורף של חצי הכדור הצפוני ב 2009-10-התאפיין במצב שלילי מתמשך של ה ,NAO-טמפרטורות נמוכות
ביותר בצפון אמריקה ובאירופה (אשר קדם להן כיסוי שלג חריג מעל סיביר) ,תנאי אל-ניניו באוקיאנוס השקט,
ושתי התחממויות חריגות בסטרטוספרה ( .)Sudden stratospheric warmingsהיבט נוסף של אותו חורף,
אשר לא זכה לתשומת לב רבה ,הוא הזונאליות החזקה והחריגה של זרם הסילון מעל האוקיאנוס האטלנטי –
הזרם נע דרומה בחלקו המזרחי ,התחבר לזרם הסילון האפריקאי ,ויצר מבנה אזורי יוצא דופן שנמשך לאורך
החורף כולו.
במחקר זה אנו מאפיינים את המצב החריג הזה של זרם הסילון באוקיינוס האטלנטי על ידי הגדרת מדד
מתאים לחישוב מידת הזונאליות היוצאת דופן בחורף .2009-10אנו משתמשים במדד זה כדי למצוא חורפים
אחרים עם מבנה זרם סילון דומה ,וזאת על מנת לקבוע את היחס לתופעות אחרות ומשטרי זרימה אחרים,
כדוגמת מופעי ההתחממות הסטרטוספריים ,ה ,NAO-אל-ניניו ,מידת שבירת הגלים הסינופטיים ,והגרדיאנט
המרידיונאלי של טמפרטורת האוקיאנוס האטלנטי הסובטרופי.
אנו מראים כי זונאליות חזקה של זרם הסילון באוקיינוס האטלנטי קשורה למצב NAOשלילי ורוחות חלשות
בסטרטוספרה הנמוכה .אנו דנים גם בקשר לאל-ניניו ,אותו אנו מוצאים כתלוי במצב ה NAO-ובמבנה הרוחות
בסטרטוספרה התחתונה .נמצא גם שזרם סילון זונאלי באטלנטי מקושר גם לגרדיאנט מרידיונלי חזק של
טמפרטורת האוקיאנוס שם .אנו מוצאים כי במהלך החורף של ,2009-10שילוב של מצב אל-ניניו NAO ,שלילי
ומתמשך ,שתי התחממויות סטרטוספריות ,וגרדיאנט מרידיונלי חריף של טמפרטורת האוקיאנוס ,הוביל לתצורה
חריגה של זרם הסילון האטלנטי ,אשר התמידה במשך תקופה ארוכה מהרגיל .כמו כן ,אנו בוחנים כיצד
הסטטיסטיקה של שבירת הגלים הסינופטיים קשורה למבנה זרם הסילון ,ודנים במשמעויות האפשריות למזג
האוויר של הים התיכון.
71
?כמה סופות רעמים מתרחשות בכל רגע נתון ברחבי כדור הארץ
קולין פרייס ואלי גלנטי,קרן מזומן
אוניברסיטת תל אביב,חוג לגיאופיזיקה ולמדעים פלנטריים
ברקים100 עם ממוצע עולמי של, סופות רעמים פעילות בכל רגע2000- לפני כמאה שנים הוערך כי ישנם כ
אבל מה לגבי מספר סופות, בשניי בהתבסס על תצפיות לוויינים45- שונה שיעור הברקים לכ, מאז.בשנייה
) המודדת את מיקום וזמן הברקים על פני כלWWLLN( בעזרת רשת עולמית,הרעמים? בעבודה זו אנו בודקים
, מיום ליום, מה השונות משעה לשעה, כמה סופות רעמים פעילות יש בו זמנית ברחבי העולם,כדור הארץ
ניתן לאמוד בצורה, עם שיפור הכיסוי של רשתות קולטי הברקים העולמיות, רק כיום.ומאזור אחד למשנהו
וכן, המוצגות כאן נוטות לצמצם את מספר סופות הרעמים המקובל, תוצאות ראשוניות.אמינה פרמטרים אלו
.מצביעות על תבנית של מינימום ומקסימום יומי במספר הסופות הנובע ממיקומם על פני כדור הארץ
Sprite discharges on Jupiter, Saturn and Venus:
a Laboratory Investigation in Planetary Gas Mixtures
∗ D. Dubrovin1, S. Nijdam2 , E.M. Van Veldhuizen2, U. Ebert2,3, Y. Yair4,
C. Price1
1. Tel-Aviv University, Tel-Aviv 69978, Israel,
2. Department of Physics, Eindhoven University of Technology,
P.O.Box 513, 5600MB Eindhoven, The Netherlands,
3. Centrum Wiskunde & Informatica (CWI), P.O.Box 94079,
1090GB Amsterdam, The Netherlands,
4. The Open University of Israel, Ra’anana 43107, Israel.
Lightning was observed on Jupiter and recently on Saturn. Some evidence suggest electrical
activity on Venus. The charge accumulated within the lightning producing clouds, and the strong
electric fields induced by this charge prior to discharge may initiate sprite-like discharges in the
planetary atmosphere above the clouds and below the planetary ionosphere [Yair et al., 2009].
Sprites at mesospheric altitudes on Earth have been found to be physically similar to streamer
discharges in air at sea level density. Based on this understanding, we investigate possible sprite
discharges on the Gas Giant planets and on Venus through laboratory experiments on streamers
in appropriate CO2-N2 and H2-He mixtures and variable pressures. Streamer diameters,
velocities, radiance and overall morphology are investigated, by means of fast ICCD camera
images [Dubrovin et al., 2010], and scaling laws are confirmed by examining minimal diameters of
streamers. The spectrum of the discharges is measured. It is dominated by the minority species N2
on Venus, and by the radiative dissociation continuum of H2 in the near UV on the Gas Giants.
The spectrum of a fully developed spark is also measured. The spectrum in the hot plasma
discharge (similar to lightning) is markedly different from the spectrum created by the cold plasma
of the streamers.
70
Yair, Y., Y. Takahashi, R. Yaniv, U. Ebert, and Y. Goto (2009), A study of the possibility of sprites
in the atmospheres of other planets, J. Geophys. Res., 114, E09002,
doi:10.1029/2008JE003311
Dubrovin, D., S. Nijdam, E. M. van Veldhuizen, U. Ebert, Y. Yair, and C. Price (2010), Sprite
discharges on Venus and Jupite-like planets: A laboratory investigation, J. Geophys. Res.,
115, A00E34, doi:10.1029/2009JA014851.
התפלגות מרחבית-עיתית של ברקים באזורנו והקשרם למערכות הסינופטיות
2
סיגלית שלו ,1טל איז'ק ,1הדס סערוני ,1יואב יאיר 2וברוך זיו
1החוג לגיאוגרפיה וסביבת האדם ,אוניברסיטת תל אביב 2האוניברסיטה הפתוחה ,רעננה
ההתפלגות המרחבית-עיתית של ברקים באזור דרום הלבנט וישראל נלמדה מנתוני ברקים שהתקבלו ממערכת
לניטור ברקים ( )LPATS-Lightning Position And Tracking Systemהמופעלת על ידי חברת החשמל הישראלית.
למערכת זו כיסוי אזורי עד טווח של ~500ק"מ סביב מרכז הארץ ,אזור הכולל את מזרח הים התיכון ,ישראל,
לבנון ,מערב סוריה וירדן והחלק המזרחי של חצי האי סיני והים האדום .תקופת המחקר כוללת 5שנים.
ההתפלגות המרחבית של צפיפות הברקים מצביעה על ריכוז גבוה יותר מעל אזורי הים ,והיא מיוחסת
לתרומה של שטפי החום הכמוס והלחות הדומיננטית בשקעים חורפיים (קפריסאיים) .ריכוזים נוספים של
צפיפות ברקים גבוהה מופיעים לאורך מישור החוף ומבטאים את השפעת החיכוך של קו החוף ,ולאורך מחסומים
אורוגרפים ,בעיקר בצפון הארץ.
ההתפלגות התוך שנתית מציגה העדר מוחלט של ברקים באזורנו בעונת הקיץ ( ,)JJAומיוחסת לקביעותה של
הרמה הסובטרופית מעל האזור .הרוב המכריע של פעילות הברקים מתרחש במהלך 7החודשים בין אוקטובר
ואפריל .למרות שיותר מ 65% -מהגשם יורד בחודשי החורף המרכזיים ( ,)DJFרק 35%מהברקים נמדדו
בחודשים אלה .אוקטובר הוא חודש עתיר ברקים ,ובו התקבלו 40%מסך הברקים הכולל .ריבוי הברקים
באוקטובר מיוחס לאירועים של אפיק ים סוף "פעיל" ,המאופיינים באי יציבות סטטית גבוהה מאוד ,אך גם
לאירועים הקשורים במערכות של שקעים חורפיים.
שקעים קפריסאיים הם המערכת הסינופטית אשר תורמת את עיקר הגשם בישראל (מעל ,)80%אך רק 42%
מסך הברקים שמעל ישראל ,ואילו אפיקי ים סוף ,שתרומתם לכמות הגשם קטנה ,אחראים ל 48% -מסך
הברקים .עם זאת ,בחורף 66%מהברקים משויכים לשקע קפריסאי ו 25% -לאפיק ים סוף ,בעוד שבחודשי הסתיו
היחס הפוך :רק 27%משויכים לשקע קפריסאי והרוב ( )63%מתרחשים תחת השפעה של אפיק ים סוף .נמצא כי
ביותר מ 80% -מהימים שהוגדרו כשקע קפריסאי היו ברקים ,עובדה המעידה על אי היציבות הקשורה בשקעים
אלו ואילו באפיקי ים סוף נצפו ברקים ב 60% -מהימים ,זאת למרות העובדה שרבים מימי אפיק ים-סוף
מאופיינים בהעדר משקעים .ברקים אלה נצפו בחלק ניכר מן הימים מחוץ לגבולות ישראל .בבחינת התפרוסת
המרחבית של הברקים באירועים של אפיקי ים סוף נמצאו שני דגמי תפרוסת שונים ,האחד בו רוב הברקים הינו
מעל היבשה ,בעיקר בחלקים המזרחיים והדרומיים של האזור ,והשני בו רוב הברקים מעל הים בדומה לדגם
המרחבי של התפלגות הברקים בשקעים קפריסאיים.
הח לוקה המרחבית של ברקים חיוביים ושליליים לקרקע נבדקה אף היא .ברקים חיוביים מהווים כ 6%מסך
הברקים והם מרוכזים יותר ממזרח לקו החוף ובפנים הארץ .תוצאה זו עשויה להיות מוסברת על ידי הנטייה
האלכסונית המוגברת של ענני סערה כתוצאה מפגישתם עם החוף ,מה שמוביל לקבלת "דיפול מוטה" אשר גורם
לקבלת אחוז גבוה יותר של ברקים חיוביים .תוצאות דומות נמצאו בחוף המערבי של יפן בעונת החורף.
72
A hybrid WRF-3DVAR and FDDA modeling system for
mesoscale data assimilation and weather prediction
Wei Yu 1 , Yubao Liu 1 , Zhiquan Liu 1 , Craig Schwartz 1 , Dorita Rostkier-Edelstein 2 ,
Adam Piterkovski
1. National Center for Atmospheric Research, Boulder, Colorado, USA.
for Biological Research,
2. Israel Institute
Ness-Ziona, Israel
NCAR Real–Time Four–Dimensional Data Assimilation (RTFDDA) and forecasting system
is a WRF-based multi-scale 4-dimensional weather analysis and prediction system. Its
ability to effectively use diverse types of observations available at irregular times and
locations makes the system very competitive to support various weather-critical
applications. Recently, the RTFDDA system has been enhanced with an incorporation of a
3DVAR capability and a method to combine 3DVAR analysis into RTFDDA. The new
development aims at improving the real-time weather analysis and forecasting over datasparse regions by assimilating nonconventional observations, such as GPS radiooccultation profiles and satellite radiance measurements. In the hybrid RTFDDA-3DVAR
modeling system, grid-nudging/spectral nudging methods are adapted to “glue” WRF3DVAR analyses into RTFDDA. WRF-3DVAR assimilates both conventional and
unconventional (e.g. polar-orbiting satellite radiance) data. This hybrid modeling system
conserves not only the capability of RTFDDA for creating dynamically and adiabatically
“spun-up” initial conditions for each forecasting cycle, but also the advantages of the WRF3DVAR analysis capabilities. In this paper, we will present the system framework and the
results of numerical experiments that are designed to understand and refine the
performance of the key components of the data assimilation procedure, including WRF3DVAR specifications, 3DVAR background-error optimization, radiance data processing
and assimilation, grid-nudging settings, and also the preliminary findings through case
studies and semi-operational parallel runs for a model domain in the Eastern
Mediterranean.
WRF-RTFDDA SIMULATIONS IN THE EASTERN
MEDITERRANEAN REGION USING USGS AND MODIS LAND
COVER DATASETS
Yongxin Zhang1*, Yubao Liu1, Dorita Rostkier-Edelstein2, Will Y. Y.
Cheng1, Ming Ge1, Yuewei Liu1, Tom Warner1 and Adam Piterkovski
1
NCAR/Research Applications Laboratory, Boulder, Colorado, U.S.
2
Israel Institute for Biological Research, Ness-Ziona, Israel
The WRF based RTFDDA (Real-Time Four-Dimensional Data Assimilation and
forecasting) system, WRF-RTFDDA, is employed for weather forecasting in the Eastern
73
Mediterranean Region. WRF-RTFDDA is a multi-scale and rapid-cycle system that
assimilates diverse conventional and unconventional weather measurements and provides
dynamically and physically consistent 4-D “spun-up” analyses and predictions. Accurate
specification and modeling of local terrain, land cover and soil properties are important for
regional weather simulations. This work presents sensitivity studies and refinement of
various underlying forcing factors in WRF-RTFDDA system for the region.
Our analyses will be focused on identifying the differences in land use in the USGS and
MODIS land cover datasets, examining the modeled land-surface responses to the
differing land cover, and refining the overall model specifications at surface. The USGS
data were based on AVHRR measurements between April 1992 and March 1993, while
MODIS data were based on MODIS measurements between July and December 2000.
Comparisons between the USGS and MODIS land cover indicate that the USGS data
noticeably miss the land-cover changes since 1993.
In addition, approaches for defining and improving coastlines in the high-resolution
WRF-RTFDDA system and the simulated impacts will be described. Case study results will
be reported to illustrate the impacts of the differing land surface properties on the evolution
of boundary layer, land-sea, and mountain-valley circulations under different synoptic
situations.
Measurement of Ice Nuclei in the Eastern Mediterranean
and Antarctica
Karin Ardon Dryer1,2 and Zev Levin1
1
Department of Geophysics and Planetary Science, Tel Aviv University, Israel
2
The Porter School of Environmental Studies, Tel Aviv University, Israel
Air pollution aerosols as well as aerosols from natural sources affect our health, our
environment and our climate on a local and global scale. The effects of aerosols from air
pollution on the formation of warm clouds that only contain water are fairly well
understood. On the other hand the effects of aerosols pollution on the formation and
growth of ice crystals in mixed phase clouds is not clear. Ice is formed in clouds by
nucleation on very special particles called ice nuclei. These particles are a very small
subset of the total aerosol population and are also present in much smaller concentrations
than the cloud condensation nuclei in the atmosphere. In addition, these particles vary
from place to place and from season to season and their efficiency as ice nuclei is affected
by pollution in ways that are not yet clear.
The objective of this study is to understand the variation in the concentration and
efficiency of ice nuclei (IN) (i.e. the temperature and saturation ratio at which
heterogeneous nucleation of ice takes place by immersion, deposition and condensation
74
freezing) in polluted and pristine areas and develop parameterization for use in numerical
models of clouds, precipitation and climate. For this purpose IN were measured in the
Eastern Mediterranean (for comparison with measurements in Germany) and in Antarctica.
75
FIRST ANNOUNCEMENT
- DECEMBER 2010 -
Forecasting the weather ensemble techniques in probabilistic
weather prediction
Ensemble weather prediction systems
are widely used today providing the means
for a better representation of uncertainties in
both the initial conditions and the forecast models.
The challenges are to develop further a wider
range of probabilistic forecast products, and to
support customers in using uncertainty information to
manage weather-related risks effectively. Special emphasis
will be given to forecasts of high-impact weather events.
11TH EMS ANNUAL MEETING &
10TH EUROPEAN CONFERENCE ON APPLICATIONS OF METEOROLOGY
12 – 16 SEPTEMBER 2011
DAHLEM CUBE I BERLIN I GERMANY
11th EMS Annual Meeting
10th European Conference on Applications of Meteorology
The programme: themes & topics
ECAM: applied meteorology
The atmospheric
system and its interactions
The ECAM-sessions will cover the different
perspectives of forecasters, developers and users.
Probabilistic forecasts require both new products and
new ways to communicate probabilistic information
to the public and customers; customer requirements
will be discussed under all topics.
The development of high resolution guidance
will be discussed with respect to the difficulty
forecasters face in translating this abundant
information into forecast products.
Customer requirements for extreme
weather forecasts will focus on areas such as
aviation, energy, transportation and
agriculture.
The ASI session programme is intended
for papers addressing our understanding,
observing and modelling of atmospheric
processes and the water cycle, including
feedback mechanisms and integrative studies.
The ASI session papers thus mostly describe
scientific activities upstream of thoses addressed
in the NWP and ECAM programme.
The sessions also provide plenty of hooks for related
sciences and applications: hydrology,
agrometeorology, air quality,
oceanography, etc.
Numerical weather prediction
The emphasis of the NWP programme will be on
Communication and education
development and operational use of numerical models:
• Studies on efficient and robust numerical schemes for
The CE programme welcomes discussions
super-computers, modelling of processes relevant to weather
on
the
provision
of meteorological and climate information
forecasting, data assimilation algorithms and the use of
to
society:
the
media, the interactions, the impacts.
observations, probabilistic techniques,
The
conference
will provide a platform to exchange
• Operational interpretation and use of NWP output, including automaexperience
on
far-reaching
issues such as the development
tic interpretation algorithms and subjective interpretation by forecasters.
of
adaptation
strategies
on regional, national and
NWP activities include both research and operational aspects. The
international
levels,
communication
within and through
operational aspects involve the forecaster, and increasingly specific
all
types
of
media,
customer
orientation
of meteorological
users dedicated to one application. Following the theme of the
and
climate
information,
practices
and
advances in
EMS&ECAM 2011, particular focus will be on ensemble techniques
education
of
atmospheric
sciences
as
well as
and probabilistic use of NWP.
the
role
of
meteorology
in
the
education
NWP topics rely on the availability of observations, understanprocess,
biometeorology
and
ding of atmospheric processes and modelling activities
Climate
history of meteorology.
addressed in other parts of the programme, in
particular ASI sessions.
The CL session programme
focusses on the broad range of climatological
issues concerning society and ecosystems:
climate and climate change as resource and chance
- climate and climate change as risk and danger.
The key task of climatologists still remains to quantify and
analyse the climate from the past and into the future,
however demands have expanded to questions on user
needs, climate management and climate policies.
Therefore Climate Services is the leading thread of
the CL programme. It will cover all appropriate
methods and tools to meet the requirements
of 21st century’s climate challenges.
TIMELINE
February 2011
25 March 2011
Call for papers
Deadline submission of abstracts with
award/waiver applications
21 April 2011
Deadline submission of abstracts
27 June 2011
Letter of schedule
15 August 2011 Pre-registration closes
CONTACT
Martina Junge: e-mail: ems-sec(at)met.fu-berlin.de
If you would like to propose a new topic for the session
programme please contact Martina Junge.
Information on exhibition opportunities will become
available in early 2011.
meetings.copernicus.org/ems2011
לזכרם
אורי שרגא שטיפל ז"ל [תרע"ז-תשע"א (])1917-2010
אורי שרגא שטיפל נולד ב 1917-בעיר קאסל שבגרמניה .בגיל 16יצא להכשרה
בצרפת ולאחר תלאות שונות ,עלה לארץ בשנת ,1938הישר לגרעין חפץ-חיים
שישב אז בגדרה .מאז ועד יומו האחרון היה שרגא חבר בקבוץ חפץ-חיים .שרגא
עסק בחקלאות ,בעיקר במטעים ובכרמים של הקבוץ .במקביל עסק שרגא
בתחביבים שונים:
לימודי קודש בראש ובראשונה שרגא היה תלמיד חכם ואת כל עתותיו
הפנויות הקדיש ללימודי קודש .שרגא למד קבוע עם חברים בקבוץ שהיו
מעוניינים בכך וכמובן גם לבד.
אסטרונומיה תחום בו החל להתעניין במהלך שרותו במשמר החוף בשנת
,1942כאשר השתעמם במהלך שמירת לילה ולמד מתזוזת הכוכבים להעריך
את הזמן שחלף .מאז היה שרגא חבר באגודת האסטרונומים החובבים.
גימטריה שרגא אהב את משחקי
המספרים ,והכין לכל חבר בקבוץ ולכל
קרוב משפחה פסוקים שונים לקראת
שמחות אישיות המתאימים לשמותיהם,
ובכל שנה ,לקראת ראש השנה – הכין
ברכות עם פסוקים בסכום גימטרי של
השנה העברית.
מטאורולוגיה עם השירות המטאורולוגי
היה שרגא בקשר החל משנת .1946הוא
מצא מודעה מהשמ"ט הבריטי המזמינה
מי שמעוניין במד גשם לפנות לשרות
המטאורולוגי-המנדטורי .אחרי אישור
ממזכירות הקיבוץ קבל שרגא את מד
הגשם הראשון שלו .מאז התחיל במדידת
גשם כ"צופה מתנדב" ,וכך במשך 54
שנים שלח שרגא את ממצאיו לשמ"ט.
בתחילת ינואר 1970החל בהפעלת תחנה
מטאורולוגית קטנה ,עם 4תרמומטרים ,מד
רוח ,לחות וכו' בתוך סוכה סטנדרטית
שקנה מהשמ"ט .במקור התחנה נבנתה על
יד משק ילדים – לטובת ילדי הקיבוץ .אך
שרגא ,כדרכו ,לקח את העניין ברצינות
תהומית .השמ"ט דאג לתקינות התחנה
ובתמורה קבל משרגא נתונים מסודרים כל
חודש ,עם סיכומים של שלישי חודש ,חודש
ושנה.
עד לאותה תקופה בה שרגא נכנס
למדידות האקלימיות ,המגמה הכללית
בקרב חקלאים היתה כי ההשפעות
העיקריות על טיב היבול הן :טיב הקרקע
ועיבודו ,השקיה ומלחמה במזיקים
ובמחלות .מאחר ועיקר עיסוקו של שרגא
בקיבוץ היה חקלאות ,שרגא זיהה מהר
78
מאוד את המשמעות הרבה שיש להשפעת האקלים (כיווני רוח ,לחות ,משקעים וכו') על טיב וכמות היבול ,והעביר
את הנתונים שלו גם למדריכי מטעים וחקלאות של משרד החקלאות באזור.
בהנחיית מר דני אלבשן ז"ל הוציא שרגא ב 1979-חוברת (כ 100 -עמודים) "אקלים חפץ-חיים" עם ניתוחים
שונים של הנתונים שאסף במשך 10שנים.
בשנת 2000עבר שרגא אירוע מוחי ,שבעקבותיו הפסיק עם המדידות היומיות אך המשיך לעקוב בקביעות
אחרי השתלשלות מזג האוויר בקבוץ ובכלל.
בשנת 1977הקים שרגא את ארכיון הקבוץ ,ארכיון שמכיל מאות אלפי פריטים הכוללים מסמכים ,תמונות
ותיעודים שונים של היסטורית הקבוץ ,חברי הקבוץ ,תנועת האם של הקבוץ ועוד .עשרות תלמידים וסטודנטים
נעזרו בח ומר לשם כתיבת עבודות החל מעבודות תיכון ועבודות אקדמיות בכל הרמות ועד דוקטורטים .עד יומו
האחרון ניהל שרגא את הארכיון ביד רמה.
שרגא היה איש אהוב על כל מי שנתקל בו בתחום כלשהו בחייו .למרות שהיה ערירי ,בכל פעם שביקרנו אצלו היו
שם אנשים ש"קפצו לביקור" לשיחת רעים מעניינת ומרתקת.
שרגא נפטר בי"ט בחשוון תשע"א ,הוא יחסר לרבים...
ת.נ.צ.ב.ה
אחייניתו – רחל קסנר.
מכתבו של שרגא שטיפל מחפץ חיים למשפחתו של דני אלבשן ז"ל
ערב לזכרו של אלכס מנס ז"ל (כ' אדר א' תשע"א – (24/02/11
דברים לזכרו של אבא
לפני מספר חודשים הלך אבינו ויקירנו לעולמו לאחר מאבק קשה ואמיץ במחלה ארורה ,והותיר בכל מכיריו ומוקיריו
חלל גדול ,אשר הזמן אינו מעמעם.
לכתו של אדם קרוב מותיר תמיד חלל עצום וכאב רב ,אך במותו של אבא היה מימד נוסף אשר מקשה עוד יותר את
ההתמודדות עם לכתו :אבא היה איש מעשה בעל חיוניות אדירה ,חוט שידרה מוסרי מוצק ביותר ,ובעל תפיסת עולם
רציונאלית ,חדה ומפוקחת.
השיחות עימו בהם חשף תמיד את זווית ראייתו המיוחדת ואת אהבת האדם הגדולה שהייתה טבועה בו הן החסרות לנו
ביותר ,ומזכירות לנו עד כמה רבה יכולה להיות החיוניות הטבועה באדם אחד ,שקט וצנוע כשהיה.
79
אינני יודעת מה היו נסיבות
החיים שעיצבו אצל אבא את
תפיסת עולמו
הייחודית ,ואת
אהבתו הרבה למעש ולעבודה,
כמו גם את התיעוב שחש כלפי
הבטלה .אינני יודעת גם אם זה
משנה .העובדות היו פשוטות :גם
בגיל שמונים ,כשגופו קמל ומכווץ
וכשהוא סובל מכאבים עזים
ביותר
עקב
התפשטותה
של
המחלה ,המשיך אבא לעבוד
שעות רבות ביום .הוא לא הכיר
מבני המשפחה
דרך אחרת .הליכה סתמית לקניון
או לבית קפה ,או יציאה לחופשת בטן גב עוררו בו אי נוחות ומבוכה .המקום בו הרגיש אבא הכי בנוח היה משרדו בשירות
המטאורולוגי אותו נהג לפקוד גם בשבתות וחגים.
רק כשהתגברה מאוד מחלתו עד שנזקק למקל הליכה ,הפחית מעט אבא את ביקוריו בשירות ,רק כי הובך מעצם
המחשבה כי עמיתיו יראוהו במצב זה.
נדמה לי שמעל לערכי העבודה ,המעש והתרומה בהם הוא האמין ודבק ,אבא החשיב יותר מכל את הסולידריות בין אדם
לאדם ,ואת הצורך במוסר ובצדק חברתי .בחירתו של אבא בערכים אלו לא הייתה טריוויאלית :אבא לא היה אדם מאמין
ולא נמנה על אלו הדבקים בקיומה של השגחה עליונה ושל שכר ועונש .הבחירה בערכים אלו גם לא נבעה מהשקפה רומנטית
או אסתטית כזו או אחרת .אבא האמין פשוט כי צדק חברתי ,מוסר וסולידריות הינם הכרחיים לקיומם ויציבותם של
החיים החברתיים ,ולקיומו של כל ארגון ומוסד .ואולי ,רציונליזציה זו של הצדק והמוסר הייתה רק חלק מהעניין .אולי
הייתה זו אהבת הזולת שהייתה טבועה באבא משחר נעוריו ,אשר ניתבה את דרכו ושלטה במעשיו.
השירות המטאורולוגי היה שזור בחייו של אבא ,ומילא בהם תפקיד מרכזי .לפעמים נדמה היה כי חייו המקצועיים
והאישיים פשוט נשזרו יחדיו עד כי לא ניתן יותר להבחין בניהם .כפועל יוצא של הדברים ,גם חיינו כמשפחה הושפעו מכך
מאוד .כך למשל ,מושגים כגון מב"ס ואינוורסיה ורבים אחרים היו שגורים בפינו ,ולמרות שלא הבנו את פשרם ,ידענו כי הם
חשובים לאבא .כה חשוב ומשמעותי
היה השירות המטאורולוגי לאבא עד
כי המשיך לעבוד ולתרום לו גם שנים
רבות לאחר שפרש .לא פעם אני זוכרת
אותו עומל על הכנת התחזית השנתית,
והכל בהתנדבות וללא כל תמורה.
אנו מקווים כי תזכרו את אבא ,לא
רק כמטאורולוג ומדען בכיר ומוצלח
ככל שהיה ,אלא אולי אף ובעיקר
כאדם משכמו ומעלה .כזה הוא היה.
השפעתו על עיצוב עולמינו המוסרי
והערכי היא עצומה .אנו מקווים כי
המארגנת ד"ר תהילה גיא ,תלמידתו של מנס ,פותחת את הערב
הוא נגע גם בכם.
תודה
81
© Copyright 2024