טמפרטורת פני ים המלח
מדינת ישראל STATE OF ISRAEL משרד התשתיות הלאומיות THE MINISTRY OF NATIONAL INFRASTRUCTURES מינהל המחקר למדעי האדמה EARTH SCIENCE RESEARCH ADMINISTRATION טמפרטורת פני ים המלח רוני נהוראי ,1,2נדב לנסקי 1ואיתמר לנסקי 1 2 אדר תש"ע ,מרץ 2010 2 המכון הגיאולוגי אוניברסיטת בר אילן ,המח' לגיאוגרפיה וסביבה מס' דו"ח ES-14-2009 GSI-40-2009 PUBLICTION DOCUMENTATION PAGE 1. Publication No. 2. ES-14-2009 3. Recipient Accession No. 4.Title and Subtitle The Dead Sea surface temperature – in situ measurements 5.Publication Date Mar/10 6. Performing Organiz. Code 7. Author (s) 8. Performing Organiz. Rep. No. Nehorai R, Lensky NG, Lensky IM GSI-40-2009 9. Performing Organization Name and Adress Geological Survey of Israel, 30 Malkhe Israel St., Jerusalem 95501, Israel Department of Geography and Environment, Bar-Ilan University, Ramat-Gan 52900, Israel 10. Project/ Task / Work Unit No. 12.Sponsoring Organigation (s) Name and Address (a)The Ministry Of National Infrastructures P.O.B. Box 13106, 91130 Jerusalem 13. Type of report and period covered 11. Contrct No. 28-17-051 Final, 2009 14. Sponsoring Organiz. Code 15. Supplementary Notes 16. Abstract (Limit 200 Words) The skin temperature in water bodies may be significantly different than the water a few centimeters below. This reflects the different physical processes that act on the surface than on the water body such as latent and sensible heat and long wave radiation exchange. The Dead Sea physical and chemical conditions are different from lakes worldwide. In this report we present new results on the relation of bulk and skin temperatures and the role of the atmospheric forcing on the dynamics of the skin layer in the Dead Sea. The measurements include long wave radiation of the atmosphere and of the sea surface; termistors measuring temperatures at the upper few centimeters, and meteorological measurements (provided by IOLR). All sensors are located in a buoy in the Dead Sea. The results include time series of the temperatures of sea surface, water, air, solar radiation and wind speed. We show that the surface temperature time series are very similar to the air temperature and are significantly different than the water temperature in all seasons, where in the winter the difference is largest. We discuss the implications of the new results on the calculation of energy balances and evaporation rate. 17. Keywords Dead Sea, SST, remote sensing, radiation, diurnal cycle 18. Aviability Statement 19. Security Class 20. Security Class (This Report) (This Page) 21. No. of Pages 17 22. Price תוכן העניינים: .1 .2 .3 .3.1 .3.2 3.3. .4 4.1. 4.2. .5 .6 .7 תקציר 1 ....................................................................................................... מבוא 2 ......................................................................................................... שיטות המחקר 4 ............................................................................................ מדידות טמפרטורת המים )4 ......................................................... (bulk נתוני קרינה ארוכת הגל ומדידת טמפרטורת פני המים )4 ....................(skin נתונים מטאורולוגיים 5 ................................................................................. תוצאות 6 ...................................................................................................... המחזור היומי והעונתי של שכבות ה skin-ו6 .......................................... bulk- השפעת התנאים המטאורולוגיים על טמפרטורת פני הים 9 ................................. דיון 11 ......................................................................................................... תודות 12 ...................................................................................................... ביבליוגרפיה 12 ............................................................................................. רשימת איורים: איור :1מכשירי מדידה. איור :2סדרות זמן של המחזור היממתי של טמפ' פני הים ושל המים והאוויר בעונות השונות. איור :3סדרות זמן של המחזור היממתי של טמפ' פני הים ושל המים והאוויר ,קרינה סולרית ומהירות רוח בעונות השונות. טבלה: רשימת מושגים .1תקציר טמפרטורת פני המים של גופי מים מהווה נדבך חשוב בחקר האינטראקציה בין האטמוספרה והים ומשמשת כגורם מרכזי במודלים אטמוספריים ,מודלים לחיזוי מזג אוויר ולשינויי אקלים ולמאזני אנרגיה ואידוי .דרך שכבת הגבול הדקיקה של פני המים ) 10מקרון( עוברים בין גוף המים והאטמוספרה שטפי חום כמוס ומוחשי ,קרינה ארוכת גל )תרמאלית( וכן איבוד המים באידוי .על שכבת הגבול פועלים תהליכים שונים מאשר בגוף המים שמתחת ובהתאם הטמפרטורה בהן שונה .נושא זה ,עם כל חשיבותו ,נמצא עדיין בדיון מתהווה והתיאור שלו עדיין לא מושלם .כל שכן שיישום של ההבנות הקיימות למצב בים המלח ,בו תכונות המים ופני המים שונות משאר גופי מים שתוארו עד כה )בעיקר ימים ואגמי מים מתוקים( .בדו"ח זה אנו מציגים תוצאות עבודה במימון המנהל למדעי האדמה ,שנותנת תיאור של טמפרטורת המים ופני המים בים המלח ואת הקשר לגורמים האטמוספריים המאלצים .בעבודה זו נעשה שימוש ברדיומטרים של קרינה ארוכת גל המודדים קרינה אטמוספרית וקרינה מפני הים ,טרמיסטורים המודדים את טמפרטורת פני המים בסנטימטרים העליונים ,ונתונים מטאורולוגיים )מחיא"ל(, שנמדדו במצוף של חיא"ל בים המלח .תוצאות המחקר כוללות הצגת סדרות זמן של הגורמים הללו שמדדנו ,מהם תוארו המחזור היממתי והשינויים העונתיים של אלו .מצאנו שסדרת הזמן של טמפרטורת פני הים בים המלח דומה מאוד בערכים ובמגמות לזו של טמפרטורת האוויר ,ושונה משמעותית משל טמפרטורת המים .התופעה חזרה בכל העונות ,למרות שמצב הים שונה בעונות השונות .בחורף הים מעורבל לחלוטין מפני המים עד הקרקעית ,ואילו בקיץ קיים שכוב יומי של מטרים ספורים ושכוב עונתי של שלושים מטר .לתוצאות המחקר השלכות לגבי חישוב מאזני האנרגיה ,ומשם גם לחישוב קצב האידוי בים המלח ,המתבססים על טמפרטורת פני המים .עד כה חושבו המאזנים על בסיס טמפרטורת המים בעומק מטר ,ואילו כאן אנו מציעים לעדכן את החישובים לפי הממצאים החדשים. .2מבוא טמפרטורת פני הים ) (SSTמהווה נדבך חשוב בחקר האינטראקציה בין האטמוספרה והים ומשמשת כגורם מרכזי במודלים אטמוספריים ,במודלים לחיזוי מזג אוויר ושינויי אקלים ולמאזני אנרגיה ואידוי .טמפרטורת ה SST-מייצג שכבת גבול דקה מאוד בפני הים בעלת עובי של 10מקרון ) ,(skin layerדרכה עוברים שטפי חום כמוס ומוחשי וקרינה ארוכת גל )תרמאלית( בין הים והאטמוספרה ,וכן איבוד המים באידוי ) .(Emery et al., 2001בשכבת הגבול פועלים תהליכים שונים מאשר בגוף המים שמתחת ,ובהתאם הטמפרטורה בהן שונה )בהקשר זה טמפרטורת פני המים מכונה skin -וטמפרטורת גוף המים.(bulk - הגורמים המשפיעים על שכבת הגבול נחקרו בשנים האחרונות ,ובפרט השפעת הרוח והגלים וערבול שכבת המים העליונה ) Emery et al., 2001; Donlon et al., 2002; Osech et .(al., 2005; Barton, 2001הרוח נמצאה כגורמת לערבול שכבת המים העליונה ולקירור שכבת הגבול ותנועת הגלים גורמת לשבירת השכבה שמתחדשת בפרק זמן של פחות משניה ) Jessup .(et al., 1997מפל הטמפ' בין skinל bulk-בגוף המים )מכונה skin effectומצוין ב(ΔT- משתנה בין היום והלילה ותלוי במהירות הרוח .ניתן לאפיין את מפל הטמפרטורה בשני מצבים: ) (1במשך היום והלילה בהמצאות רוח חזקה טמפ' עמודת המים העליונה אחידה ,כאשר טמפ' ה- skinקרה מטמפ' ה (2) ;bulk-במשך היום בהמצאות רוח חלשה וקרינת שמש חזקה טמפ' שכבת המים העליונה תרד בהדרגה עם העומק .טמפ' ה skin-נמוכה מטמפ' ה bulk-במקרונים העליונים ,אך גבוהה מה bulk-במטרים העליונים של עמודת המים ).(Donolon et al., 2002 בנוסף לתלות של מפל הטמפרטורה במהירות הרוח ,נמצא קשר גם לשטף החום בין הים והאוויר ולמפל הטמפרטורה במטר העליון של הים ) .(Wick et al.,1996מפל הטמפ' ) (ΔTעומד על 1oC בקירוב ,לפיכך ,השימוש הנפוץ בתרמומטרים או טרמיסטורים שמודדים את טמפרטורת הbulk - כמייצג למדידת טמפרטורת פני המים ,skin -עלול לגרום לסטיות משמעותיות בחישוב שטפי חום והאידוי על סמך מדידות אלו ) .(Zulicke, 2005התהליכים הפיסיקליים השולטים ב ΔT-משתנים כתוצאה מהתנאים הסביבתיים ומשתנים במחזור היומי והעונתי .לפי (2001) Emery et al. קיימים שלושה משטרי ערבול בגוף המים המשפיעים על ה:ΔT - ) (1קונבקציה חופשית .במשטר זה מהירות הרוח נמוכה מאוד ולכו פני הים יציבים. הפרש ה ΔT-נקבע בעיקר על ידי שטפי החום הגורמים להתקררות שכבת ה .skin-כתוצאה מהתקררות השכבה היא הופכת לבלתי יציבה ,שוקעת ומוחלפת במים חמים יותר המגיעים מעמודת המים מתחת ל ,skin-כך ש ΔT-יהיה יחסית גבוה. ) (2קונבקציה מאולצת ע"י רוח .במשטר זה ΔTמושפע הן משטפי החום והן ממהירות הרוח .פעולת הרוח על פני המים גורמת לערבול ולהתחדשות ה .skin-מתחת לשכבת הskin- גורם הערבול לאחידות בטמפרטורת עמודת המים העליונה ו ΔT-יחסית נמוך. 2 ) (3קונבקציה מאולצת ע"י שבירת גלים .במשטר זה הטמפרטורה של שכבת הskin- מושפעת מתנועת גלים קטנים מאוד .גלים אלו גורמים לשבירת ה skin-בתדירות גבוהה ותהליך התחדשותה יהיה תלוי בשטפי החום בלבד .ככל שתדירות השבירה עולה ,מואטת ההשפעה של שטפי החום על קצב התחדשות ה ,skin-טמפ' ה skin-ו bulk-ישתוו ,וכתוצאה מכך ΔTיהיה קרוב לאפס .חשוב להדגיש כי משטרי ערבול אלו יכולים לעבוד בצורה סימולטאנית ובכך לווסת את גודל .ΔT בספרות המדעית קיימת מחלוקת לגבי השפעת הרוח על .ΔTלפי ) Sclussel et al. (1990מתקיים הפרש גבוה ב ΔT-במהירות רוח גבוהה ואילו לפי Coppin et ) al. (1991במהירות רוח נמוכה .הערכים הממוצעים של ΔTנבדקו על ידי מודלים ועומדים על 0.30kבלילה ו 0.180k-ביום במהירות רוח של 2.5מ'/שנייה ) Fairall et al., 1996; Wick et al., .(1996 מעט מאוד ידוע על הדינאמיקה של שכבת הגבול של ים המלח בשל מיעוט המדידות של ה .skinבשלב הקודם של מחקר זה )במימון המינהל למדעי האדמה( אופיינה השונות המרחבית של טמפ' פני הים באמצעות חישה מרחוק מלוויינים ,ונעשתה השוואה מול הכוחות המאלצים כגון מהירות רוח ,קרינה סולרית וטמפ' אוויר )לנסקי וחובריו ;2007 ;2006 ,נהוראי וחובריו.(2008 , הממצא העיקרי ממחקר זה מראה שהרוח החזקה בלילה גורמת להרס שכבת הגבול ),(skin לאחידות בשדה הטמפרטורה של פני ים המלח ולערבול שכבת המים העליונה .הקרינה החזקה ואיתה החלשות עוצמת הרוח במהלך היום גורמות לבניית ה ,skin-ובד בבד לחוסר אחידות בשדה הטמפרטורה של פני הים ) .(Nehorai et al., 2009עדיין נותר לברר מהי ההשפעה של הכוחות הפועלים על שכבת הגבול של ים המלח ,ועד כמה משפיעות התכונות המיוחדות של האטמוספרה מעל ים המלח )שכוללת עמודת אוויר נוספת של למעלה מארבע מאות מטרים( על הקרינה הנקלטת בחיישן שבלוויין .לצורך כך פנינו במחקר זה לבניית מערך מדידות טמפרטורת פני המים באמצעות רדיומטרים הממוקמים מעל לפני המים בים ) (in-situועל ידי כך לנקות את האפקט האטמוספרי ולקבל סדרות זמן מפורטות כמקובל במחקר מסוג זה ) Osech et al., ,(2005ובדומה למערך המדידות באגם טאהו בארה"ב ) Hook et al., 2003; Hook et al., .(2005; Steissberg et al., 2005 3 .3שיטות המחקר השתמשנו בשלושה סוגי מדידות :טמפ' המים ע"י תרמיסטורים ,טמפ' פני הים ע"י רדיומטר ונתונים מטאורולוגיים .באמצעות נתונים אלו אופיינה התנהגות הטמפרטורה של שכבת הגבול ) (skinוטמפרטורת גוף המים ) ,(bulkהקשרים ביניהם והגורמים המטאורולוגיים המאלצים. .3.1מדידות טמפרטורת המים )(bulk לקבלת פרופיל טמפרטורה יותר עדין של שכבת המים העליונה ) 20ס"מ( ,הצבנו מסוף יולי 2008שלשה טרמיסטורים שרושמים את טמפרטורת המים כל דקה .הטרמיסטורים )תוצרת ,(Solnist Leveloggerהוצבו בעומקים של 10, 5ו 20 -ס"מ )חלק מהזמן עבד רק טרמיסטור אחד( .כדי לשמור על עומק קבוע קשרנו את הטרמיסטורים למצוף קטן .כדי להתרחק מהשפעת התחנה הצבנו את הטרמיסטורים לצד התחנה במרחק 2מ' )איור .(1 .3.2נתוני קרינה ארוכת הגל ומדידת טמפרטורת פני המים )(skin שני מדי קרינה ארוכת גל )תוצרת ,Kipp & Zonenדגם (CGR4הותקנו על המצוף לצורך מחקר זה מסוף יולי ) 2008איור .(1המכשיר רגיש לקרינה ארוכת גל מ 4.2 -עד 42מקרון )בתחום האינפרה-אדום התרמאלי( .מד הקרינה המכוון כלפי מטה מוצב בקצה של זרוע שמרוחקת 2מ' הצידה מהמצוף בגובה מטר מפני המים .מד זה קולט את הקרינה הנפלטת מפני הים ומעט מהקרינה האטמוספרית היורדת המוחזרת מפני המים .מנתונים אלה ניתן לחלץ את הטמפרטורה של שכבת הגבול .מד הקרינה השני מוצב ביחד עם מדי התחנה המטאורולוגית ,כ3- מ' מעל פני המים ,ומכוון כלפי מעלה )איור .(1מד זה קולט את הקרינה ארוכת הגל המגיעה מהאטמוספרה מודד החל מחודש מרץ .2007 מד הקרינה שמכוון למטה קורא את הקרינה הנפלטת מפני המים וגם את ההחזר מפני הים של הקרינה היורדת מהאטמוספרה .לכן יש להפחית מסך שטף קרינה הנמדד )↑ (Lאת ההחזר מפני המים של הקרינה האטמוספרית הנמדדת מהרדיומטר המופנה כלפי האטמוספרה . L ↓ - L ↑ − L ↓ (1 − ε ) = ε ⋅ σ ⋅ T 4 באופן הבא: כאשר ↑ Lו- L ↓ - הקרינה הנמדדת במכשיר המופנה למטה ולמעלה בהתאמה, - ε האמסיביות של גוף המים ו - 1-ε -ההחזריות מפני המים .בצד ימין של המשוואה הקרינה הנפלטת מפני המים במונחים של טמפרטורת בהירות מחושבת באמצעות חוק סטפן-בולצמן: ⋅σ ⋅T 4 , εכאשר - σקבוע סטפן-בולצמן ) ,(5.6697 x 10-8 W m-2 K-4ו-T - טמפרטורת פני הים במעלות קלווין .לאחר ארגון המשוואה מתקבלת טמפ' פני המים במושגים של הגדלים המדודים: 1 4 ⎟⎞ ) ⎟ ⎠ ⎛ L ↑ − L ↓ (1 − ε ⎜⎜ ε ⋅σ ⎝ 4 = T איור :1מכשירי מדידה המוצבים על המצוף המטאורולוגי של חיא"ל )כחמישה ק"מ מזרחית לעין גדי( .המצוף מצויד בתחנה מטאורולוגית וכן שרשרת טרמיסטורים שמודדת פרופיל טמפ' עד עומק 40מטר )מדידה נרשמת כל 20דקות אחר מיצוע( .למחקר זה הוצבו מדי קרינה ארוכת גל: למטה משמאל :מודד קרינה הנפלטת מהים; באמצע למטה :מודד את הקרינה היורדת מהאטמוספרה )מדידה כל דקה( .כמו כן הותקנו טרמיסטורים נוספים )למטה מימין( בעומקים של 10 ,5ו 20 -ס"מ )מדידה כל דקה(. .3.3נתונים מטאורולוגיים מאז 1992מוצב מצוף הדרו-מטאורולוגי כחמישה ק"מ מזרחית לעין גדי ע"י המכון לחקר ימים ואגמים לישראל )חיא"ל( .במצוף נמדדים טמפרטורת המים בעומקים של מטר אחד ועד 40מטר, מהירות רוח ,כוון רוח ,לחות יחסית ,לחץ אוויר ,טמפרטורת אוויר וקרינה קצרת גל )קרינה סולרית( .הנתונים נרשמים לאחר שעברו מיצוע של 20דקות .הנתונים המטאורולוגיים וההידרוגרפיים הנמדדים במחקר מסופקים ע"י ד"ר גרטמן מחיא"ל. 5 .4תוצאות בפרק זה מוצגות תוצאות חדשות של מדידות קרינה ארוכת גל הנפלטת מפני ים המלח ומדידות של טמפרטורת המים קרוב לפני הים .כמו כן מוצגים נתונים מטאורולוגיים שנמדדים על ידי חיא"ל בים המלח ומשמשים כאן כדי להבין את הגורמים המאלצים והשולטים על הדינאמיקה של שכבת הגבול ועל השונות בעונות השונות .באיור 2מוצגות סדרות זמן של טמפרטורות ה- skinו bulk-וטמפרטורת האוויר למשך ימים עד שבועות בשלוש עונות שונות :בחורף ) ,(22/12/2008-14/1/2009בקיץ ) (25-29/6/2009ובסתיו ) .(27/10-10/11/2009באיור 3 מוצגות סדרות זמן עם המידע מאיור 2תוך התמקדות ביממה אחת מייצגת וכולל גם קרינה סולרית ומהירות רוח .בטבלה 1מובאת רשימת מושגים שנשתמש מכאן ולמטה .בסעיפים הבאים מוצגים עיקרי הממצאים. טבלה :1רשימת מושגים תאור טמפרטורת פני המים – שכבת הגבול skin טמפרטורת המים בעומק 5ס"מ טמפרטורת המים בעומק 2מ' טמפרטורת האוויר קרינה סולרית מהירות רוח skin effect ,Tskn-Tblk מושג Ts Tb Tb2m Ta Rad Wspd ΔT .4.1המחזור היומי והעונתי של שכבות ה skin-וbulk- סדרות הזמן של טמפרטורת פני המים ) ,(Tsטמפרטורת גוף המים ) (Tbוטמפרטורת האוויר ) (Taמוצגות באיור 2עבור שלושת עונות השנה שנבחנו .ניתן לראות באופן מובהק שבכל העונות המחזור היומי של ה Ts -מתנהג כמו Taעם סטיות מזעריות בעוד שהוא שונה מהותית מהמחזור היומי של טמפרטורת המים Tbשנמדדה סמוך לפני המים ובעומק 2מ' .הסטייה בולטת במיוחד בחורף ,אז טמפרטורת המים כמעט אחידה בעוד שהתנודות היומיות של Tsושל Taמראות מחזור יומי של .2-4°Cתצפית חדשה זו ,של סטייה גדולה יותר בחורף בין Tbל,Ts - מסבירה את אי היכולת שלנו בעבר להגיע לכיול אחיד בין ) Tsמנתוני רדיומטר מלוויין( לבין נתוני Tbלכל חודשי השנה ,כפי שדיווחנו בחלקים הקודמים של פרויקט זה ,וכפי שתיארנו במאמר .(2009) Nehorai et al. בחורף )איור (2aנמצא שטמפ' Tbגבוה מ Ts-בכל שעות היממה .טמפרטורת המים Tb בתקופה זו היא 23.5°Cעם משרעת יומית של כ ,0.1°C -והיא במגמת קירור בשיעור של 0.02°Cליום .המגמה הזאת משקפת את קירור כל עמודת המים של ים המלח שכן הים מעורבב אנכית בתקופה זו .הקירור נעשה דרך שכבת הגבול והמים המתקררים שוקעים בשל אי יציבותם )קונבקציה חופשית( וכך מונע תהליך הקירור של החורף תוך הומוגניזציה של עמודת המים. 6 המשרעת היומית של טמפרטורת פני המים ) (Tsגבוהה בהרבה משל ה ,Tb-והיא מגיעה ל- .5°C בקיץ )איור ,(2bנמצא שטמפרטורות המים Tbו Ts-בעלות מחזור יומי ברור עם טמפרטורת מים סביב 34°Cומשרעת יומית אופיינית של 2°Cו 4°C-בהתאמה .במשך היום טמפרטורת פני המים בדרך כלל גבוהה יותר מה Tb-ב .2°C-בתקופה זו יש מדידות משני מכשירים שונים ,האחד זה הטרמיסטור הבודד שממוקם כרגיל בעומק כ 5-ס"מ מתחת לפני המים ,כשמצוף קטן שומר על מרחק קבוע מפני המים ,ואילו השני הוא טרמיסטור מעומק 2מ' המודד כחלק משרשרת הטרמיסטורים של חיא"ל מתוצרת .aanderaaההפרש בין הטרמיסטורים הללו ברוב הזמן קטן ביותר ומהווה בדיקה טובה לאיכות המדידה שלנו במכשירים שונים .ישנו הפרש ניכר ביניהם בשעות השיא של החימום )אחר הצהריים( .ההסבר לתצפית זו נעוץ בחימום הסולרי היומי בימי הקיץ ,שבונה שכבה יומית חמה בעובי מטרים ספורים .שכבה זו נהרסת בלילה כתוצאה מהערבול המונע מהרוח ,שגורם לאחידות שכבת המים העליונה עד התרמוקילינה שנמצאת בעומק 20-30מ' ,ומהעדר קרינה סולרית שבונה את השכוב )ראה גם .(Nehorai et al., 2009 בסתיו )איור (2cישנה מגמת קירור עונתית של Tb ,Tsו ,Ta-והיא בשיעור של 0.18°C ליום )עבור ,(Tbקצב קירור זה מהיר בכסדר גודל מהקצב בחורף .הסיבה לקירור המהיר בסתיו היא בכך שבחורף הקירור מפני המים מסלק את החום מכל עמודת המים ואילו בסתיו הקירור מוגבל לשכבת המים המעורבבת העליונה ,שהיא יותר דקה מהעובי הממוצע של עמודת המים כמעט בסדר גודל ) 20-30מ' לעומת כ 200-מ' בהתאמה( .הסבר זה מקבל חיזוק נוסף מכך, שבחורף הפרש הטמפרטורות בין האוויר לגוף המים גדול יותר מההפרש בסתיו והיינו מצפים לקירור חורף מהיר יותר .בעונה זו ,המשרעת של המחזור היומי של הTb- הוא 0.4°Cושל ה- .4°C Tsknסדרות הזמן של Tsו Ta-דומות מאוד ,ושונות מהותית מטמפרטורת המים שנמדדת סמוך לפני המים ובעומק 2מ'. 7 18 16 14 Tb 2m Ta Ts 15/1/09 14/1/09 13/1/09 12/1/09 11/1/09 10/1/09 9/1/09 8/1/09 7/1/09 6/1/09 5/1/09 4/1/09 3/1/09 2/1/09 1/1/09 31/12/08 30/12/08 29/12/08 28/12/08 27/12/08 26/12/08 25/12/08 24/12/08 23/12/08 22/12/08 0 34 32 30 28 Tb Tb 2m Ta Ts 29/06/09 28/06/09 27/06/09 26/06/09 25/06/09 0 28 26 24 Tb Tb 2m 22 Ta Ts 11/11/09 10/11/09 09/11/09 08/11/09 07/11/09 06/11/09 05/11/09 04/11/09 03/11/09 02/11/09 01/11/09 31/10/09 30/10/09 29/10/09 28/10/09 27/10/09 איור :2סדרות זמן של המחזור היממתי של טמפ' פני הים ) ,(skinהטמפ' בעומקים של חמישה ס"מ ושני מטרים ) (Tbוטמפ' האוויר לתקופות הסתיו ) ,(aחורף ) (bוקיץ ).(c c. 32 Fall 27/10/09-10/11/09 ]Temperature [ C 36 0 20 ]Temperature [ C 8 26 Winter 22/12/08 - 14/01/09 ]Temperature [ C 22 a. 24 b. Summer 25-29/06/2009 38 30 .4.2 השפעת התנאים המטאורולוגיים על טמפרטורת פני הים כפי שהראינו בסעיף הקודם ובאיור ,2טמפרטורת פני ים המלח ) (Tsשונה מהותית מטמפרטורת המים ) (Tbהנמדדת מספר סנטימטרים מתחת לפני המים בעזרת טרמיסטור. לעומת זאת הראינו שסדרות הזמן של Tsדומה מאוד לשל .Taבפרק זה נבחן את השפעת הגורמים המטאורולוגיים המאלצים שנמדדים בים המלח ,והם הקרינה הסולרית ),(Rad טמפרטורת האוויר ) (Taומהירות הרוח ) ,(Wspdעל טמפרטורת פני הים ) (Tsועל ההפרש בינה לטמפרטורת המים ) .(Tbבאיור 3מוצגות סדרות זמן של הטמפרטורות השונות ושל Radו- Wspdבמספר ימים בכל עונה .בשלושת התקופות מלווה הקרינה הסולרית בעלייה עקבית בTs- וב Ta-משעת הזריחה ועד לשיא הקרינה בשעות אחר הצהריים ,כאשר התנודתיות היומית בטמפ' של שניהם מאוד דומה בכל יום ,ומשתנה בעונות השונות .טמפ' האוויר מקדימה את הTs- בכחצי שעה. בחורף )איור (3aנמצא שבכל שעות היממה טמפ' המים ) (Tbגבוהה מזו של האוויר ומשל פני המים )) (Ta Tsישנן חריגות כשטמפ' האוויר עולה בימים חמים במיוחד( .עם הזריחה Tsו Ta -מתחילים לעלות ומגיעים לשיא כ 4-5-שעות לאחר שיא הקרינה .משם הטמפרטורות יורדות עד שמגיעות לשפל עם הזריחה .טמפרטורת המים מגיבה לאט יותר לחימום של הקרינה הסולרית ,ורק לאחר כארבע שעות מהזריחה מתחילה העלייה ב ,Tb-והיא מגיעה לשיאה כשלוש שעות לאחר שיא הקרינה. בקיץ )איור (3bהמחזור היומי של Taושל Tsדומים מאוד ואילו המחזור של Tbדומה בערך הממוצע אך בעל משרעת יומית קטנה בהרבה .שפל ה Ts-ו Ta-מגיע בזמן הזריחה, ומהזריחה מתחילה עליה ב Ts-ו Ta-המגיעה לשיאה כחמש שעות לאחר שיא הקרינה ,ומשם יורדת לשפל עד הזריחה .ה Tb-מתחיל את העלייה אחר הקירור של הלילה כשעה-שעתיים אחר הזריחה ומגיע לשיאו כשלוש שעות לאחר שיא הקרינה ,ומשם יורד לשפל עד לאחר הזריחה. במחזור היומי של מהירות הרוח בקיץ בולטת מאוד הכניסה של הבריזה הים תיכונית בערב כשעה אחר השקיעה ,אז מגיעה הרוח למהירות של 9מ'\שנייה .הרוח נושבת בעצמה ברוב שעות הלילה ונחלשת מאוד עם הזריחה ובמשך היום מאופיינת בערכים של סביבות 2מ'\שנייה .עם השינוי ב Wspd-נמצא פעמים רבות שינוי גם ב Taו ,Ts-כשבד"כ השינוי ב Ta-מקדים בחצי שעה את .Ts בסתיו )איור (3cהמחזורים היומיים של Tb ,Taו Ts-דומים לאלו של הקיץ שתוארו לעיל. הבדל ברור בין הקיץ לסתיו הוא חוסר היציבות בתנאים המטאורולוגיים בין ימים סמוכים ,הבאים לידי ביטוי בחמסינים ובעננות משתנה המשפיעה על הקרינה הסולרית .שינויים אלו משפיעה על Taובהתאמה על ,Tsוכן עננות מונעת חדירת הקרינה הסולרית לעמודת המים העליונה ומקטינה את החימום היומי של .Tb 9 10 20 3 18 Ta Tb 2m Ts Rad WSpd 2 1 Ta Tb Tb 2m Ts Rad Wspd Summer 26-27/06/2009 33 31 Ta Tb Tb 2m Ts Rad Wspd Wind Speed [m/s] 2 Solar Radiation [W/m /100] 4 10 8 6 4 2 8 6 30 4 29 2 28 0 2 5 Wind Speed [m/s] 22 Solar Radiation [W/m /100] 0 Temperature [ C] 24 Wind Speed [m/s] Solar Radiation [W/m2/100] 7/1/09 0 6/1/09 18 6/1/09 12 6/1/09 6 6/1/09 0 5/1/09 18 14 28/06/09 00 27/06/09 18 27/06/09 12 27/06/09 06 27/06/09 00 26/06/09 18 5/1/09 12 5/1/09 6 5/1/09 0 16 28/10/09 12 31 28/10/09 06 32 28/10/09 00 27/10/09 18 c. 27/10/09 12 27/10/09 06 26/06/09 12 35 27/10/09 00 37 26/06/09 06 26/06/09 00 0 Temperature [ C] b. 26/10/09 18 26/10/09 12 0 Temperature [ C] a. Winter 05-06/01/2009 6 0 12 0 Fall 26-28/10/2009 ס"מ5,10 הטמפ' בעומקים של,(skin) סדרות זמן של המחזור היומי של טמפ' פני הים:3 איור ( וקיץb) חורף,(a) קרינה סולרית ומהירות רוח לתקופות הסתיו, טמפ' האוויר,(Tb) ושני מטרים .(c) .5דיון בדו"ח זה מוצגות תצפיות חדשות שכוללות סדרות זמן של טמפרטורת פני ים המלח, טמפרטורת המים ,טמפרטורת האוויר ,והגורמים האטמוספריים המאלצים )קרינה סולרית ומהירות רוח( .נמצא שטמפרטורת פני ים המלח דומה מאוד בערכים ובמגמות לטמפרטורת האוויר ,ושונה משמעותית מטמפרטורת המים בעומק סנטימטרים ספורים מפני הים .התופעה חזרה בכל העונות ,למרות שמצב הים בעונות השונות שונה. בחורף ,השונות בין טמפרטורת פני המים לטמפ' המים נמצאת בשיאה גם בהפרש הטמפרטורות ,כאשר טמפרטורת המים גבוהה מזו של פני המים במספר מעלות ,וגם במשרעת המחזור היומי ,שעומדת על עשירית המעלה בטמפרטורת המים מול כמה מעלות של פני המים. הסיבה לכך נעוצה במצב הים בחורף ,שהוא מעורבב מפני הים עד לקרקעית והוא יותר חם מטמפרטורת האוויר במשך רוב החורף .המצב הזה גורם לכך שפני המים נמצאים במצב של אי יציבות גרביטטיבית כתוצאה מהקירור מהאטמוספרה ומהאידוי שגורם להמלחת שכבת פני הים. אי יציבות זו גורמת לכך ששכבת הגבול קורסת באופן מתמיד לתוך הים ובכך נמשכת הקונבקציה החורפית שמקררת את גוף ים המלח. בקיץ קיים שיכוב יומי בעמודת המים של ים המלח בעובי של מטרים ספורים ושיכוב עונתי בעובי של כשלושים מטר .במצב זה פני ים המלח קרובים יותר למצב של שיווי משקל עם האטמוספרה שמעל ,ולכן הטמפרטורה של פני המים ושל גוף המים קרובים באופן ממוצע ,רק שהמחזור היומי של טמפ' פני המים גדול יותר בשל השפעתו מטמפרטורת האוויר .בסתיו המצב דומה לזה של הקיץ פרט לכך שהמחזור היומי של טמפרטורת המים קטן מזה של הקיץ ושהשונות בין הימים גדולה יותר. בחלק הקודם של מחקר זה ) (Nehorai et al., 2009הראינו את המחזור היממתי והעונתי של השונות המרחבית של טמפרטורת פני ים המלח מתצלומי לוויין .הראינו שהשונות בשדה הטמפרטורה מושפע מאוד ממהירות הרוח ומהקרינה הסולרית .התקשינו למצוא כיול בין טמפרטורת בהירות של פני ים המלח שנמדד בחישה מרחוק מלוויינים לטמפרטורת המים המדודה בים שיתאים לעונות השונות; כיול שהתאים לקיץ לא הצליח לקשור היטב בין טמפ' המים לזו של פני המים בעונת הסתיו ועוד פחות בחורף )לנסקי וחובריו .(2007 ,2006בדו"ח הנוכחי הראינו שהתופעה נמדדת גם באתר ) ,(in situולכן נשללה בזאת האפשרות שמדובר בהשפעה אטמוספרית על המדידות ,ושהסיבה לסטיות נובעת מהיחס בין מצב הים למצב האטמוספרה, ובפרט בין טמפרטורת המים לטמפרטורת האוויר .בספרות המדעית אין כמעט אזכור להשפעת טמפ' האוויר על ה ,skin-ולמרות שטמפ' פני הים ) (SSTהנמדד מלוויינים הוא אחד הפרמטרים הגיאו-פיסיים החשובים בתחום האינטראקציה ים-אטמוספרה וסירקולציה באוקיאנוס ,ההבנה בגורמים לשונות הנצפית עדיין מאוד חלקית .אחת התולדות של המחקר הזה תהיה עדכון מאזני האנרגיה וחישוב קצב האידוי בים המלח. 11 תודות.6 לסילבי גונן ולצוות הספינה גיורא צוקרמן,לאיזק גרטמן מחיא"ל על הנתונים המטאורולוגיים שבע כהן על- לאיתי גבריאלי על דיונים מועילים ולבת.ויפתח בר הסקיפרים ולמאיר יפרח .הגרפיקה וההפקה ביבליוגרפיה.7 Characterization of the spatial 2006 . וגבריאלי א. גרטמן א,. לנסקי א,. שיף ש,. נהוראי ר,.לנסקי נ and temporal temperature variation of the Dead Sea's surface temperature - observations .' עמ16 ,GSI/33/2006 דו"ח המכון הגיאולוגי הישראליfrom satellite Spatial hetereogenity of the Dead Sea’s surface 2007 . לנסקי א,. נהוראי ר,.לנסקי נ דו"ח המכון.temperature: observations from satelites – daily and seasonal changes .' עמ13 ,GSI/22/2007 הגיאולוגי Remote sensing of the Dead Sea surface 2008 . שיף ש,. לנסקי א,. לנסקי נ,.נהוראי ר .' עמ13 ,GSI/26/2008 דו"ח המכון הגיאולוגי הישראלי.temperature Barton I. J., 2001. Interpretation of Satellite-Derived Sea Surface Temperatures. Advanc. Space Res. 28 (1) 165-170. Coppin, P.A., E. F. Bradley, I. J. Barton, and J. S. Godfrey, 1991. Simultaneous observations of sea surface temperature in the western equatorial Pacific Ocean by bulk, radiative and satellite methods. J. Geophys. Res., 96, 3401–3409. Donlon, C., Minnett, P., Gentemann, C., . Nightingale, T, Barton, I., Ward, B., Murray, M., 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, Bull. Am. Meterol. Soc., 82 (12), 2773–2786. Fairall, C. W., E. F. Bradley, J. S. Godfrey, G. A. Wick, J. B. Edson, and G. S. Young 1996. Cool-skin and warm-layer effects on sea surface temperature. J. Geophys. Res., 101, (C1), 1295–1308. Hook, S.J., F.J. Prata, R.E. Alley, A. Abtahi, R.C. Richards, S.G. Schladow, and S.O. Palmarsson, 2003. Retrieval of Lake Bulk and Skin Temperatures Using Along-Track Scanning Radiometer (ATSR-2) Data: A Case Study Using Lake Tahoe, California. J. Atmospheric and Ocean. Technol. 20 (4): 534-548. 12 Hook, S. J., W. B. Clodius, L. Balick, R. E. Alley, A. Abtahi, R. C. Richards, and S. G. Schladow, 2005. In-Flight Validation of Mid- and Thermal Infrared Data From the Multispectral Thermal Imager (MTI) Using an Automated High-Altitude Validation Site at Lake Tahoe CA/NV, USA. IEEE Transactions Geoscience and Remote Sensing, vol. 43, pp. 1991- 1999. Jessup, A. T., C. J. Zappa, M. R. Loewen, and V. Hesany, 1997: Infrared remote sensing of breaking waves. Nature, 385, 52-55. Nehorai, R., I. M. Lensky, N. G. Lensky, and S. Shiff, 2009. Remote sensing of the Dead Sea surface temperature. J. Geophysic. Res. 114, C05021, doi:10.1029/2008JC005196. Osech, D. C , Jaquet., J. M., Hauser, A. and Wunderle, S., 2005. Lake Surface Water Temperature retrieval using AVHRR and MODIS data: Validation and feasibility Study. J. Geophys. Res., vol. 110 (c12). C12014. Schlussel, P., W. J. Emery, H. Grassl and T. Mammen, 1990. On the bulk-skin temperature difference and its impact on satellite remote sensing of sea surface temperature. J. Geophys. Res. 95, 13341-13356. Steissberg, T. E. , Hook, S. J. , Schladow, S. G., 2005. Characterizing partial upwellings and surface circulation at Lake Tahoe, California–Nevada, USA with thermal infrared images. Remote Sensing of Environment 99, 2–15. Wick, G. A., Emery, W. J., Kantha, L. H, Schlüssel, P., 1996. The behavior of the bulkskin temperature difference under varying wind speed and heat flux. J. Phys. Oceanogr., 26, 1969–1988 Zulicke, C., 2005. Air–sea fluxes including the effect of the molecular skin layer. DeepSea Research II , 52, 1220–1245. 13
© Copyright 2024