זרימה בקנה מידה מזו-מטאורולוגי, עננים ותהליכי יצירת משקעים שיעור 8 זרימה בקנה מידה מזו-מטאורולוגי, עננים ותהליכי יצירת משקעים

שקף 1: מנגנון היווצרות הצירקולציה התרמית משטחים איזובריים 1 ק"מ 0 ק"מ חימום קירור קר חם צירקולציה – תנועה מעגלית החוזרת על עצמה כל עוד קיים הגורם אשר יצר אותה המרחק האנכי בין המשטחים האיזובריים תלוי בטמפ' הממוצעת של השכבה בצד החם האוויר עולה בשל כח העילוי הלחץ בגובה בו הגיע האוויר גבוה יותר מהלחץ מעל האוויר הקר ולכן יזרום לשם בשל כח גרדיינט הלחץ

שקף 2: צירקולציה בשל הפרשי טמפ' בין ים ליבשה: בריזת ים/יבשה בשעות הבוקר והערב, הטמפ' בים וביבשה שוות 18 C 18 C משטחי לחץ מקבילים  גרדיאנט לחץ אופקי = 0  אין רוח

שקף 3: התפתחות בריזת ים בשעות היום החמות 18 C 29 C שקף 3: התפתחות בריזת ים בשעות היום החמות טמפרטורת היבשה גבוהה מטמפרטורת הים מעל האזור החם הלחץ במפלס גובה מסוים גבוה יותר מהלחץ באותו הגובה מעל האוויר הקר מעל האזור הקר נערם אוויר קר וכבד השוקע כלפי מטה הפרש הטמפרטורות ים/יבשה מקסימלי בשעות הצהריים ולכן אז מתקיימת שיא הבריזה הימית

שקף 4: התפתחות בריזה יבשתית בשעות הלילה 18 C 13 C ההתקררות הקרינתית של האוויר מעל הים איטית יותר ולכן בו-זמנית האוויר מעל הים חם יותר מזה שעל היבשה הפרש הטמפ' ים-יבשה קטן יותר  בריזה יבשתית חלשה יותר מורגשת יותר בחורף (לילה ארוך)

שקף 5: צירקולציה בשל הבדל טמפ' בין תחתית העמק לראשי המדרונות ביום בשמש גבוהה, קרינת השמש האנכית מתרכזת בתחתית המדרונות המישוריים האוויר החם והקל יעלה מהעמקים לראשי ההרים בלילה ראשי המדרונות מאבדים יותר קרינת IR מבסיס העמק ולכן מתקררים יותר. האוויר הקר והצפוף גולש לתחתית העמק רוח אנבטית חמה רוח קטבטית קרה 30 C 25 C לחפש רוח אנבטית – קטבתית לראות תמונות נוספות באתר: http://deved.comet.ucar.edu/mesoprim/mtnval/print.htm

שקף 6: השפעת טופוגרפיה על הרוח: חוק שימור המסה או עקרון הרציפות במצב זה הרוח מוכתבת על ידי שדות הלחץ, הטמפרטורה וגם מתבליט השטח המשנים את כיוונה ועוצמתה כמות האוויר שווה בכל מקום : התכנסות קווי הזרימה במקום צר גורמת להעברת אותה כמות אוויר מהמקום המרווח אל הצר אך במהירות גדולה יותר ! לחפש רוח קניון wadi chaneling קווי הזרימה מתבדרים או מתכנסים עקב אילוץ שמקורו בצורת פני השטח

שקף 7: השפעת טופוגרפיה על הרוח: אפקט הוואדי שקף 7: השפעת טופוגרפיה על הרוח: אפקט הוואדי כיוון הרוח משתנה על פי כיוון הוואדי הרוח מתחזקת

שקף 8: דוגמאות לאפקט התיעול מפרץ חיפה: התכנסות הזרימה המזרחית בחורף בין הרי הגליל התחתון לרכס הכרמל בקעת הערבה: הרוח הצפ' מע' בקיץ מתועלת לצפונית בין הרי הנגב להרי אדום

"ענן" - חלק מהאוויר בו קיימות טיפונות מים ו/או חלקיקי קרח הנראים לעין שקף 9: הגדרת ענן "ענן" - חלק מהאוויר בו קיימות טיפונות מים ו/או חלקיקי קרח הנראים לעין הסיבות לדחיפתו של גוש אוויר כלפי מעלה באטמוספרה נותנים את אותותיהם בצורת הענן ובתכונותיו איפיון הענן נקבע לפי צורתו וגובה הופעתו הענן משמש לאבחון מצב האטמוספירה בזמן ובמקום נתון (מידת אי יציבותה, הסיבות לעליית האוויר) הגובה בו גוש עולה מגיע לרוויה הוא בסיס הענן – רום ההתעבות (Lifting Condensation Level)

שקף 10: משקל הענן מהו נפחו של ענן גשם בינוני שקוטרו 3 ק"מ ועוביו 4 ק"מ? משקל האויר בענן: V = r2 • h = 3.14 • 1.52 • 4 ≈ 28 km3 1 km = 1000 m 1 km3 = 1000 . 1000 . 1000 m3 = 109 m3 1 m3 = 1 kg  28 . 109 m3 = 28 . 109 kg = 28 million tons משקל הטיפונות בענן: תכולת אדי המים: 5 גר'/ק"ג.  0.5%  ,000140 טון איך הוא לא נופל? א. מסת האוויר הכוללת - 28 מיליון טונות ומסת המים 000140 טון , כך שהוא אינו כבד במונחים אטמוספריים ב. הטיפונות נוצרות באוויר עולה, והוא שמונע את נפילת רובן

שקף 11: מיון סוגי עננים באלה ניכר הענן: במבנהו – שכבתי, ערמתי בהרכבו – טיפות מים, גבישי קרח, מעורב בכמות – הנמדדת בשמיניות בגובהו – הנקבע על פי גובה בסיסו (רום ההתעבות) ---------------- טרופופאוזה גבוהים ---------------- 5 ק"מ בינוניים ---------------- 2 ק"מ נמוכים

שקף 12: סוגי עננים ערמתיים - (קומולוס) שכבתיים - (סטרטוס) קונווקציה עליה איטית עלייה איטית (שיפוע מתון של חזית חמה) זרמים אנכיים מתונים תוחלת חיים ארוכה יותר (מספר שעות עד יממה) תכולת אדי מים נמוכה יותר חימום מקומי אי יציבות גדולה זרמים אנכיים ועלייה מהירה הפרש טמפ' גדול עם הסביבה תכולת אדי מים גבוהה

שקף 13: סוגים ושמות חלוקה לפי אופי העננים: קומולוס – ענן ערמתי סטרטוס – ענן שכבתי צירוס – ענן דמוי נוצה ומכיל גבישי קרח בלבד "נימבו" – עננים מורידי גשם "אלטו" – עננים בינוניים (2-5 ק"מ) "צירו" – עננים גבוהים (מעל 5 ק"מ)

שקף 14: עננים נמוכים - סטרטוס סטרטוס ((St - ענן שכבתי נמוך מאד (מאות מטרים ופחות), גבולותיו אינם חדים. מופיע בלילות לחים ויציבים (עלול להפוך לערפל) או בקרעים מתחת ענני גשם. מלווה ראות לקויה. עשוי להוריד רסס קל.

שקף 15: עננים נמוכים - סטרטוקומולוס שקף 15: עננים נמוכים - סטרטוקומולוס סטרטוקומולוס ((Sc - ענן שכבתי בעל התפתחות ערמתית מעטה. אפור עם גוונים המשתנים בסדירות מסוימת. עשוי להוריד רסס או גשם.

שקף 16: עננים נמוכים - קומולוס שקף 16: עננים נמוכים - קומולוס קומולוס ((Cu - ענן ערימתי שבסיסו אופקי וכהה, ופסגותיו מעוגלות ומבהיקות בלובנן (ראשי כרוב). מצוי בגדלים שבין מאות מטרים לבין קילומטר. הגדולים שבהם עשויים להוריד גשם. תוחלת חייו כמחצית השעה עד שעות בודדות. פסגת הענן בסיס הענן

שקף 17: עננים נמוכים - קומולונימבוס שקף 17: עננים נמוכים - קומולונימבוס קומולונימבוס ((Cb ענן הרעמים הענן הערמתי המפותח בטבע. פסגותיו מגיעות לטרופופאוזה, נתקלות בה ומתפשטות בצורת סדן לבן מגבישי קרח. מידותיו - קילומטרים, ומהירות הזרמים האנכיים בו עשרות מ\שנ'(!) בענן נוצרות סופות רעמים. מוריד מטרות וברד. תחת בסיסו קרעי קומולוס נמוכים. מלווה פרצי רוח.

שקף 18: עננים בינוניים - נימבוסטרטוס שקף 18: עננים בינוניים - נימבוסטרטוס נימבוסטרטוס ((Ns - ענן שכבתי נרחב (עשרות ק"מ) המכסה בגוון אחיד את השמיים. מוריד גשם או רסס רצוף וממושך.

שקף 19: עננים בינוניים - אלטוסטרטוס שקף 19: עננים בינוניים - אלטוסטרטוס אלטוסטרטוס ((As - שכבתי. רצועות רכות אפורות או משטח אחיד מבהיק במקצת. השמש נראית דרכו כמו דרך זכוכית מפויחת. עשוי להוריד גשם קל. תוחלת חייו: מספר שעות עד יממה.

שקף 20: עננים בינוניים - אלטוקומולוס שקף 20: עננים בינוניים - אלטוקומולוס אלטוקומולוס ((Ac - שם קולקטיבי למגוון צורות ערמתיות בגבה בינוני אלטוקומולוס טורי: אלטוקומולוס מגדלי:

שקף 21: עננים גבוהים - צירוס צירוס ((Ci - דמוי סיבים או שערות ומכיל גבישי קרח בלבד. לרוב שקוף לשמש ולירח.

שקף 22: עננים גבוהים - צירוסטרטוס Cs Cu צירוסטרטוס ((Cs – שכבתי, סיבי או בעל מראה חלבי, מכסה ברציפות את השמיים. שקוף למחצה, יוצר הילה סביב השמש או הירח.

שקף 23: עננים גבוהים - צירוקומולוס צירוקומולוס ((Cc - ענן גלי דמוי כבשים לבן ועדין

שקף 24: סוגי משקעים רסס - טיפות זעירות מעננות שכבתית בענן שכבתי הזרם העולה איטי וע"כ נופלות ממנו טיפות קטנות. בערימתי על הטיפות "להתגבר" על זרמים חזקים, ורק הגדולות נופלות רסס - טיפות זעירות מעננות שכבתית גשם - טיפות בינוניות, עוצמה מתונה מטר - טיפות גדולות, מעננים ערמתיים ברד – מטר של טיפות מים שהועלו וקפאו לכדורי קרח שלג - גבישי קרח שנוצרו בתנאי סדימנטציה (מעבר ישיר מאדים למוצק) וירגה - שובל משקעים שאינו מגיע לקרקע. מענן בינוני

שקף 25: תהליכי יצירת משקעים בעננים חמים ועננים קרים ענן קר ענן חם

שקף 26: תהליכי יצירת משקעים מעננים חמים תהליך 1: התנגשויות מולקולריות של אדי מים היוצרות טיפונות עובריות (droplets) בקוטר של 0.1 - 1µm תהליך 2: גידול הטיפונות העובריות בתהליך ההתעבות (condensation) הטיפונות מתעבות על גרעיני התעבות (CCN) בקוטר 0.2 µm (אבק, מלחים, תרכובות גופרית) בתהליך איטי: טיפונת (בקוטר 1-20µm) תהפוך לטיפת גשם (בקוטר 2000µm) תוך למעלה מ-10 שעות! 1µm = 10-3mm = 10-6m חיי ענן ערמתי בדרך כלל שעות בודדות לכן ברור שקיימים תהליכים נוספים ליצירת טיפת גשם בענן

שקף 27: תהליכי יצירת משקעים מעננים (המשך) גדלים אופייניים של גרעין התעבות, טיפונת ענן וטיפת גשם קוטר טיפת גשם : µm 2000 קוטר טיפונת ענן : µm 20 קוטר גרעין התעבות : µm 0.2 טיפונת ענן (בקוטר 1-20µm) תהפוך לטיפת גשם (בקוטר של 2000µm) תוך למעלה מ-10 שעות !

שקף 28: תהליכי יצירת משקעים מעננים חמים (המשך) A B C D שקף 28: תהליכי יצירת משקעים מעננים חמים (המשך) תהליך 3: גידול הטיפונות ע"י התנגשויות (collision) והתלכדויות (coalescence). A – טיפונת גדולה נופלת מהר ומתנגשת עם טיפונת קטנה ואיטית B – בענן בעל טיפונות בגודל אחיד הסיכוי קטן להתנגשויות C – חלק מהטיפונות מוסטות וחלקן נישאב D – עירבול בענן והתנגשויות של טיפונות בגדלים שונים ומסלולים שונים עוצמת הזרמים האנכיים בענן קובע את אורך מסלול הטיפונת וגודלה!

שקף 29: תהליכי יצירת משקעים מעננים (המשך) תהליכי ההתעבות, התנגשות והתלכדות מתרחשים בענן חם- מעל אוקיינוסים באזורים טרופיים (ענן ללא גבישי קרח) בישראל, זרמים אנכיים מתקבלים מעננים ערמתיים עם פסגות מעל רום הקיפאון ולכן תהליך גידול הטיפונות הוא דרך גבישי הקרח תהליך 4: ענן קר – גידול גבישי קרח בתהליך דיפוזיה (Bergeron Process) .1 טיפונות מעל רום הקיפאון בענן קופאות על גבי גרעיני התקרחות (Ice Nuclei – IN) . 2 בשל מחסור ב-IN נקבל טיפות מקוררות ביתר וגבישי קרח ("ענן מעורב")

שקף 30: תהליכי יצירת משקעים מעננים קרים (המשך) תהליך 4: (המשך) גבישי הקרח "סופגים" את אדי המים מטיפונות המים המקוררות ביתר וכך גדל הגביש על חשבון הטיפונת (לחץ האדים ברוויה סביב גביש הקרח נמוך מלחץ האדים ברוויה סביב טיפת המים)

שקף 31: תהליכי יצירת משקעים מעננים קרים (המשך) תהליך 5: גביש הקרח מתנגש עם גבישים אחרים וטיפונות מקוררות ביתר בענן בתהליך ה"איסוף" (Aggregation). מצבור גבישים וטיפונות זה גדל והופך לפתית שלג. בענן קר פתית שלג זה שוקע ונמס בדרכו לטיפת גשם. אם הטמפרטורה מתחת לענן הממטיר נמוכה מאוד נקבל גשם קפוא או שלג.

שקף 32: חשוב לזכור ! רוח בקנה-מידה מזו-מטאורולוגית נמשכת שעות ספורות ואינה מאוזנת. הצירקולציה נגרמת בשל הבדלי טמפ' ים/יבשה, והבדלי טמפ' הנגזרים מתבליט של פני השטח. תוחלת חייו של ענן ערמתי הוא כשעה. גודלו תלוי במהירות האנכית בו, הפרש הטמפ' עם הסביבה ותכולת אדי-המים בו. בענן חם: טיפונת גדלה בשל התנגשות מול', התעבות והתלכדות בענן קר: גביש הקרח גדל בשל תהליך דיפוסיה ואיסוף