למה מכ"מי מזג האוויר נכשלים בחיזוי גשם כבד?
ב-2 ביולי 2011 התעוררו תושבי דנמרק לסערה שלא נראתה כמותה שנים. תוך 15 דקות בלבד ירדו יותר מ-41 מ"מ של גשם, כמות השווה לחודש שלם. עוצמת השיא הגיעה ל-204 מ"מ לשעה, והנזק הכלכלי הוערך בלפחות 800 מיליון יורו. אך מה שהפתיע את המטאורולוגים היה שמכ"מי מזג האוויר המתקדמים ביותר במדינה לא הצליחו לחזות במדויק את עוצמת הגשם.
מכ"מי מזג אוויר, הידועים גם בשם מכ"מי דופלר, הם הכלי המרכזי שבאמצעותו מטאורולוגים מנבאים את מזג האוויר. הטכנולוגיה שלהם מבוססת על עיקרון פשוט למדי: המכ"ם פולט פרצי אנרגיה קצרים לאטמוספרה, ברמת עוצמה של 750,000 וואט, כמעט פי 10,000 מנורה ביתית רגילה. כאשר האנרגיה פוגעת בעצם כלשהו באוויר, טיפת גשם, פתית שלג, גרגיר ברד או אפילו חרק, חלק קטן ממנה חוזר חזרה אל המכ"ם.
המחשבים של המכ"ם מנתחים את האנרגיה החוזרת בשלושה אופנים: הם בודקים את עוצמתה, את הזמן שלקח לה לנוע הלוך וחזור, ואת השינוי בתדר שלה. עוצמת האנרגיה מעידה על כמות המשקעים, הזמן מגלה את המרחק, והשינוי בתדר, תופעה הנקראת "אפקט דופלר", חושף את מהירות התנועה של טיפות הגשם. זהו בדיוק אותו עיקרון שגורם לשריקת רכבת להישמע גבוהה יותר כשהיא מתקרבת ונמוכה יותר כשהיא מתרחקת.
התהליך הזה מתרחש במהירות מדהימה, עד 1,300 פעמים בכל שנייה. אך למרות שנדמה שהמכ"ם עובד ללא הרף, למעשה הוא משדר רק כ-7 שניות בכל שעה. את יתר הזמן, כמעט 60 דקות שלמות, הוא מקדיש להאזנה לאותות החוזרים. זו אחת הסיבות לכך שמכ"ם מזג אוויר מסוגל לזהות אותות חלשים מאוד, אפילו מטיפות גשם קטנות במרחק של עשרות קילומטרים.
כדי לסרוק את כל נפח האוויר מסביבו, המכ"ם מבצע סריקות בזוויות שונות. במצב אוויר צלול, כאשר אין משקעים, המכ"ם פועל במצב הרגיש ביותר שלו ומשלים סריקה מלאה של חמש זוויות גובה שונות תוך כ-10 דקות. כאשר מתחילים משקעים, הוא עובר למצב מהיר יותר ומשלים 14 סריקות גובה תוך 5-6 דקות בלבד. בדרך זו המטאורולוגים מקבלים תמונה תלת-ממדית מעודכנת של המשקעים, המאפשרת להם לעקוב אחר התפתחות הסערות ולהתריע מראש על מזג אוויר מסוכן.
טכנולוגיות חדשות לדיוק משופר במכ"ם
למרות הבעיות שהתגלו, המחקר זיהה שתי אסטרטגיות מבטיחות לשיפור הדיוק. הראשונה היא, שימוש בטכנולוגיה מתקדמת יותר הנקראת "קיטוב כפול" (dual-polarization). במקום לשלוח פולסי אנרגיה בכיוון אחד בלבד, מכ"ם מזג אוויר שולח שני פולסים בו־זמנית, אחד אופקי ואחד אנכי. השוואה בין שני האותות החוזרים מספקת מידע נוסף על צורת טיפות הגשם ועל סוג המשקעים
המכ"ם הפיני שנבדק במחקר, המכונה 'אוֹסָאפּוֹל' (OSAPOL), השתמש בטכנולוגיה זו בצורה חכמה במיוחד. כאשר הגשם קל עד בינוני, המכ"ם השתמש בנוסחה הרגילה. אך כאשר הגשם התחזק, המכ"ם עבר באופן אוטומטי לשיטת מדידה אחרת, המבוססת על מדידת השינוי בפאזה של האות המוחזר. שיטה זו מדויקת יותר בגשם כבד, מכיוון שהיא פחות מושפעת מגודל הטיפות.
התוצאות היו מרשימות: המכ"ם הפיני השיג דיוק גבוה בהרבה מהמכ"מים האחרים, עם תת־הערכה ממוצעת של רק כ־30 אחוז ותת־הערכת שיא של כ־45 אחוז. והחשוב מכול, כמעט לא נמצא קשר בין עוצמת הגשם לבין גודל הטעות. כלומר, המכ"ם היה מדויק באותה מידה בגשם קל ובגשם כבד, והכול ללא צורך בתיקוני הטיה באמצעות מדי גשם קרקעיים.
האסטרטגיה השנייה היא: שיפור תדירות תיקוני ההטיה. המכ"ם ההולנדי הדגים שתיקוני הטיה שעתיים באמצעות רשת של 32 מדי גשם אוטומטיים יכולים להשיג תוצאות דומות לאלה של הטכנולוגיה הפולרימטרית. גם כאן, התת־הערכה הממוצעת ירדה לכ־30 אחוז ותת־הערכת השיא לכ־45 אחוז.
השלכות חוסר הדיוק על חיזוי הצפות הן משמעותיות. המחקר מצא שתת־הערכת עוצמות שיא יכולה להוביל לשגיאות של 30-45 אחוז בגודל שיא הזרימה במודלים הידרולוגיים. מחקרים קודמים המליצו שההטיה בעוצמות גשם ממוצעות לא תעלה על 10 אחוז כדי למנוע שגיאות משמעותיות בחיזוי הצפות. הממצאים מראים שרוב מכ"מי מזג האוויר הנוכחיים רחוקים מיעד זה.
מעבר לשיפור הטכנולוגיה, המחקר מצביע על הצורך בשיפור שיטות העיבוד של נתוני המכ"ם. למשל, במקום להשתמש בנוסחה אחת קבועה, ניתן לפתח מערכות שמתאימות את הנוסחה באופן דינמי בהתאם לסוג הסערה ולתנאים האטמוספריים. כמו כן, שילוב של נתונים ממספר מכ"מים יכול לשפר את הדיוק, במיוחד באזורים שנמצאים במרחק רב ממכ"ם בודד.
המסר המרכזי של המחקר הוא שרזולוציה גבוהה לבדה אינה מספיקה. המכ"ם הדני אקס-בנד (X-band), שעבד ברזולוציה גבוהה במיוחד של 100 מטר ודקה אחת, הראה אמנם תת־הערכה כללית נמוכה יותר, אך עדיין סבל מאותה בעיה של תת־הערכה מותנית בעוצמה. רק שילוב של רזולוציה גבוהה, טכנולוגיה מתקדמת ושיטות עיבוד משופרות יכול להביא לדיוק אמיתי בזיהוי גשם כבד.
כיום, מכ"מי מזג אוויר מתקדמים מסוגלים לזהות את רוב המשקעים בטווח של כ־145 קילומטר, וגשם או שלג עזים בטווח של כ־250 קילומטר. הם מתעדכנים כל 5-6 דקות במצב משקעים וכל 10 דקות במצב אוויר צלול. אך כפי שהמחקר מראה, יש עדיין דרך ארוכה לעבור עד שנוכל לסמוך על תחזיות מזג האוויר שלהם במצבי קיצון. הבורא ברא לנו את הכלים להבין את מזג האוויר, אך עלינו להמשיך ולשכלל אותם כדי להגן טוב יותר על חיי אדם ורכוש.
תגובות (0)
אין עדיין תגובות. היו הראשונים להגיב!