מודל אקלימי
מודל אקלימי (באנגלית: Climate model) היא ייצוג מתמטי של הכוחות התהליכים וקשרי הגומלין בין האטמוספירה, האוקיינוסים, פני הקרקע היבשתיים, קרחונים והשמש. משתמשים בהם למגוון מטרות - החל מחקר הדינמיקה של מערכות מזג אוויר ומערכות אקלים ועד לתחזיות של האקלים העתידי ושינויי אקלים. המודלים ממדלים תופעות מסובכות מאד ולכן משתמשים בהם כדי לחזות מגמות על פני שנים ולא כדי לתת תחזית מדוייקת לגבי אירוע או תאריך מסויים.
המודל האקלימי הפשוט ביותר הוא המודל שמסביר מדוע בחורף קר יותר מאשר בקיץ (בגלל זווית קרינת השמש ואורך היום) אבל מודל כזה לא יכול להגיד מה תהיה הטמפרטורה המסויימת ביום מסויים בקיץ וגם לא מה תהיה הטמפרטורה בעוד יומיים - זה תחום שונה של חיזוי מזג אוויר ולא מודל אקלימי. מגמות אקלימיות הם מזג האוויר כפי שהוא מופיע בממוצעים על פני זמן - בדרך כלל בתקופות של כ-30 שנה. מגמות כאלה הן חשובות בגלל שהן מחליקות אירועים אקראיים שונים שיכולים להיות קיצוניים אבל הם נדירים ומקבלים איזון על ידי מזג האוויר הממוצע.
| התחממות עולמית |
מודלים אקלימיים יכולים להיות פשוטים למדי או מסובכים מאד. המודלים המודרניים בדרך כלל מכילים כמות גדולה של כוחות, מגמות ומחזורים שונים ומחשבים מיליוני חישובים בשנייה במחשבים חזקים כדי לתת תחזיות שונות. המודלים הקיימים הם מודלים עולמיים בעלות רמות דיוק אזורי נמוכה (אבל התחשבות בשינויים בכל העולם) מול מודלים אזוריים בעלי רמת דיוק מרחבית גבוה יותר שנשענים עליהם.
מודלים אקלימיים עולמיים
מודלים של זרימה כללית (GCM) הם מודלי אקלים ממוחשבים המשמשים לחיזוי מזג אוויר, להבנת האקלים ולחיזוי של שינויי אקלים. כאשר מודלים אלה מתייחסים לאקלים הם מכונים מודלי אקלים עולמיים. תחזיות אקלימיות מתקבלות מהדמיות ממוחשבות של האטמוספירה. מערכות מזג האוויר והים בעולם משפיעות זו על זו, ולכן יש להשתמש במודלים אקלימיים גלובליים. [1]
מערכת האקלים העולמית היא מערכת מורכבת. לכן גם השינויים בה אינם פשוטים. בעוד התחזית ארוכת הטווח היא של התחממות ממוצעת של כל הכדור, אזורים מסויימים צפויים להתחמם יותר מאשר אחרים, וצפוי שינוי בתבניות הזרימה של מזג האוויר - ולכן במקומות מסויימים יהיו שינויים מעט שונים - מקומות שיתחממו יותר מאחרים, ומקומות עם יותר או פחות גשם, גלי חום, סופות וכו'. גם שינו האקלים במימד הזמן אינו פשוט ואינו לינארי - בנוסף למגמה ארוכת טווח של התחממות יש תנודות בסקלה של עשרות שנים עקב גורמים טבעיים שונים.[1]
מסיבות אלה, אקסטרפולציה פשטנית של מגמות העבר אינה דרך טובה לתת תחזית אקלימית והערכות אליה. חוקרי אקלים אומרים כי הכלי המתאים ביותר לבניית תחזיות הוא סימולציות ממוחשבות של שינויים באקלים, על בסיס נתונים שנאספו עד כה, ומשוואות המתארות תהליכים פיזיקליים אטמוספריים - מודלים אקלימיים. ככל שהמודלים האלה יהיו ברזולוציה גבוה יותר הם צפויים להיות מדוייקים יותר. [1]
כל המודלים האקלימיים מאזנים, או כמעט מאזנים, בין קרינה אלקטרומגנטית באורכי גל של אור נראה ואולטרה סגול שנכנסת לכדור הארץ לבין אנרגיה שיוצאת ממנו בצורה של קרינה אלקטרומגנטית אינפרה אדומה. כל חוסר איזון ביניהם מובילי לשינוי בטמפרטורה הממוצעת של כדור הארץ.
המודלים המפורסמים ביותר בשנים האחרונות הם המודלים האקלימיים העולמיים הקושרים בין פליטה של גזי חממה בידי האדם, לטמפרטורה. מודלים אלה חוזים מגמה של עליה בטמפרטורות פני השטח, דבר שמתאים לתצפיות בדבר התחממות עולמית. כמו כן המודלים חוזים עליה גדולה יותר של טמפרטורות בגבהים גבוהים יותר של האטמוספירה.
היות ומודל אקלימי עובד על ממוצעים של 30 שנה, קשה לראות את רמת הדיוק שלו בטווח הקצר. כדי לבדוק מודלים אקלימיים מריצים אותם מול מגמות מהעבר. אם המודל יכול לחזות בצורה טובה מגמות כאשר הוא מתחיל בנקודה כלשהי בעבר ומתאר את המשך המגמות בהצלחה, אנחנו יכולים לצפות שהוא יתן ניבוי די טוב של מה עשוי להתרחש בעתיד. מסיבה זו כל המודלים נמדדים ראשית במבחן של "חיזוי במבט לאחור" Hindcasting - המודלים שמשמשים לניבוי של התחממות עולמית עתידית מסוגלים לתאר בצורה טובה שינויים אקלימיים מהעבר, דבר זה נותן בטחון בכך שהם יוכלו לנבא טוב גם את העתיד. [2]
כאשר בוחנים מודלים קיימים מול נתונים היסטוריים של טמפרטורות שונות של איזורים שונים ושל שכבות שונות באטמוספירה או בים, המודלים מצביעים על כך שפליטות של גזי חממה כמו פחמן דו חמצני חייבות לגרום את ההתחממות העולמית שאנו רואים כיום. הסיבה היא שאם משמיטים מהמודל את הגורם של גזי חממה, הגורמים האחרים שמשפיעים על האקלים מצליחים לתת הסבר טוב של שינויי הטמפרטורה שהתרחשו בתקופה שלפני 30 השנים האחרונות, אבל הם לא מצליחים לתת שחזור טוב של עליית הטמפרטורה שהתרחשה ב-30 השנים האחרונות. פליטות של פחמן דו חמצני כן מסבירות את העליה, ובמידה כזו שלא דורשת גורם כלשהו אחר שאינו ידוע לנו עדיין. [2]
המודלים האקלימיים שחזו התחממות עולמית על ידי פליטת גזי חממה על ידי בני האדם, הצליחו גם לספק מספר ניבויים שהתבררו בהמשך כנכונים. הניבוי הראשון הוא עצם הקיום של התחממות עולמית עצמה. בעבר היה ויכוח בין מדעני האקלים האם העולם מתקרר, מתחמם או ישאר באותה טמפרטורה. דבר זה, כמו גם כיסוי לא מדוייק של העיתונות המסחרית של הוויכוח, יצר רושם מוטעה בארצות הברית בשנות ה-70, ודבר זה משמש עד היום חלק ממכחישי אקלים כדי "להוכיח" כי המדענים מגזימים ואינם אמינים כלל. עם הזמן התאוריות האחרות נכשלו, והתאוריה של התחממות עולמית נותרה, בין היתר משום שהתחזית המרכזית שלה - של עולם שילך והתחמם - הלכה והתבררה במשך הזמן כתחזית נכונה. [2] ההיסטוריה של חקר שינוי האקלים מתארת את הירידה בתמיכת מדענים בתאוריות אחרות והתחזקות התאוריה המרכזית.
המודלים האקלימיים הצליחו לא רק לספק תחזית של התחממות עולמית, כדבר ממוצע עולמי, אלא גם סיפקו תחזיות אחרות שאומתו לאחר מכן על ידי תצפיות ממחקרים שונים. היבטים שהמודלים חזו בהצלחה כוללים קצב חימום מהיר יותר של איזורי הקוטב הצפוני ומעל היבשה, התחממות חזקה יותר בשעות הלילה (לעומת שעות היום) והתקררות של השכבה העליונה של האטמוספירה. מקום נוסף לביטחון במודלים הם תגובות נכונות שלהם לאירועים לא צפויים. לדוגמה התפרצות הר הגעש פינטובו איפשרה לבוני המודלים לבחון את הדיוק של המודלים על ידי הזנה של הנתונים על התפרצות הר הגעש. [2] תחזית נוספת של המודלים היא שהתחממות תהיה חזקה יותר בתקופת הקיץ לעומת התחממות החורף ודבר זה אומת במדינות שונות כולל בישראל. [1]
למרות שהמודלים האקלימיים העולמיים חוזים כולם התחממות עולמית, הם נבדלים זה מזה בשיטות חישוב וכן ברגישות לגורמים שונים ובמורכבות ההתחשבות בתתי-מערכות שונות. קיימים לפחות 15 מודלים שונים, שמובלים על ידי קבוצות מחקר שונות, כאשר כל הקבוצות מנסות להתחשב בעוד גורמים, לחשב על פני יותר נקודות במרחב או בזמן ולספק ליכולת ניבוי טובה יותר לגבי יותר פרמטרים שונים כמו טמפרטורה ממוצעת, טמפרטורה מינימום ומקסימום בקיץ, ובחורף, כמות משקעים ממוצעת, ועוד.
למודלים אקלימיים עולמיים יש קושי חישובי גבוה בגלל הצורך לכסות שטח גדול, והרצת המודל עשרות שנים קדימה. כדי להתגבר על קושי זה המודלים העולמיים היו עד כה עם רזולוציה מרחבית גסה למדי. עם השנים יש שיפור באפשרויות החישוב. קיים פרוייקט בשם Coupled Model Intercomparison Project. בשנים האחרונות נעזרים במודלים CMIP5. כלומר פאזה חמש של הפרוייקט. נכון לשנת 2019 מדובר במודלים עם סריג עם מרווחים של כ-100-200 קילומטרים בין נקודה לנקודה. [1] בשנים הקרובות עתידים לצאת הדור הבא של המודלים האקלימיים הגלובליים CMIP6 שעתיד לתת תחזיות מדוייקות יותר. [1]
מודלים אקלימיים אזוריים
מודלים עם מרווחים של 100-200 קילומטרים מתקשים לתאר בצורה טובה את חיזוי מגמות האקלים במדינות קטנות כמו ישראל, בין היתר בגלל שהדבר מבטל השפעות של טופוגרפיה על האקלים. כדי לחזות בצורה טובה יותר את האקלים בישראל, חוקרים נעזרים במודלים אקלימיים אזוריים (Regional Climate Models) שיש להם רזולוציה גבוה יותר עם מרווח נקודות של כ-50 קילומטר. [1]
באופן ספציפי לישראל משתמשים במודלים של CORDEX AFRICA על מודלים גלובליים שהשתתפו ב-CMIP5. מודל אזורי זה מכסה את אפריקה, חלק מהאוקיינוס סביבה ואת אזור המזרח התיכון. מדובר על כ-12-15 מודלים שונים בהתאם לזמינות נתונים. גם מודלים אלה גסים מידי ויש בהם טעויות ביחס למדידות – בעיקר ביחס לכמויות גשם. חוקרים מישראל מנסים לתקן טעויות אלה בצורות שונות.[1] החוקרים מקווים שהמודלים האקלימיים האזוריים הקשורים ל-CMIP6 יאפשרו סריג עם צפיפות טובה בהרבה של 10 קילומטר, דבר שיאפשר צמצום הפערים בין המודלים לבין המדידות. [1]
ראו גם
- קלימטולוגיה
- מערכות מורכבות
- המחלוקת על התחממות עולמית
- היסטוריה של חקר האקלים
- התחממות עולמית
- השפעות של התחממות עולמית
קישורים חיצוניים
- מודלים אקלימיים בוויקיפדיה האנגלית
- כמה אמינים המודלים האקלימיים? skepticalscience.com
- ניבויים מוצלחים של מדע האקלים Steve Easterbrook, 2013
הערות שוליים
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 יצחק (איציק) יוסף, ענת בהר"ד, לינס אוזן, יצחק כרמונה, נועם חלפון, אבנר פורשפן, יואב לוי, ניר סתיו, שינוי האקלים בישראל - מגמות עבר ומגמות חזויות במשטר הטמפרטורות והמשקעים, השירות המטאורולוגי, משרד התחבורה, מדינת ישראל. (דו"ח מחקר מס' 4000-0804-2019-0000075), נובמבר 2019
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 כמה אמינים המודלים האקלימיים? skepticalscience.com
