גשמי קיצון וסיכוניהם

בין גשם לשיטפון, בין הזמן לשטח, בין אתמול למחר

תופעת גשמי הקיצון עומדת במרכז מחקריהם של פרופ’ אפרת מורין מהמכון למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית בירושלים, ושל הסטודנטים בקבוצתה. גשמי קיצון עלולים לסכן חיים ולגרום נזק רב, כמו הצפות, שיטפונות, גלישות קרקע ועוד. תופעות אלו מתרחשות בכל מקום בעולם. הבנת הסקאלה המרחבית והזמנית שבה פועלים גשמי קיצון, עשויה לסייע להיערכות מתאימה, שתאפשר הצלת חיים והקטנת נזקים.מה השאלה?כיצד להשתמש בממד השטחובנתוני גשם מחישה מרחוק, להבנת גשמי הקיצון וסיכוניהם?

שיעור הסיכון של גשמי הקיצון מוגדר על-ידי ההסתברות שאירוע בהיקף נתון (לפחות) יתרחש, וכדי לתאר את שיעור הסיכון נהוג להשתמש במושג “תקופת חזרה”. לדוגמה, אם באזור מישור החוף יש הסתברות של 1% שבשנה נתונה יהיה אירוע של ירידת 50 מ”מ לפחות במשך שעה אחת, כי אז נהוג לומר שתקופת החזרה היא 100 שנה – בממוצע כל 100 שנה יתרחש אירוע מסוג זה. בדוגמה הזאת, פרק הזמן שבו מדובר הוא שעה, אך הוא עשוי להשתנות בהתאם לתופעה הנחקרת. למשל, במקרה של הצפות עירוניות, פרק הזמן הרלוונטי יהיה כמה דקות, ובמקרה של שיטפון בנחל כדוגמת הירקון, משך הזמן המתאים יהיה שעות, ואולי אף ימים. ההידרולוגים נוהגים להגדיר קשרים אלה באמצעות “עקומי עוצמת גשם-משך זמן-שכיחות”. עקומים כאלה מחושבים למקומות שונים על סמך נתונים מתחנות גשם המודדות את עוצמות הגשם במקומות אלה. בישראל, למשל, יש כמה עשרות תחנות גשם.

בתיאור המקובל הזה חסר גורם אחד חשוב – השטח. הניתוח הסטנדרטי מייצג נקודות (תחנות) גשם, ואין התחשבות בשטח הכיסוי של הגשם. אבל בשביל להבין תופעות כמו אלה שמחקר זה ממוקד בהן, חשוב לדעת מהו השטח שהגשם מכסה. לדוגמה, אגן היקוות של נחל ששטחו 1000 קמ”ר. אם יתרחש אירוע גשם קיצוני אבל שטח הכיסוי של הגשם יהיה קטן, למשל קמ”ר אחד, כנראה לא יתרחש שיטפון גדול בנחל. לעומת זאת, אם אותה עוצמת גשם תכסה שטח ניכר מתוך 1,000 הקמ”ר של אגן ההיקוות, עשוי להתרחש שיטפון עוצמתי וחריג.

זו בדיוק החשיבות של מחקר זה, שבמסגרתו פרופ’ מורין וצוותה, בשיתוף עם פרנצ’סקו מארה ושותפים אחרים למחקר, ובסיוע מענק מחקר מהקרן הלאומית למדע, מציעים להרחיב את הניתוח הקיים, המתייחס רק לעוצמת הגשם, משכו ושכיחותו; ולהוסיף לו גם את השטח, כך שגם הגורם המרחבי ייכלל בניתוח. לצורך כך הם נעזרים בנתוני גשם שמתקבלים בחישה מרחוק – למשל מכ”ם מטאורולוגי, המאפשר קבלת נתוני גשם ברזולוציה גבוהה – וכן בשיטות ניתוח סטטיסטי מתקדמות.החוקרים מתכננים לזהות לכל אגן היקוות את השטח והמשך המתאימים לו, כך שהשכיחויות של הגשמים יבטאו גם את שכיחותם של שיטפונות באגן ההיקוות.

המחקר בראשותה של פרופ’ מורין מתנהל בימים אלה. בשלב הראשון של המחקר הוקם בסיס הנתונים  שכלל עוצמות גשם מהמכ”ם של השירות המטאורולוגי בבית דגן. לאחר מכן פותחה שיטה סטטיסטית חדשה שתאפשר חישוב שכיחויות שיתאים לנתוני המכ”ם, שמספר שנות הנתונים שלו מוגבל.

למעשה, השיטה החדשה הזו מציגה תוצאות טובות גם לנתונים המתקבלים מתחנות גשם. צוות המחקר מתכנן בעתיד לחשב את הגשם בשטחים שונים ולמשכים שונים, זאת לכל פיקסל במרחב, ולהפעיל את השיטה הסטטיסטית שפיתח. לבסוף מתכנן הצוות לזהות לכל אגן היקוות את השטח והמשך המתאימים לו כך שהשכיחויות של הגשמים יבטאו גם שכיחותם של שיטפונות באגן ההיקוות. כלומר, גשם שיוגדר “נדיר” למשך ולשטח שיזוהו לאגן היקוות מסוים, יהיה מזוהה עם אפשרות ליצירת שיטפון נדיר באותו האגן. המשך והשטח שייבחרו קשורים באופי התגובה ההידרולוגית. כך, למשל, באגן היקוות שבו יש יצירה מהירה של נגר עילי (למשל באזור בנוי) המשך יהיה קצר, לעומת אגני היקוות שבהם יש שטחים טבעיים עם צמחייה צפופה שמאטה את יצירת הנגר והזרימה, שבהם המשך יהיה יחסית ארוך. השטח קשור לגודל אגן ההיקוות אך גם לתכונות אחרות של פני השטח וסופות הגשם.

החיים עצמם:

בזמנה הפנוי (המועט יחסית), אוהבת פרופ’ מורין לצאת לטיולים רגליים במקומות יפים, במרחבי ישראל, ובאזורים אחרים בעולם.

עוד בנושא באתר הידען:

• אמנות ומדע – היקום העקום של איינשטיין
• כיצד נדע על שיטפון מתקרב?
• סיפורי נאות הככר חלק ג’ – שיטפון
• הימאי הנשכח שהשיג את קולומבוס יוכיח: סין מעצמה עולמית, אך שוחרת שלום
• על מסלולים אבולוציוניים של אנזימים ותקשורת בין אוכלוסיות חיידקים מתוחכמים