דפים

29 ביולי 2020

מחזוריות אקלימית

מאת פרופ. מיכה קליין
השאלה הבסיסית העומדת מאחרי הוויכוח בין מצדדי ההתחממות הגלובלית מעשה ידי אדם לבין השוללים גישה זו, היא ההבנה על קיומם של מחזורים אקלימים שזמן החזרה שלהם הוא בסדר גודל של עשרות שנים, שהוא פחות או יותר הזמן השווה למחקרי מעקב אחר שינויי הטמפרטורה.
המחזורים האקלימיים הקצרים ברורים לכל, המחזור היומי- לילה קר יום חם, העונתי- חורף קר קיץ חם (בחצי הכדור הצפוני). מחזור של כמה שנים כבר פחות ברור, אך ממקורות תנ"כיים ניתן לדבר על מחזוריות כמה שנים –"אפקט חלומות פרעה".

כיום ידוע על השפעת מחזורי אל-ניניו (איור 1) החוזרים אחת לכמה שנים על הטמפרטורה העולמית.
איור 1 . זמני הופעת אירועי אל-ניניו בשנים 1900-2020.(30 שנות אל-ניניו ב-120 שנה ממוצע של אירוע כל 4 שנים). (מקור ויקיפדיה)

כמו כן כמה מחזורים שמשכם כמה עשרות שנים עליהן אכתוב בהמשך כתבה זו.

לשם הדגמה של חשיבות המחזור לבחינת השינוי של פרמטר בודד כמו הטמפרטורה שורטט איור 2. ציר ה-X באיור הוא זמן וציר ה-Y הוא ערך הפרמטר הנמדד (לשם נוחיות הטמפרטורה). הודגשו בגרף 3 פרקי זמן שווים. בכל אחד מפרקי זמן אלה הערך הנמדד של הפרמטר עלה. אף על פי כן השינוי בפרמטר (טמפרטורה) שונה בזמן "השחור" הפרמטר השתנה בדיוק כמו שהיה צפוי מהמחזור, ולכן כל השינוי הוא בגלל המהלך המחזורי. בזמן "האדום" הפרמטר עלה יותר מהצפוי עקב המחזור,ולכן הערך של הפרמטר גדל. בזמן "הכחול" הערך של הפרמטר עלה אך פחות מאשר היה צפוי עקב המחזור ולכן הפרמטר ירד.
איור 2. הצגה סכמתי של מחזוריות ,ומגמות שונות.בקטע השחור - אין השפעה על הפרמטר מעבר למחזוריות בקטע האדום יש הגברה יחסית של הפרמטר בקטע הכחול יש הפחתה יחסית של הפרמטר
בנוסף לאפשרות של קיום מחזור אחד, בטבע כמה מחזורים יכולים לחפוף אחד לשני ולהקשות על הבנת המערכת. איור 3

.איור 3. שני מחזורים המשפיעים על פרמטר אחד. הקו השחור מציג מגמה ארוכת שנים של יציאה מתקופת הקרח הקטנה, והקו האדום מציג את מחזור 60 השנה. מקור בגוף האיור)
תחזית שלא לוקחת בחשבון מהלך מחזורי יכולה לחזות שינוי עתידי שגוי כמו שמוצג באיור 4.
איור 4. התצפיות מופיעות בריבוע השחור. התחזית הליניארית צופה עליה מתונה בטמפרטורה עד שנת 2100 ,ואילו תחזית ה-IPCC מתבססת על העלייה משנת 1980-2000 ולכן צופה עלייה גבוהה בטמפרטורה עד שנת 2100.

לחוקר שלא מצוי בתחום האקלים נראה כי השפעת המחזורים קטנה ולא משפיעה על טווח שנות המדידה, שכן הכרת המדע במחזוריות מוכרת ליחידות זמן ארוכות בהרבה, המחזורים של מלנקוביץ. הכרת המחזורים של עשרות השנים הם תולדה של מחקרים מפורטים מבחינה סטטיסטית שקיבלו הכרה בעשרות השנים האחרונות. בשנות ה-60 של המאה הקודמת כשלמדתי לקראת תואר ראשון בקלימטולוגיה המושגים "אל-ניניו" ו"תנודה צפון אטלנטית" לא הופיעו כלל בספרי הלימוד האוניברסיטיים.

רק לשם דוגמא אצטט כאן רשימה של מחזורים ידועים:
El Niño Southern Oscillation between two and eight years
Pacific decadal oscillation -  decadal scale
Interdecadal Pacific Oscillation- between 20 and 30 years
60-year climate cycle

בנוסף למחזורים אלה יש גם את המחזורים של פעילות השמש (Sunspots) שגם הם בטווח של עשרות שנים כמו:
Schwabe Cycle~ 11 years
Hale Cycle- ~ 22 years
Gleissberg Cycle- ~ 88 years
Suess Cycleor De Vries Cycle - ~ 200 years
(יש ויכוח האם Atlantic Multidecadal Oscillation  שווה ל60-year climate cycle )

היו תופעות מחזוריות שנחקרו כבר לפני 100 שנה. בשנת 1919 פורסם מאמר הקושר בין מחזוריות סערות השמש (Sunspots) לבין רוחבן של טבעות העצים והתוצאות היו מאד משכנעות. העצים היו מקו רוחב 57 צפון מאנגליה שוודיה נורבגיה וגרמניה. איור  5
איור 5. הקשר שבין רוחב טבעות עצים וסערות שמש בשנים 1800-1910. העצים הם מקו רוחב 57 צפון באנגליה שוודיה נורבגיה וגרמניה. מקור:) (Douglass  1919
את חשיבות סערות השמש הכירו אף מוקדם יותר. איור 6 מציג גזיר עיתון משנת 1886 הכותב על הקשר שבין סערות השמש ומחיר החיטה באוסטרליה.
מחזוריות עשרות השנים באטלנטי

איור 7  מציג את שינויי האנומליה בטמפרטורה באוקיאנוס האטלנטי. השינוי באנומלית הטמפרטורה הוא של כ-1 מעלה.
איור 7 . מחזוריות עשרות השנים באוקיאנוס האטלנטי, השתנות האנומליה בטמפרטורות בשנים 1856-2013. (השיאים בקירוב בשנים 1880,1940,2000 אינטרוול של 60 שנה)
.
מחזוריות כמעט זהה מתקבלת גם ביחס לשינויים בגובה פני הים כפי שמוצג באיור 8

איור  8 . השינויים בגובה פני הים הממוצע בשנים 1900- 2010 באוקיינוס האטלנטי-קו כחול, באוקיינוס הפסיפי הצפוני- קו אדום, באוקיינוס ההודי- קו סגול. ( השיאים בקירוב בשנים 2010, 1890,1950, אינטרוול של 60 שנה. (Chambers etal 2012)

  איור 9  מציג את המחזור באוקיינוס הפסיפי
איור 9. מחזורית האוקיאנוס הפציפי, בשנים 1900-2010. (מקור בגוף האיור)

מתאם בין פעילות סולארית לאקלים בכדור הארץ

מחקרים אמפיריים רבים הראו קשר ברור בין מדידות נתוני פרוקסי לאקלים ופעילות סולארית בטווחי זמן של עשרות שנים ומעלה. בשנות השבעים הבחין ג'ון אדי במתאם בין פעילות סולארית לאקלים האירופי במהלך האלף הקודם. לדוגמא, עידן הקרח הקטן (1300-1850 לספירה), הייתה תקופה קרה שהתרחשה בעת שהשמש לא הייתה פעילה במיוחד. מצד שני, התקופה החמה של ימי הביניים (1000–1200 לספירה), התרחשה בזמן שהשמש הייתה פעילה. כאן לא אסרוק את כל "הספריה" הגדולה על נושא זה אלא רק אציג כמה קשרים מוכרים במאה השנים האחרונות.

מחזורים  הקשורים לפעילות שמש כבר הוזכרו באיור 5 אך ידועים יותר השפעות פעילות השמש על הטמפרטורה, איור 10, וגובה פני הים איור 11. 

איור 10. הקשר שבין הטמפרטורה הממוצעת בארצות הברית וקרינת השמש.בשנים 1880-2005.

איור 11. הקשר שבין השינויים בגובה פני ים ממדידות מדי גאות לסערות שמש. הקו האדום -קרינת השמש, הקו הכחול-גובה פני ים.

מסקנות

בכתבה זו  הוצגה בפני הקורא הבעיה של התייחסות למחזוריות אקלימית כאשר מנסים לבנות מודל לחיזוי השינויים העתידים. כיום דוגלי ההתחממות הגלובלית מציינים את העלייה בפחמן הדו חמצני כגורם העיקרי לשינויי ומרכזים את מאבקים בהורדת גז זה. גישה זו מחטיאה את מטרת התחזית לחזות "באמת" מה צופן העתיד.
לימוד כלל המחזורים מראה כי "העלייה" בטמפרטורה שנמדדה בעשרות השנים האחרונות איננה חורגת מזו שהייתה חזויה על ידי המחזורים הטבעיים.
למחזורים שהוזכרו כאן ניתן להוסיף כי בשנים האחרונות נמצא גם קשר בין מחזורי קרינה קוסמית לטמפרטורה.  (Svensmark  2019)


מקורות

 Don P. Chambers Mark A. Merrifield R. Steven Nerem  2012 Is there a 60year oscillation in global mean sea level? Geophysical Research Letter  39, 18.
Andrew Ellicott Douglass 1919 Climatic Cycles and Tree-Growth.
Henrik Svensmark  2019  FORCE MAJEURE The Sun’s Role in Climate Change.












תגובה 1:

יעקב אמר/ה...

העניין עם המחזוריות - כמו עם שאר הידע האקלימי - היא שהבלתי ידוע רב מן הידוע.

קח למשל את תופעת אל-ניניו. היא נצפתה ונמדדה עשרות פעמים (עשרות מופעים), היא תופעה קיימת וברורה.
אבל - אנו לא יודעים מה הגורם לה, לא מבינים אותה עד הסוף, לא יודעים לחזות בדיוק מתי יהיה המופע הבא, ולא יודעים לחשב מה יהיה השיעור של ההתחממות במופע הבא (כלומר הגודל).
קל וחומר לגבי שאר התופעות המחזוריות - לגביהן יש לנו עוד הרבה פחות ידע ונתונים - בגלל מחזור הזמן הארוך (למשל 60 שנה) שלא מאפשר לנו למדוד הרבה מופעים שלהם.