מושגי יסוד מטאורולוגיה

לפני הכל, חשוב שתכירו מושגים רלוונטים להבנת החומר הכתוב. על בסיס המושגים אלו יבנו ההסברים בהמשך.

אטומים (והחלקים מהם הם עשויים) הם אבני הבניין של כל החומרים בטבע.

אטומים עשויים משלושה חלקיקים:

אלקטרון–חלקיק בעל מטען חשמלי שלילי, הנע במסלול המקיף את גרעין האטום.
פרוטון–חלקיק בעל מטען חשמלי חיובי (זהה והפוך לזה של האלקטרון), הנמצא בגרעים האטום.
נייטורון–חלקיק שאינו טעון חשמלית, שנמצא בגרעין האטום.

​

שרטוט 1: אטום הליום

באטום (באופן בסיסי ופשטני), כמות האלקטרונים הפרוטונים והנייטרונים זהה, וההבדל בין החומרים השונים הוא במספר של אלו. באטום מימן (מספר אטומי 1) יהיה פרוטון אחד, נייטרון אחד, ואלקטרון אחד, באטום הליום (מספר אטומי 2) יהיו שני פרוטונים, שני נייטרונים, ושני אלקטרונים, באטום ליתיום (מספר אטומי 3) שלושה וכך הלאה לפי הטבלה המחזורית.

תרכובת היא בעצם חיבור שני אטומים או יותר לכדי מולקולה חדשה.

לדוגמא, פחמן דו חמצני היא מולקלה של חומר המורכבת מאטום פחמן אחד (מספר אטומי 6), ושני אטומי חמצן (מספר אטומי 8). האטומים מחוברים ביניהם בקשר כימי, כאשר בעצם האלקטרונים של שתי המולקולות סובבים סביב שני האטומים, ונוצר שדה חשמלי ומגנטי המחבר את שני האטומים.

​

שרטוט 2: פחמן דו חמצני

תערובת היא אוסף של מולקולות שאינן מחוברות אחת לשנייה.

לדוגמא, כאשר מערבבים אבקות של תבלינים טחונים, מדובר יהיה בתערובת. כאשר נמיס את התבלינים השונים במים ו/או נחמם אותם יחד כך שיהפכו למולקולה אחת, הן יהפכו לתרכובת.

מצב צבירה מתאר את אופן סידור המולקולות בחומר, וניתן להבחין בו באופן איטנטואיטיבי.
בכל מצב צבירה סידור המולקולות בחומר יהיה אחר, והמרחק ביניהן ישתנה. שלושת מצבי הצבירה הנפוצים הם מוצק, נוזל וגז, אך ישנם מצבי צבירה נוספים כמו פלסמה או מצבי צבירה אחרים בהם לא ניתן להבחין בעין אנושית.

חומר יעבור בין מצבי הצבירה השונים כאשר תשתנה הטמפרטורה (לטמפרטורת המעבר) ותתאים למצב הצבירה. למעבר חומר בין מצב צבירה אחד לאחר שם ייחודי, התלוי בכיוון השינוי. מעבר ממוצק לנוזל נקרא התכה, ומנוזל לגז רתיחה. מעבר מגז לנוזל נקרא עיבוי ומנוזל למוצק הקפאה או התמצקות. לעיתים יהיה מעבר בין מצב צבירה אחד לאחר מבלי קיום מצב הביניים, ואז למעבר יהיה שם אחר. מעבר ממוצק לגז ייקרא "המראה", ומגז למוצק ייקרא "ריבוץ".

שרטוט 3: מצבי צבירה

​

ישנן תופעות פיסיקליות רבות שונות הנוגעות למצבי צבירה. תופעה שחשוב להזכיר (ותקבל משמעות כאשר נלמד על יצירת משקעים) היא "קירור יתר". משמעותה היא שבתנאים מסוימים נוכל לקרר נוזל אל מתחת טמפרטות ההקפאה שלו, מבלי שיהפוך למוצק. תופעה זו נקראת "קירור יתר" או "קירור על".

טמפרטורה היא מדד לרמת התנועה הממוצעת של חלקיקים, ובעצם מהווה מדד לאנרגיה הקינטית של החלקיקים.

ישנן מספר יחידות מידה מקובלות לטמפרטורה, כאשר בתעופה מקובל להשתמש בשתיים מהן:

סולם צלסיוס – יחידת המידה מסומנת ב °C. הסולם נקרא על שם האסטרונום השוודי אנדרס צלסיוס, שהמציא סולם טמפרטורות המתייחס לנקודת ההתכה (הקיפאון), ונקודת הרתיחה של מים. טמפרטורת ההתכה (או הקיפאון) של מים היא °C0, וטמפרטורת הרתיחה היא °C100.

סולם פרנהייט – יחידת המידה מסומנת ב °F. הסולם נקרא על שם הפיסיקאי הגרמני דניאל גבריאל פרנהייט, שהמציא סולם טמפרטורות המתייחס לנקודת ההתכה (הקיפאון) של תערובת שווה של קרח ומלח, וטמפרטורה ממוצעת של אדם בריא כנקודת מוצא. נקודת ה0 בסולם היא הטמפרטורה אליה יורד קרח כתוש כאשר מערבבים אותו במלח, נקודת ההתכה (קיפאון) של מים תהיה ב32°F, ונקודת הרתיחה ב°F212.

מעלה צלסיוס אחת שווה ל1.8 מעלות פרנהייט, ומעלה פרנהייט אחת שווה ל0.56 מעלות צלסיוס, ונהוג להמיר בין הסולמות ע"י המשוואות הבאות:

​

כמות חלקיקים למליון חלקיקים (Particles Per Million).
בדיוק כמו שאחוז מתאר מאית, PPM מתאר מליונית. במטאורולוגיה נהוג לציין PPM כדי לתאר את הנפח היחסי של גז כלשהו ביחס לשאר הגזים. בענפים אחרים נהוג לציין PPM ביחס למשקל, ו/או למסה האטומית (מסה מולרית).

​

אוויר היא תערובת הגזים היוצרים את האטמוספרה. האוויר מורכב בעיקרו מחנקן (78%) ומחמצן (21%), וממעט מאוד (עד 1%) גזים נוספים כמו פחמן דו חמצני (כ- 350ppm), אוזון (0-12ppm) ועוד. את קבוצת הגזים הנוספים נהון לציין בשם "גזי עקבה". כתלות בתנאי הסביבה, מים יכולים להוות בין 0% לכ- 9.5% מיחידת משקל אוויר.

האויר הוא פלואיד (או בעברית זורם), ואנו יכולים להתייחס אליו כתערובת מולקולות הדומה בהתנהגות שלה לנוזל. בדומה לנוזל בתוך קערה גדולה, גם האוויר תמיד ישאף להתפשט ולהגיע למקומות אליו הוא יכול להגיע, יתערבל במידה ונפעיל כוחות בתוכו, וכאשר נפסיק להפעיל עליו כוחות יהפוך להיות יציב ורגוע.

​

לחות באוויר היא כמות המים הנמצאת בגוש אוויר נתון. באופן אינטואיטיבי, ככל שהטמפרטורה של גוש האוויר גבוהה יותר, כך המרחק בין מולקולות החנקן והחמצן גדול יותר, ולגוש האוויר יש יותר מקום להחזיק מולקולות מים. במטאורולוגיה אנו מודדים שני סוגי לחות, מוחלטת ויחסית.

הלחות המוחלטת היא כמות אדי המים הנמצאת בגוש האויר (בדרך כלל נמדדת בגרם מים לקילוגרם אוויר), והלחות היחסית היא היחס בין התכולה בפועל לכמות אדי המים המרבית שהוא יכול להכיל באותה טמפרטורה.

​

שרטוט 4: לחות מוחלטת ויחסית ביחס לטמפרטורת אוויר

כאשר גוש אוויר מתקרר כמות המים המוחלטת נשארת זהה, אך הלחות היחסית עולה. כאשר הלחות היחסית מגיעה ל100% אנו אומרים שהאוויר הגיע לרוויה.

נקודת הטל היא הטפרטורה אליה יש לקרר גוש אוויר (בתנאי לחץ ולחות קבועים) על מנת לגרום לו לרוויה. במילים אחרות, לגרום ללחות היחסית לעלות מעל 100% ועל ידי כך להופעת טיפות מים.

לדוגמא, נקודת הטל של גוש אוויר בו יש כ 15 גרם מים לק"ג אוויר, היא 20°C (נקודה A בשרטוט 4).

המינוח מפל טמפרטורה מתאר את שינוי טמפרטורת האוויר לפי גובה.

לצורך החישוב במטאורולוגיה אנחנו מגדירים שהמפל הוא אדיאבטי (כלומר, ללא מעבר חום בין גוש האוויר לסביבה) ומבחינים בין מפל טמפרטורה באוויר יבש (עם לחות יחסית מתחת 100%) ומפל טמפרטורה באוויר לח (לחות יחסית של 100%).

מפל אדיאבטי יבש – קצב התקררות עם העליה בגובה של גוש אוויר שאינו רווי של °3 לכל 1000' (רגל).
מפל אדיאבטי לח – קצב התקררות עם העליה בגובה של גוש אוויר רווי של °1.5 לכל 1000' (רגל).

כוח המשיכה של כדור הארץ מושך את האטמוספירה כלפי הקרקע. "עמוד האוויר" מעל כל נקודה במרחב מפעיל לחץ על הנקודה והסביבה שלה, כאשר ככל שאנו עולים בגובה גובה "עמוד האוויר" קטן ולכן הלחץ האטמוספרי קטן.

נהוג למדוד את הלחץ האטמוספרי ביחידות גובה של מילימטר / אינץ' כספית (mmHg או inHg בהתאמה), או ביחידות של מיליבר שהיא יחידה בינלאומית ללחץ (במושגים של כוח, 100,000 ניוטון למטר רבוע).

מדידת הלחץ ביחידות גובה (h) נובעת מניסוי שביצע מדען בשם אוונגליסטה טוריצ'לי בשנת 1643. טוריצ'לי הפך גליל סגור המלא בכספית אל תוך קערה מלאה בכספית, כך שנוצר ואקום בחלק העליון (שרטוט 12).
איזון הכוחות בין הואקום המושך את הנוזל לכוח הכבידה הפועל על פני הנוזל מייצר גובה עמוד כספית התלוי בלחץ החיצוני, אותו מודדים במילימטרים או באינצ'ים.

למכשיר המודד לחץ אטמוספרי קוראים ברומטר, ולכן לחץ אטמוספרי קרוי גם לחץ ברומטרי.

שרטוט 5: לחץ ברומטרי ומד לחץ כספית

​

הלחץ הברומטרי קטן עם העלייה בגובה, ולמפל השינוי שלו קוראים מפל הלחץ.

אטוספירה היא שכבת הגזים המקיפה גוף שמימי (כוכב, אסטרואיד וכדומה).

האטמוספירה של כדור הארץ ייחודית ומשתנה לאורך השנים וכתוצאה מתופעות שונות המתרחשות בה. לאטמוספירה שכבות שונות הנבדלות ביניהן בגובה, באופן שינוי הטמפרטורה עם הגובה, בהרכב הגזים (האוזון לדוגמא, נמצא בסטרטוספירה), ובתופעות המטאורולוגיות. כלל התופעות המטאורולוגיות שאנו מכירים (גשם, רוח, עננים וכו') נמצאות בטרופוספירה, שהיא השכבה הראשונה של האטמוספירה.

באטמוספרה תופעות רבות משפיעות על הטמפרטורה, הלחץ וצמיגות האוויר בכל רגע נתון. לדוגמא, קרינת השמש חודרת את האטמוספירה ומחממת את הקרקע, הקרקע המתחממת מחממת את האוויר, עם העלייה בטמפרטורה כמות מולקולות האוויר ליחידת נפח יורדת ולכן הלחץ האטמוספרי יורד. הטמפרטורה והלחץ משתנים עם הגובה, העונה ולפי הרכב פני הקרקע (ים או יבשה, יער או אזור עירוני וכו'). מאחר וישנם שינויים רבים באטמוספירה במהלך היממה ולאורך השנה, נקבע מודל אטמוספרי קבוע וסטנדרטי בעל טמפרטורות, לחץ, צפיפות וצמיגות אוויר ידועים מראש, כשמטרתו להיות נקודת ייחוס לתכנון ולמערכות שונות. שם המודל – ISA (International Standard Atmosphere).

שרטוט 5: האטמוספירה של כדור הארץ

​

תקן ISA גדול ומקיף וכולל טבלאות ומשוואות רבות. עבורנו ISA הוא מודל אטמוספרי המגדיר את שינוי הלחץ, הטמפרטורה וצפיפות האוויר עם העלייה בגובה, ואת הנתונים בגובה פני הים. חשוב לזכור את הנתונים הבאים:

טמפ' חיצונית בגובה פני הים – +15°C (+59°F)

לחץ ברומטרי בגובה פני הים – 1013.25 מיליבר (משתמשים ב-1013) או 29.92 אינץ' כספית.

שינוי לחץ עם העלייה בגובה – ירידה של mb1 לכל 30 רגל (או 0.033 אינץ' כספית).
שינוי טמפרטורה עם העלייה בגובה – ירידה של C°2 (3.6°F) לכל 1000'.

במקרים רבים יתייחסו בספרות הכתובה (ובשאלות בבחינה) לטמפרטורה ולחץ ביחס לISA.

דוגמה א'
הטמפרטורה החיצונית היא ISA+2 בגובה פני הים. מה תהיה הטמפרטורה החיצונית בגובה 3000' מעל פני הים?

ראשית, נחשב את הטמפרטורה בגובה פני הים.
הטמפרטורה החיצונית בISA היא +15°C , ומאחר והטמפרטורה היא ISA + 2 הטמפרטורה תהיה +17°C.

השלב השני יהיה חישוב הטמפרטורה בגובה 3000'.
מפל הטמפרטורה הוא ירידה של ירידה של C°2 לכל 1000' ולכן כאשר נטפס ל3000' הטמפ' תרד ב +6°C.

כלומר, הטמפרטורה בגובה גובה 3000' תהיה +11°C.

דוגמה ב'
הלחץ בגובה פני הים סטנדרטי. מה יהיה הלחץ במיליבר בגובה 3000' מעל פני הים?
הלחץ בגובה פני הים הוא לפי אטמוספירה סטנדרטית ("לחץ סטנדרטי") ולכן הוא 1013mb.
מפל הלחץ הוא 1mb לכל 30', ההפרש בגובה הוא 3000', ולכן הפרש הלחץ הוא 100mb.

כלומר, בגובה 3000' הלחץ יהיה 913mb (על פי החישוב: 1013mb – 100mb = 913mb).

קוד Q הוא קוד בינלאומי המורכב מכינויים באנגלית, בני שלוש אותיות המתחילים באות Q. הקוד נוצר לשימוש בשנת 1909 ע"י הממשלה הבריטית כדי לפשט את תקשורת בעזרת טלגרף ושפת מורס, ונותר בשימוש עד היום (באופן חלקי מאוד) באוויר, בים ובשידורי רדיו.

בתעופה עלינו להכיר שלושה מושגים הנוגעים ללחץ ברומטרי ורלוונטים לפעילות שלנו:

QNH – הלחץ הברומטרי בשדה התעופה, מתוקן לגובה פני הים לפי תנאי אטמוספירה סטנדרטית.
QNE – הלחץ הברומטרי בגובה פני הים, לפי אטמוספירה סטנדרטית.

QFE – הלחץ הברומטרי השורר בשדה התעופה.

​

שרטוט 6: קודי Q בתעופה

​

אפשר לראות בשרטוט 14 את הנקודה בה נמדד הלחץ לכל קוד Q, ואת הגובה לפי אותו לחץ.
כלי טיס המשתמשים במד גובה ברומטרי משתמשים בגבהים הללו כדי לקבוע את הגובה במד הגובה.

דוגמאות לשימוש היומיומי
כלי טיס שממריא משדה תעופה יקבל אישור מהמגדל להמריא ולטפס לגובה 1500' QNH.

שני מטוסי נוסעים שטסים מעל האוקיינוס טסים באזור לא מבוקר (ללא הנחיות מיחידת פיקוח), בכיוונים מנוגדים ובגבהים אי זוגיים + 500' בטיסה מזרחה, ובגבהים זוגיים + 500 בטיסה מערבה. שני כלי הטיס טסים לפי QNE כדי לוודא ששניהם שומרים על הפרדת גבהים.

בדאונים, לעיתים משתמשים בQFE כדי שלטייס הדאון יהיה קל להבחין מתי הוא מתקרב לגובה הקרקע.

מטיסי כטב"מ משתמשים בקודים הללו במידה ומדובר בכלי טיס גדולים הטסים בתשתית אזרחית, או כלי טיס בקשר עין, כאשר נדרש לתאם עם כלי טיס אחרים במרחב.

חוק ברנולי קרוי על שם מדען שוויצרי בשם דניאל ברנולי, שחקר ומצא חוק שתיאר את האנרגיה הכוללת של גופים על פני כדור הארץ. חוק ברנולי קובע שלכל גוף על פני כדור הארץ יש שלושה מרכיבים שסכומם קבוע: האנרגיה הקינטית (האנרגיה של המהירות), אנרגיית הלחץ, ואנרגיית הגובה.

במערכת סגורה (בה לא תוספת או הפחתה של אנרגיה), סכום כל שלושת המרכיבים בנוסחה קבוע, וניתן להמיר אנרגיה מסוג אחד לשני. לדוגמא: ברגע שנעזוב כדור הנמצא בגובה רב ונאפשר לו ליפול נפילה חופשית, אנו נמיר את אנרגית הגובה שלו לאנרגיה קינטית, כלומר – מהירות כלפי כדור הארץ.

ברנולי קבע מקרה פרטי של הנוסחה הנוגע לפלואידים (כמו אוויר).
נוסחת ברנולי הנוגעת לפלואידם ידועה כ: "לחץ דינמי ועוד לחץ סטטי, שווה ללחץ טוטלי קבוע".

Ps + Pd = Pt

הלחץ הסטטי הוא הלחץ הנמדד באוויר (לחץ אטמוספרי), הלחץ הדינמי הוא מהירות האוויר הנמדדת (האנרגיה הקינטית), ולחץ טוטלי הוא סכומם הקבוע של שני הלחצים. הלחץ הסטטי משתנה ביחס הפוך ללחץ הדינמי, כלומר, במידה ונעלה את הלחץ הדינמי, ירד הלחץ הסטטי ולהפך.

צינור ונטורי הוא צינור בעל חתך משתנה, בו מתקיימת תופעה אוירודינמית המבוססת על חוק ברנולי.

בצינור ונטיורי מתקיימת משוואת רציפות (חוק שימור המסה או החומר, או כמו שנוהגים לכנות בטעות – חוק הרציפות). כלומר, בהנחה והתהליך יציב, קצב הכניסה של החומר לצינור שווה לקצב היציאה ובכל נקודה נקודה במערכת, כמות החומר העוברת בשטח חתך כלשהו ביחידת זמן – קבועה. כלומר, אם כמות החומר היא Q, שטח החתך הוא A, ומהירות הזרימה היא V מתקיים Q = VA.

במילים אחרות, אם נקטין את שטח החתך בצינור פי 2, המהירות תגדל פי 2.

לדוגמא, אם המערכת היא צינור, ובכל מטר רבוע של שטח חתך של הצינור עובר ליטר אוויר בשנייה במהירות אוויר של של 10 מטר לשנייה. במידה ונקטין את שטח החתך לחצי, עדיין יעבור שם ליטר אוויר בשנייה ולכן המהירות תגדל ל20 מטרים לשנייה.

כאשר אנו נזכרים בחוק ברנולי ומסתכלים על שרטוט 7 (צינור ונטיורי) ועל הנקודות בהן אנו מודדים לחץ (P1,P2 ו-P3), אפשר לראות שהלחץ הדינמי בנקודה P2 גדל בגלל הקטנת שטח החתך, והלחץ הסטטי קטן.

התופעה המתרחשת בצינור ונטורי מתרחשת גם באוויר הפתוח. לדוגמא, כאשר גוש אוויר נע בין מצוקים או הרים, או בין מכשולים באזור עירוני למשל.

שרטוט 7: צינור ונטיורי

שושנת הרוחות היא תרשים המראה את כיווני רוחות השמיים ביחס לציר הסיבוב של כדור הארץ: צפון, דרום, מזרח ומערב.

שרטוט 8: שושנת הרוחות

​

שושנת הרוחות מתחלקת לארבעה כיוונים ראשיים (צפון, דרום, מזרח ומערב) וכיוונים משניים שנמצאים בדיוק 45 מעלות בין כל שני כיוונים ראשיים צמודים (צפון מזרח, דרום מזרח, דרום מערב, וצפון מערב).

כאשר אנו רוצים להצביע על כיוון שהוא בין כיוון ראשי למשני, נציין אותו ע"י שימוש פעמיים בכיוון הראשי הקרוב אליו. כאשר מדובר בכיוונים קרובים יותר לצפון או דרום המבנה יהיה "צפון צפון" או "דרום דרום" מערב או מזרח (ראה שרטוט 8), וכאשר מדובר בכיוונים קרובים יותר למזרח או מערב המבנה יהיה מערב או מזרח בתוספת של הכיוון הקרוב (צפון או דרום מערב, צפון או דרום מזרח. ראה שרטוט 8).

במקביל, שושנת הרוחות (או המרחב) מחולק ל360 מעלות, וכל כיוון במרחב מקבל מספר שהוא בעצם הזווית שלו ביחס לצפון, עם כיוון השעון. כך מזרח, שנמצא 90 מעלות לצפון, יקבל את המספר 90, דרום את 180, מזרח את 270 וצפון את 360 או 000. שאר הכיוונים המשניים יחושבו באותו האופן.

בתעופה, הגיית הכיוון תהיה על ידי הגיית שלוש הספרות של הכיוון, כאשר אם לא קיימות שלוש ספרות מוסיפים אפס. לדוגמא, את כיוון 090 נהגה "אפס תשע אפס" וכך גם:

45 – "אפס, ארבע, חמש".
270 – " שתיים, שבע, אפס"

22.5 – " אפס, שתיים, שתיים וחצי"
360 – " שלוש, שש, אפס" או "אפס, אפס, אפס".

אנו משתמשים בשושנת הרוחות כאשר אנו רוצים להצביע על כיוון טיסה של כלי הטיס, כיוון האף של כלי הטיס או כיווני המסלול עליו נוחת כלי טיס וגם כאשר אנו רוצים להצביע על כיוון רוח.

כאשר אנו מצביעים על כיוון אף או כיוון טיסה אנו מצביעים על הכיוון אליו מצביע כלי הטיס, אך כאשר אנו מצביעים על כיוון רוח אנו מצביעים על הכיוון ממנו נושבת הרוח. וכך לדוגמא, רוח שנושבת מצפון לדרום תהיה רוח צפונית (או רוח מכיוון 360), רוח שנושבת ממערב למזרח תהיה רוח מערבית (או רוח מכיוון 270) וכך הלאה.

איזובר הוא קו שווה לחץ.

איזוברים משורטטים על גבי מפות מזג אוויר, כאשר המידע המשמש כדי לקבוע את מיקום האיזובר מגיע מתחנות מטאורולוגיות הפרוסות ברחבי המרחב בו חוזים מזג אוויר. המידע על בסיסו משורטטים האיזוברים ומפות מזג האוויר (ועל פיו ונקבעת התחזית) מגיע בדרך כלל אחת ל6 שעות.

מפת לחצים היא מפה עליה מופיעות נקודות שונות במרחב (התחנות המטאורולוגיות), ועל יד כל נקודה מופיע הלחץ הנמדד באותה נקודה.

מפה סינופטית היא מפת לחצים כאשר הלחצים תוקנו לגובה פני הים (על פי הלחצים שנמדדו בו זמנית בנקודות המדידה השונות).

הן במפת לחצים ובמפה סינופטית יכולים להופיע איזוברים, ובדומה למפה טופוגרפית (המתארת קוי גובה), אלו יתארו שקע, רמה, אפיק ורכס של לחץ אטמוספרי.

שרטוט 10: מפה סינופטית – צפון מדינת ישראל

גרדיאנט הלחץ הוא הפרש הלחצים בין שתי נקודות במרחב.

על פי מפה סינופטית אפשר למצוא את גרדיאנט הלחץ בין איזוברים. לדוגמא, בין נקודות A ו-B בשרטוט 10 קיים הפרש לחצים של mb2 (מיליבר), ולכן גרדיאנט הלחץ הוא 2mb.

אזור סגור של לחץ נמוך.

שקע יהיה אזור שתחום באיזובר סגור (מעין מעגל), שהלחץ שלו נמוך מהסביבה (דוגמא בשרטוט 10).
שקע מסומן באות L בצבע כחול. לעיתים יסומן גם כ"שקע ברומטרי".

אזור סגור של לחץ גבוה.

רמה תהיה אזור שתחום באיזובר סגור (מעין מעגל), שהלחץ שלו גבוה מהסביבה.
שקע מסומן באות H בצבע אדום. לעיתים תסומן גם כ"רמה ברומטרית".

שלוחה של לחץ נמוך (המשתרעת משקע).

מסביב לשקע (בגובה של מעל כ1500' מפני הקרקע) תמיד תנשוב רוח במקביל לאיזוברים ונגד כיוון השעון.
את קו האפיק מסמנים במקום בו הרוח בשיאה. לעיתים יסומן גם כ"אפיק ברומטרי".

שלוחה של לחץ גבוה (המשתרעת מרמה).

מסביב לרמה (בגובה של מעל כ1500' מפני הקרקע) תמיד תנשוב רוח במקביל לאיזוברים ועם כיוון השעון.
את קו הרכס מסמנים במקום בו הרוח בשיאה. לעיתים יסומן גם כ"רכס ברומטרי".

אוכף הוא אזור הנמצא בין שני שקעים ובין שתי רמות ברומטריות.

שרטוט 11: שקע, רמה, אפיק, רכס ואוכף ברומטרי

יציבות היא המצב בו גוף כלשהו מתמודד עם כוח מפריע. במסגרת מקצוע המטואורולוגיה נשתמש בהגדרות היסוד המפיעות כאן כדי לבחון יציבות של גוש אוויר במרחב. כלומר, האם הגוש יישאר על הקרקע או יעלה לגובה.

מצב יציבות חיובי – מצב בו פעולת כוח מפריע תגרום להופעת כוח הפוך השואף להחזיר את הגוף
למצבו המקורי.

מצב יציבות אדיש – כל פעולת כוח מפריע מוציאה את הגוף ממצב שיווי משקל למצב של שיווי
משקל חדש, ולא גורמת להופעת כוח מחזיר.

מצב יציבות שלילי – חוסר יציבות! כל הפרעה למצב הגוף (ולו הקטנה ביותר) תגרום להחרפה של
הכוח המפריע ושאיפה להתרחק ממצב שיווי המשקל המקורי.

שרטוט 12: מצבי יציבות

​

בטרופופאוזה טמפרטורת האוויר יורדת עם העלייה בגובה, ולכן גוש אוויר שהוא חם מהסביבה יעלה בגובה. עם העלייה בגובה גוש האוויר מתקרר, הלחות היחסית עולה, וכאשר היא מגיעה ל100% נוצרים עננים. או במילים אחרות, כאשר יש תנועה של אוויר לח כלפי מעלה נוצרים עננים (הסבר מלא בהמשך).

כאשר אנו בוחנים יציבות של גוש אוויר במטאורולוגיה, אנו בעצם בודקים האם גוש האוויר חם או קר מהאוויר הסובב אותו (או בעצם את הצפיפות שלו ביחס לסביבה). כלומר, אנו בודקים האם במקרה של הפעלת כוח הוא צפוי לעלות לגובה או להישאר בגובה אחיד, ובמידה ואכן יעלה, האם יווצרו עננים. הגדרות היציבות במטאורולוגיה המתייחסות לגוש אוויר הן:

גוש אוויר במצב יציב – מצב בו דחיפה לגוש האוויר (בתנאי שהוא קר מהסביבה) לא תיצור עננים.

גוש אוויר במצב בלתי יציב – מצב בו דחיפה לגוש האוויר (בתנאי שהוא חם מהסביבה) תגרום לו לעלייה בגובה ולהיווצרות עננים.

גוש אוויר במצב בלתי יציב על תנאי – מצב בו לא כל דחיפה של גוש האוויר תיצור עננים. עבור גוש האוויר הלח, הדחיפה למעלה תיצור עננים, ועבור גוש האוויר היבש לא.

מאחר וטמפרטורת האוויר בטרופופאוזה יורדת עם העלייה בגובה, כאשר גוש אוויר חם מהסביבה, הוא יימצא במצב בלתי יציב ויעלה בגובה. למרות הירידה בטמפרטורה, האוויר ימשיך לעלות כל עוד יהיה חם מהאוויר החיצוני. העלייה בגובה תיפסק כאשר טמפרטורת גוש האוויר תהיה שווה לטמפרטורת הסביבה, או כאשר גוש האוויר ייתקל בשכבת אוויר בטמפרטורה גבוהה יותר ממנו (לדוגמא, אינברסיה. הערך הבא).

שרטוט 13: דוגמאות למצבי יציבות גוש אוויר

​

בשרטוט 13 תוכלו לראות דוגמאות למצבי יציבות גוש אוויר (נתוני הלחות הן לצורך המחשה).

אנו מבחינים רמת חוסר היציבות של גושי אוויר על פי ההפרש בטפרטורה בין גוש האוויר לסביבה.
כאשר טמפרטורת הסביבה קבועה וגוש אוויר אחד חם יותר מאחר, אנו נאמר שהגוש האוויר פחות יציב מהאחר.

גוש אוויר יכול להגביר יציבות כאשר הטפרטורה לא יורדת.

אינברסיה היא תופעה מטאורולוגית הפוכה מהמצב השכיח בטרופופאוזה, בה הטמפרטורה עולה עם העלייה בגובה. כאשר קיימת אינברסיה, מפל הטמפרטורה במצב זה מוגדר כמפל טמפרטורה שלילי.

בטרופופאוזה (השכבה הראשונה באטמוספרה) טמפרטורת האוויר יורדת עם העלייה בגובה. אינברסיה היא תופעה הפוכה, בה טמפרטורת האוויר עולה עם העלייה בגובה. במילים אחרות, באינברסיה קיימת שכבת אוויר חמה מעל שכבת אוויר קרה. מצב זה מתרחש בדרך כלל במזג אוויר יציב, כאשר האוויר החם עולה בלי הפרעה והאוויר הקר שוקע.

מקובל לסווג אינברסיה לפי הגורם להיווצרותה:

אינברסיית קרקע

אינברסיית המתהווה בגובה נמוך מאוד (מתחת לכ-100 מטרים), עקב התקררות של השכבה הסמוכה לקרקע במהלך הלילה. אינברסיית קרקע לרוב נשברת בשעות הבוקר עם התחממות הקרקע.

אינברסיית רום

אינברסייה המתרחשת בגובה רב. כאשר בגובה קיימת רמה ברומטרית (מערכת לחץ גבוה) המכילה אוויר חם, ובקרבת הקרקע נמצאת מערכת לחץ נמוך, האוויר הגבוה ברום מונע מהאוויר הקר לעלות ונוצרת אינברסיה בגובה רב.

אינברסייה מרינית

אינברסיה הנגרמת ע"י גוש אוויר קר המגיע מהים, ונכנס מתחת גוש אוויר חם הנמצא ביבשה.

אינברסיה מרינית מתרחשת כאשר היבשה חמה מהים, ומאפיינת אזורי חוף רבים בעולם.

אדבקציה היא הסעה אופקית של גוש אוויר (חום,מסת אוויר, לחות וכו') ע"י רוח.

מאחר וכתוצאה מאדבקציה (הסעה) גושי האוויר מתערבלים זה בזה והטמפרטורה שלהם הופכת אחידה, אדבקציה מגבירה יציבות של אוויר.

מכשיר המחובר לבלון הליום המשוחרר לאטמוספרה ומודד נתונים שונים כמו לחץ, לחות וטמפרטורה.

בישראל משוחררת רדיוסונדה מהמכון המטאורולוגי בבית דגן פעמיים ביממה (ב2 בצהריים ובלילה).

• מה ההבדל בין תערובת לתרכובת?
• אילו מצבי צבירה קיימים?
• מהם השמות למעברים בין מצבי צבירה?
• כיצד מוגדרת טמפרטורה?
• מה הקשר בין טמפרטורה לצפיפות?
• כיצד ממירים בין מעלת צלסיוס לפרנהייט?
• מהו PPM?
• מאילו גזים מורכב האוויר?
• כיצד מוגדרת לחות מוחלטת?
• כיצד מוגדרת לחות יחסית?
• במה תלויה כמות אדי המים אותה גוש אוויר יכול להכיל?
• מה קורה ללחות היחסית כאשר טמפרטורת גושה האוויר עולה? וכאשר היא יורדת?
• מה קורה ללחות כאשר אנו מקררים גוש אוויר לח?
• מהי נקודת הטל?
• מהו מפל טמפרטורה?
• מהו מפל אדיאבטי לח ויבש? כיצד מבחינים ביניהם?
• מהו לחץ אטמוספרי? באיזו יחידה מודדים אותו?
• מהי אטמוספרה סטנדרטית?
• מהו מפל הטמפרטורה הסטנדרטי? (לפי אטמוספרה סטנדרטית)
• מה תהיה הטמפרטורה בגובה 10,000 רגל לפי אטמוספרה סטנדרטית? במעלות צלסיוס ופרנהייט?
• מה תהיה הטמפרטורה בגובה 7,500 רגל לפי אטמוספרה סטנדרטית? במעלות צלסיוס ופרנהייט?
• מה תהיה הטמפרטורה בגובה 2,000 רגל לפי אטמוספרה סטנדרטית? במעלות צלסיוס ופרנהייט?
• מה הטמפרטורה הסטנדרטית בגובה פני הים לפי ISA? במעלות צלסיוס ופרנהייט?
• מה הלחץ הברומטרי בגובה פני הים לפי ISA?
• איזה קוד Q מתאים כדי לתאר את לחץ התחנה? (הלחץ הברומטרי אותו מודדת התחנה הקרקעית בשדה ההמראה).
• מהו חוק ברנולי?
• מהו צינור ונטורי?
• מהי שושנת הרוחות?
• כיצד הוגים את הכיוון 37?
• כיצד הוגים את הכיוון 265?
• אם רוח נושבת ממזרח למערב, כיצד קוראים לרוח? מה יהיה הכיוון שלה?
• מהו איזובר?
• מהי מפת לחצים? מה ההבדל בין מפת לחצים למפה סינופטית?
• מהו גרדיאנט הלחץ?
• כיצד מוגדר שקע ברומטרי?
• כיצד מוגדרת רמה ברומטרית?
• כיצד מוגדר אפיק ברומטרי?
• כיצד מוגדר רכס ברומטרי?
• כיצד מוגדר אוכף ברומטרי?
• אילו מצבי יציבות קיימים?
• בהתייחס לגוש אוויר, מהו גוש אוויר במצב יציב ובלתי יציב?
• מהו גוש אוויר בלתי יציב על תנאי?
• מהי אינברסיה?
• מהי אינברסיית קרקע?
• מהי אינברסיית רום?
• מהי אינברסיה מרינית?
• מהי אדבקציה?
• כאשר מתרחשת אדבקציה, מה קורה ליציבות האוויר?
• מהי רדיוסונדה?