עקרונות היווצרות זרם גל
פורסם בגיליון מס' 26 של המגזין "כנפיים", ינואר 2001:
מאת: דורון שרמן
כל כלי-הטיס הבלתי ממונעים (למעט כדורים פורחים, שהנם קלים מהאוויר) נזקקים לזרמי אוויר עולים על מנת להרוויח גובה או להישאר באוויר.
קיימים שלושה סוגים עיקריים של זרמים עולים:
- זרם רכס (עילוי אורוגרפי)
- זרמי אוויר חמים (תרמיקות)
- עילוי גלי הרים (Lee Waves)
זרם רכס מאולץ לעלות למעלה עקב הימצאות רכס כמכשול לזרימה, כשהרוח נושבת בניצב לכיוון הרכס. זרם כזה עולה לגובה לא רב מעל הרכס, כשהוא מושפע מעוצמת הרוח ומגובה הרכס (עשרות או מאות בודדים של מטרים). זרם רכס יכול להתקיים שעות רבות וקל מאוד לזהות את נוכחותו - כל שנדרש היא רוח בכיוון כללי ניצב לרכס תלול וארוך. לדוגמה: רכסי געש ונתניה, המשמשים ברוחות מערביות ודרום-מערביות גם את טייסי מצנחי הרחיפה והגלשנים וגם את טיסנאי דאוני הרדיו. רכס זה מתנשא לגובה של כ-60-70 מטר מעל פני הים, וברוח מערבית הוא מייצר זרם רכס שיכול להגיע עד לגובה של כ-200 מטר (המחשה באיור 1).
התרמיקה היא זרם אוויר חם ביחס לסביבתו, ולכן קל מהאוויר הקר יותר בסביבה. תכונה זו הופכת אותו לזרם עולה, העשוי להגיע לגובה רב כשהיציבות האטמוסספרית שלילית.
עקרונות זרמים אלו תוארו בהרחבה במאמרי שהופיע בגיליון מס' 20 של "כנפיים" (היווצרות זרמי אוויר עולים), ובמאמרו של ארז עופר בגיליון מספר 12 (יציבות מזג האוויר).
עילוי גלים הנו זרם עולה שתחום השפעתו גדול יחסית. אורך הגל יכול להיות קילומטרים רבים, והזרם העולה מגיע לגובה רב (עד כ-17 ק"מ), כך שנפח העילוי גדול מאוד ומאפשר לדאונים לבצע טיסות מרחק ארוכות במיוחד - כגון שיא העולם למרחק של 2,000 ק"מ שהושג בניו-זילנד.
במאמר זה נדון על עילוי גלים בלבד, ועל קצה המזלג במנגנון היוצר אותו.
שלושה תנאים הכרחיים להיווצרות עילוי גלים:
1. רכס גבוה וארוך, אך לא תלול מאוד, שיהווה מכשול לזרימת הרוח.
2. רוח חזקה, ניצבת לכיוון הרכס (55 קמ"ש לפחות).
3. יציבות אטמוספרית (בניגוד לנדרש לתרמיקות).
ננסה להמחיש את מנגנון יצירת הגל באמצעות דוגמה פשוטה של קפיץ ומשקולת המחוברת אליו בקצהו העליון, כשבקצהו התחתון ריתום לשולחן (ראה איור 2):
1. נמשוך את המשקולת מעלה כך שהקפיץ ימתח.
2. נרפה מהמשקולת. בשלב זה המשקולת נעה למטה, כתוצאה ממשיכת הקפיץ וכוח הכובד, עוברת בתנופה את הנקודה שבה הקפיץ רפוי, ומהתנופה דורכת את הקפיץ עד לנקודה שבה הכוח הנדרך בקפיץ הוא כזה שגורם לבלימת תנועת המשקולת.
3. לאחר שהמשקולת נעצרה בדרכה מטה הקפיץ נותר דרוך, ולכן הוא יאיץ את המשקולת שוב כלפי מעלה. תהליך זה נמשך במחזוריות מעלה ומטה, עם התרסנות איטית של התנודות ממחזור למחזור.
תהליך היווצרות הגל דומה מאוד לזה שבדוגמה, כאשר המשקולת היא גוש האוויר המאולץ לנוע מעלה על ידי הרכס. גוש האוויר איננו מתמזג עם האוויר סביבו, ולכן הוא מתנהג כמשקולת גדולה.
הקפיץ הוא היציבות האטמוספרית (הכוח הנובע מהפרש הטמפרטורות בין גוש האוויר לסביבתו), היוצרת כוח מחזיר על גוש האוויר.
הרכס מאלץ את גוש האוויר לעלות אל מעל הפסגה, כבעילוי רכס (היד המותחת המתחילה את התנודות המחזוריות). כשקיימת אי יציבות אטמוספרית גוש זה יהפוך לזרם עולה. לעומת זאת, במצב של יציבות אטמוספרית, נטייתו של גוש האוויר תהיה שלא להמשיך לעלות, אלא לרדת חזרה למצב היציב, ונקבל תהליך כמו בדוגמה של הקפיץ והמשקולת.
גוש אוויר זה מתפשט באופן אדיאבטי בעלייה ובירידה (מתקרר כ-3 מעלות צלסיוז לכל 1000 רגל). לאחר שהרכס אילץ אותו לעלות, גוש האוויר יאבד את מהירותו האנכית בהדרגה, ובגובה שבו ייעצר הוא יהיה קר מהאוויר הסובב אותו ולכן כבד ממנו, מה שיצור כוח שיוריד את גוש האוויר כלפי מטה. מכוח ההתמדה הוא אינו נעצר בירידה כשהוא מגיע לגובה שבו הטמפרטורה שלו שווה לזו של האוויר הסובב, אלא כמו המשקולת, ממשיך מטה ונעצר בגובה שבו טמפרטורת הסביבה נמוכה משמעותית. מצב זה יצור כוח מחזיר מעלה, וחוזר חלילה, כשגוש האוויר צובר גובה ממחזור למחזור.
מכיוון שהרוח רציפה, גם הגל שיווצר יהיה רציף, בדומה לגלים המוכרים לנו בים. דימוי עקרוני ניתן לראות באיור 3.
זאת בניגוד לתרמיקה, שהינה גוש אוויר בנפח מוגבל הנע במרחב ללא תלות בטופוגרפיה.
אורך הגל מוגדר כמרחק משיא לשיא. אורך הגל תלוי בצורה ובממדי הרכס שיוצר אותו ("הגנרטור"), וברוח (מהירותה וכיוונה ביחס לציר הרכס). כמו גלים אחרים, גם גל זה יתחזק אם יהיה רכס גנרטור נוסף במרחק של כאורך גל במורד הרוחף ולהפך - אם יהיה רכס כזה במרחק של חצי אורך-גל (הרס הגל).
עילוי גלים נדיר בישראל, ונפוץ בעיקר באזורים עם רכסי הרים גבוהים וארוכים, כגון האלפים באירופה. אך לעיתים נוצר גל ברכס הכרמל, בקטע מיוקנעם לחיפה, שכיוונו צפון-מערב לדרום-מזרח, כשהרוח צפונית-מזרחית (מכיוון צפון-מזרח) חזקה.
המקור: ספר המטאורולוגיה של חיל האוויר (נובמבר 1992).
