היווצרות זרמי אוויר עולים
בעריכה (להעביר לגרסה טקסטואלית)
פורסם בגיליון מס' 20 של המגזין "כנפיים", ספטמבר 1997:
מאת: דורון שרמן
אחד המראות המקסימים והמרשימים בטבע הינו נדידת הציפורים - להקות גדולות של עופות דורסים, שקנאים וחסידות נוסקים מעלה מעלה במעגלים רחבים הצובעים את הזרמים העולים (תרמיקות).
האטמוספירה העוטפת ומגינה על כדור הארץ היא מעין קליפה כדורית בעובי של כ- 50 ק"מ והאוויר בה אינו סטטי, אלא נע ברוחות אופקיות ואנכיות. האתגר של טיסה ממושכת ושהיה באוויר, ללא מנוע, משותפת גם לציפורים וגם לדואים והמרחפים במצנחים. לשם ניצול מיטבי של תנאי הטיסה נדרשת הכרת והבנת זרמי האוויר למיניהם ותכונותיהם.
קיימים מספר סוגים של זרמים עולים: זרם רכס, עילוי גלים, וזרמי אוויר חמים (תרמיקות).
זרם רכס הנו זרם המאולץ לעלות למעלה עקב הימצאות רכס כמכשול לזרימה בניצב לכיוון הרכס. זרם כזה עולה לגובה לא רב מעל הרכס, בתלות בעוצמת הרוח ובגובה 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.
עילוי גלים הנו זרם עולה שתחום השפעתו גדול יחסית. אורך הגל יכול להיות קילומטרים רבים, והזרם העולה מגיע לגובה רב (מספר ק"מ גם כן), כך שנפח העילוי גדול מאוד. עילוי גלים נוצר בדרך כלל כאשר כיוון הרוח בניצב לרכס, או מכשול גדול אחר לרוח שמאחוריו רכס נוסף, שמאלץ את הזרם שירד מהרכס הראשון לעלות. עילוי גלים מתאפיין באוויר רגוע מאוד ועילוי כמעט קבוע.
בכתבה זו נדון רק בסוג האחרון - בתרמיקות, ועל קצה המזלג במנגנונים שיוצרים אותן. (על עילוי גלים - ראה "כנפיים" 18 עמ' 10-11). התרמיקה היא זרם אוויר חם ביחס לסביבתו. תכונה זו הופכת אותו לזרם עולה העשוי להגיע לגובה רב.
נקדים עם מספר הגדרות חשובות להמשך:
תהליכים פיסיקליים בהם קיים שינויי טמפרטורה בתוך נפח הגז הנובעים מתהליכים פנימיים בלבד, בבידוד מהסביבה וללא שינוי בכמות החום הכוללת בנפח זה (ללא איבוד או תוספת אנרגיה), נקראים תהליכים אדיאבטיים. מתוך חוק הגזים אנו למדים, שבתהליך אדיאבטי:
- בגז אשר נשמר בטמפרטורה קבועה: הנפח משתנה ביחס הפוך ללחץ - הקטנת הנפח תגרום לעלייה בלחץ.
- בגז אשר נשמר בלחץ קבוע: הנפח משתנה ביחס ישר לטמפרטורה (ולהפך).
- בגז אשר נשמר בנפח קבוע: הלחץ משתנה ביחס ישר לטמפרטורה (ולהפך).
הלחץ האטמוספרי של יחידת נפח אוויר תלוי במשקל עמוד האוויר "הנשען" עליו, ממנו ועד גבול האטמוספירה. מכאן, שהלחץ האטמוספרי יורד עם העלייה בגובה וההתרחקות מכדור הארץ.
להמשך הדיון נגדיר עוד הגדרה אחת: יציבות אטמוספרית. מהי יציבות באופן כללי? מצב יציב הוא מצב שבו יש לגוף נטייה לשמור על מצבו הנוכחי וכל הזזה ממצב זה (הפרעה) תגרום לניסיון לחזור למצב הקודם (יצירת ממונט הפוך להפרעה). מכאן, שחוסר יציבות הוא מצב שבו כל הזזה או הפרעה רק יוחרפו וחוזר חלילה.
במצב של יציבות אטמוספרית, באופן דומה, נפח אוויר שיידחף כלפי מעלה יחזור מטה ולהפך. וכמובן, במצב של חוסר יציבות אטמוספרית, נפח אוויר שיקבל הזזה קטנה כלפי מעלה ימשיך לנוע למעלה (זרם עולה), ונפח אוויר שיקבל הזזה קטנה כלפי מטה ימשיך לנוע למטה (זרם יורד).
תכונה חשובה של האוויר היא היותו מעביר חום גרוע, ולכן הוא מבודד טוב (משתמשים בתכונה זו בשמיכות פוך ובבלוקים החלולים לבניה). גוש אוויר שומר על חומו במשך פרק זמן ארוך, ללא התמזגות עם אוויר בטמפרטורה שונה מסביבו. כך, חזיתות קרות יכולות לעבור גם את כל אירופה מבלי להתחמם. לכן, תהליכים שעוברים על גושי אוויר גדולים הם תהליכים אדיאבטיים.
בשעות היום, כשהשמש מאירה, האוויר לא מתחמם ישירות מקרינת השמש והרחק מהקרקע האוויר יישאר קר. אך לעומת זאת, הקרקע מתחממת מקרינת השמש ומחממת את האוויר הקר שבקרבתה. גוש אוויר חם כזה, ביחס לאוויר שסביבו, צפוף פחות ולכן קל יותר ומתחיל לנוע כלפי מעלה. בתנועתו למעלה עובר
