סופת ההוריקן "הארווי" שהכתה בטקסס הותירה חורבן כבד וגבתה מחיר בנפש. היום נסביר על הפיזיקה של סופות הוריקן וגם - מה הקטע עם השמות הפרטיים.

בסוף השבוע האחרון השתוללה במדינת טקסס שבארצות הברית סופת הוריקן אימתנית. הוריקן היא סוג של סופה טרופית המביאה עימה רוחות עזות וגשם שוטף - עד כדי נזק רב למבנים וסיכון חיים. סופה זו (הידועה ברחבי העולם בשמות שונים כמו טייפון או ציקלון) נוצרת כאשר אוויר מסתחרר סביב שקע ברומטרי בעזרתו של כוח מיוחד הפועל רק במערכת מסתובבות, כוח קוריוליס. היום נספר לכם על הפיזיקה מאחורי סופות הוריקן, וגם - מה הקטע עם השמות הפרטיים.

דמיינו שאתם עומדים במרכזו של תקליט אינסופי ומסתובב, עיניכם מכוסות. במצב זה (ובואו נדמיין לרגע שאין לכם בחילה), מהירותכם תהיה אפס. כלומר - אתם תסתובבו במקום - נכון, אבל לא תעברו אף מרחק. כעת, אם תתחילו לצעוד לכיוון שפתו של התקליט בקו ישר, תצטרכו להגדיל את מהירותכם המשיקית (המאונכת לרדיוס) בכל צעד כדי לעמוד בקצב הסיבוב של התקליט. שינוי המהירות, כמובן, יכול להתבצע רק כשמפעילים כוח. כלומר, כדי ללכת בקו ישר עליכם להפעיל כוח כנגד כוח שאין לו מקור "אמיתי", הקרוי "כוח קוריוליס". הכוח שתפעילו פועל תמיד בניצב לכיוון המהירות ושמאלה (בסיבוב עם כיוון השעון) או ימינה (בסיבוב נגד כיוון השעון). כוח קוריוליס הוא דוגמה למה שמכונה בפיזיקה "כוח מדומה", שכן הוא פועל רק בשל העובדה שאתם נמצאים במערכת מאיצה - במקרה זה, תקליט מסתובב. אפקט זה לא יתקיים עבור צופה שיצפה בכם הולכים מהצד, ועומד במערכת לא מאיצה (הקרויה גם מערכת אינרציאלית).

כאשר מתארים את תנועתו של גוף במערכת כדור הארץ המסתובבת, יש להתחשב גם בכוחות מדומים: הכוח הצנטריפוגלי וכוח קוריוליס. חלקנו למדנו בבית הספר שכוחות מדומים הם "דמיוניים", ולא קיימים באמת. זה כמובן לא נכון (כבר צירפנו לכם פעם את הקומיקס הזה של רנדל מונרו [1]) - לכוחות אלו יש השפעה ממשית על חיינו.

במערכות מזג אוויר נעים גושי אוויר מאיזורים של לחץ אטמוספירי גבוה לאיזורים של לחץ אטמוספרי נמוך. לכוח המניע את גושי האוויר מלחץ גבוה לנמוך קוראים "כוח גראדיינט הלחץ", והוא זה שאחראי על היווצרותן של רוחות בקנה מידה של מערכות מזג אוויר. כעת, דמיינו גוש של אוויר שנע בהשפעה כוח גראדיינט הלחץ בחצי הצפוני של כדור הארץ. במהלך תנועתו, יקטין (או יגדיל, תלוי בכיוון התנועה) גוש האוויר את מרחקו מציר הסיבוב (איור 1). במצב זה יפעל על גוש האוויר כוח קוריוליס - שכאמור, פועל בניצב לכיוון המהירות ושמאלה, בחצי הכדור הצפוני, ויאזן את כוח גראדיינט הלחץ. מצב זה מכונה גם "שיווי משקל גיאוסטרופי" (איור 2).

איור 1: גוש האוויר נע מדרום לצפון, ומקטין את מרחקו מציר הסיבוב.

לעיתים יורד הלחץ באיזור מסויים, יחסית לסביבה המקיפה אותו. במצב זה, אותו אתם מכירים מהחדשות כ"שקע ברומטרי" (שקע הוא איזור בעל לחץ נמוך מסביבתו), ימשיך ויסתובב גוש האוויר סביב נקודת מרכז הלחץ הנמוך. למשל, כאשר מתמקמים שקעים ברומטריים מעל קפריסין, הרוח הנושבת סביבם גורמת לאוויר לח מהים לנוע לעבר היבשה ולהוריד גשם, בתנאים מסויימים.

איור 2: מבט מלמעלה על שקע ברומטרי בחצי הכדור הצפוני. במרכז: לחץ נמוך. בשוליים: לחץ גבוה. כוח גראדיינט הלחץ פועל מבחוץ פנימה, בעוד כוח קוריוליס מסיט את גוש האוויר ימינה (בחצי הכדור הצפוני) או שמאלה (בחצי הכדור הדרומי). מימן המצב ההתחלתי, בו גוש האוויר נע לעבר מרכז השקע ומוסט ימינה בשל כוח קוריוליס. לאחר שהגוש מתחיל להסתבוב סביב מרכז השקע, מאזן כוח קוריוליס את כוח גראדיינט הלחץ עד להשגת מאזן גיאוסטרופי.

בבסיסה, סופת הוריקן (ידועה גם בשמות "טייפון" או "ציקלון") היא סוג של שקע ברומטרי עמוק סביבו נושבות רוחות עזות (מאות ק"מ בשעה) ויורדים גשמי זעף (עד עשרות סנטימטרים). המנגנונים להיווצרות הוריקן אינם לגמרי ברורים, אך חלק מהתנאים להיווצרותה כוללים לחות וטמפרטורה גבוהה (לפחות 25 מעלות צלסיוס). הסיבה לכך היא שמקור האנרגיה המרכזי של סופת הוריקן דומה לפעולתו של מנוע [2]. ראשית, מתאדים מי הים בתחתית השקע הברומטרי. בתהליך האידוי יש להשקיע אנרגיה, ולפיכך - "מוסרים" מי הים את חומם אל האוויר שמעליהם ומחממים אותו. כעת, האוויר החם והרווי באדי המים מטפס לראש השקע, ומתעבה לענן. בתהליך העיבוי משתחרר החום הכמוס והופך לאנרגיית חום. האוויר הקר יורד בחזרה אל הים מצידי השקע לאחר שהקרין את חומו החוצה, ומתחמם שנית בהגיעו אל מי הים - ומתחיל את המעגל מחדש.

בכל שנה פוגעות בחופי ארצות הברית כ-5 או 6 סופות הוריקן, כשהשיא הוא 12 [3]. כדי למנוע בלבול ולהקל על התקשורת עם הציבור, החליטו בארגון המטאורולוגי העולמי לכנות את סופות ההוריקן בשמות פרטיים של גברים ונשים החוזרים על עצמם בכל שש שנים. לפעמים, כאשר סופת הוריקן משאירה אחריה נזק רב במיוחד, יוצא שמה מהמאגר [4]. בהקשר הזה מעניין לציין שמחקר שפורסם בעבר טען שאנשים לוקחים ברצינות רבה יותר סופות עם שמות גבריים מאשר סופות עם שמות נשיים, ושסופות הוריקן בעלות שמות נשיים הורגות יותר אנשים מסופות בעלות שמות גבריים. שני המחקרים הופרכו מאוחר יותר [5,6].

כאשר מגיעות סופות הוריקן אל עבר היבשה או מצפינות לעבר מים קרים יותר מתנתק מקור האנרגיה המרכזי שלהם - הים, והן מאטות. לפיכך, עם הגעת ליבשה, הואטה מהירות הרוח בסופת ההוריקן "הארווי" במידה מספקת והורידה את רמת הסיכון שלה מדרגה 4 לדרגה נמוכה יותר. עם זאת, הותירה אחריה "הארווי" חורבן אדיר: הרוגים ופצועים, מאות בתים הרוסים ונזק רב לרכוש שיקח זמן רב לתקן - ותזכורת נוספת לגבי אפסותנו אל מול איתני הטבע.