1המעבדה לחקר הכנרת, חקר ימים ואגמים לישראל
2 הפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית, הטכניון
3 אוניברסיטת שטוטגרט
שינוי אקלימי הינו תופעה גלובלית המתרחשת כבר עתה וצפויה להחריף בעתיד הנראה לעין עם השלכות על הסביבה הטבעית, כולל גם על גופי מים כמו הכינרת. כבר לפני כעשור, דיווחו זיו ושותפיו (2011) על מגמות שינויי אקלים באזור הכינרת. אלו כוללות החרפה בתדירות ועוצמות גלי החום עם עלייה של 5.6% בעשור, במשך האירועים של טמפרטורות מקסימום יומיות מעל ˚C39 בתקופה שבין 1970-2010. מניתוח נתוני טמפרטורת האוויר מתחנה בקיבוץ מסדה, זיו ושותפיו (Ziv et al. 2014) דיווחו על עלייה בטמפרטורת האוויר לאורך כל ימות השנה בהשוואה לעשורים קודמים, כאשר במהלך חודשי הקיץ (יוני-אוגוסט) מגמת העלייה הזו הייתה התלולה ביותר. במיוחד דווח על עליה בטמפרטורה היומית המקסימלית, כאשר בעונת הקיץ דווחה עליה של ˚C0.6 בעשור, ומנתונים עכשוויים ניתן לזהות את העלייה בתדירות של ימים חמים במיוחד (איור 1). בנוסף, מתלווה לגלי חום ירידה משמעותית בעוצמת הרוחות המערביות הנושבות מעל הכינרת בשעות הצהריים-ערב (Shilo et al. 2015).
לשינויים בתנאים המטאורולוגיים ישנן השפעות ישירות ועקיפות כאחד על מערכות אקולוגיות אקווטיות כמו אגם הכינרת. כך, כמו שינויים בטמפרטורת האוויר, גם תמורות במשטר הרוחות מעל הכינרת עשויות לגרום לשינויים רבים המשפיעים על מאזן החום והמים ועל תהליכים פיזיקליים אחרים באגם. למשל, שינויים בטמפרטורת האוויר ו/או במשטר הרוחות יגרמו לשינויים בטמפרטורת המים, בקצב הערבוב האנכי של המים, ביצירת גלים פנימיים ובמגוון תהליכים נוספים. לכל אחד מהשינויים הללו השפעה על תהליכים כימיים וביולוגיים באגם. לדוגמא, בטמפרטורות מים גבוהות יותר, התהליכים הכימיים נוטים להיות מהירים יותר. בנוסף, האורגניזמים במים מותאמים לטווח טמפרטורות מסוים וחריגה מטווח זה עלול להיות קטלני.
אחת ההשפעות הבולטות של העלייה בטמפרטורת האוויר היא עלייה בטמפרטורת המים ובמשך השכוב העונתי. ממדידות שאנו מבצעים במסגרת תוכנית הניטור הקבועה של הכינרת, הנערך במימון רשות המים, ניתן לזהות הסטה של הטמפרטורות לטמפרטורות גבוהות יותר (איור 1), ובאופן ספציפי עולה כי קיימת מגמת עלייה בטמפרטורת המים של השכבה העליונה של הכינרת בקצב של ˚C0.4 לעשור.
בנוסף, העלייה בתדירות של אירועי קיצון (כמו גלי חום חזקים) גוררת מצבים שבהם טמפרטורת המים מגיעה לערכים חריגים וגבוהים בהרבה מהטמפרטורות הנמדדות בדרך כלל. באוגוסט 2010 תועד אחד מגלי החום הקשים ביותר שנרשמו בישראל. במהלך אותו חודש נשברו שיאי חום בכל רחבי הארץ וגם באזור הכינרת, ובעקבות כך נרשמו גם שיאים בטמפרטורת המים באגם. מנתונים שנמדדו מחיישן טמפרטורה המורכב על דוגם הממוקם על דוברה במרכז האגם ויורד מספר פעמים ביום עד לעומק האגם, נמצא כי ב־22.8.2010 נמדדה טמפרטורת מי הכינרת C˚ 34.32, שהיא הטמפרטורה הגבוהה ביותר שתועדה אי פעם בכינרת. מתוך כלל המדידות מחיישן זה אשר החל לפעול בינואר 2000, 68% מהמקרים בהם נמדדה טמפרטורה גבוהה מ־C˚32 נמדדו במהלך גל החום באוגוסט 2010 (איור 2). במהלך אותו קיץ אף תועדו מספר תופעות ביולוגיות חריגות כגון העלמות של מינים מהמים שיתכן ונבעו מהטמפרטורות הקיצוניות. אירוע קיצון זה ואירועים דומים, מעלים שאלות כגון:
- מהן ההשלכות של אירועי קיצון: מה עלולות להיות ההשפעות קצרות וארוכות הטווח של העלייה בתדירות של אירועי קיצון?
- כיצד השילוב של מגמת עלייה כללית של טמפרטורה ועלייה בתדירות אירועי הקיצון ישפיע על המערכת האקולוגית של הכינרת?
על מנת לענות על שאלות אלו ואחרות יש צורך לבחון בראש ובראשונה מה תהיינה ההשלכות של שינויי האקלים על המאפיינים הפיזיקליים של האגם, כגון טמפרטורת המים בעונות שונות ולאורך זמן וכן על משך זמן השכוב של האגם.
איור 1. שינויים ארוכי טווח במהלך חודשי הקיץ בשנים 1969-2020 בטמפרטורת האוויר היומית המקסימלית באזור הכינרת (איור עליון) ושל טמפרטורת המים בעומק 1 מ' (איור תחתון). המקרא בשני האיורים מציג את הטמפרטורות של כל עמודה. טמפרטורת המים נמדדו במסגרת תוכנית הניטור של הכינרת הנערך במימון רשות המים. נתוני טמפרטורת האוויר התקבלו מהשמ"ט.
לצורך מתן מענה על השאלות הללו, בחנו את ההשפעות של שתי מגמות של שינויי אקלים על האגם לאורך 30 שנה: עלייה קבועה בטמפרטורת האוויר ואירועי קיצון בצורה של גלי חום הפוקדים את אזור האגם. זאת עשינו בעזרת מקבץ (ensemble) של מודלים פיזיקליים של הכינרת. נתוני הקלט של המודלים כללו תוצאות של הרצת מחולל אקלימי (weather generator) שהותאם לתנאים בכינרת. הגדרנו ארבעה תרחישים בעזרת המחולל האקלימי שכללו:
- שימור המצב הקיים – המצב האקלימי הנוכחי, זהו תרחיש הבסיס.
- עלייה קבועה – מגמה של עלייה קבועה בטמפרטורת האוויר שהסתכם בעליה של C˚2 על פני 30 שנה.
- גלי חום – עלייה בתדירות של גלי החום בחודשי הקיץ על בסיס הדוח של זיו וחוב' (2011).
- שילוב – עלייה קבועה בתוספת עלייה בתדירות גלי החום.
עבור כל אחד מהתרחישים יצרנו 1000 גרסאות שונות על מנת לשלב שונות בתנאי ההרצה של המודלים. כל התרחישים, שהורצו לתקופה של 30 שנה (2010-2039), והגרסאות השונות, נבחנו בעזרת שלושה מודלים פיזיקליים של האגם. המודלים נבדקו ואומתו מראש כנגד נתוני אמת שנמדדו באגם וכולם סיפקו תוצאות טובות של טמפרטורת המים באגם לאורך מספר שנים ונמצאו בתאימות גבוהה לטמפרטורות שנמדדו באגם (Gal et al. 2003, Gal et al. 2020). המחולל האקלימי כויל לנתונים מטאורולוגיים שנמדדו בכינרת במהלך התקופה 1997-2007.
איור 2. תרשים "כינורות" של התפלגות טמפרטורות המים היומית באגם (בטווח עומקים 0-10 מ') בחודש אוגוסט בשנת 2010, בשנות ה־70, שנות ה־80, שנות ה־90 ובשנות ה־2000 עד שנת 2018. בנוסף, תוצאות שלושת המודלים עבור חמש השנים האחרונות בתרחיש הבסיס (איור עליון) והתרחיש המשלב עלייה קבועה בטמפרטורה וגלי חום. הקווים האופקיים בכל כינור מציגים את הממוצע והחציון של הערכים וצורת הכינור מבטאת את התפלגות הערכים. במקומות (באותם הערכים) שבהם הכינור רחב יותר, שם יש מספר גדול יותר של מדידות של ערכים אלו. יש לשים לב להבדל הבולט בין ערכי אוגוסט 2010 לשאר התקופות.
מתוצאות התרחישים עולה כי עלייה בטמפרטורת האוויר ב־C˚2 על פני 30 שנה גוררת עלייה ממוצעת שנתית בטמפרטורת המים העליונים של האגם (0-10 מ') ב־C˚0.53-0.55, על פני כל 1000 ההרצות השונות, ביחס לתרחיש הבסיס (איור 3). במקרה של תרחיש גלי החום, השינוי בטמפרטורה השנתית הממוצעת ביחס לתרחיש הבסיס היה קטן יותר ולא עלה על C˚0.12. למרות שאין מדובר בהפרשים גדולים, יש לזכור שמדובר בממוצעים שנתיים ועל כן ההפרשים בתקופות החמות הם גדולים בהרבה. לשילוב של עלייה בתדירות גלי החום עם עלייה קבועה בטמפרטורה לא הייתה השפעה על טמפרטורת המים השנתית הממוצעת ביחס לתרחיש ללא גלי החום. המשמעות הינה שבפרספקטיבה שנתית, לגלי החום אין השפעה משמעותית על טמפרטורת המים. יחד עם זאת, שילוב של עלייה בתדירות גלי החום עם העלייה הקבועה בטמפרטורה גרר שונות גדולה יותר בטמפרטורות המים בגלל אירועים קצרי מועד של טמפרטורת מים גבוהה.
איור 3. טמפרטורות מים שנתיות ממוצעות בשכבה העליונה של הכינרת על בסיס תוצאות התרחישים. התוצאות המוצגות הינם עבור תרחיש הבסיס (תנאים מטאורולוגיים נוכחיים) ועבור התרחיש של שילוב עלייה קבועה בטמפרטורת האוויר ועלייה בתדירות גלי החום (איור תחתון). הקווים מבטאים את תוצאות שלושת המודלים והרקע מייצג את טווח כל הערכים של הרצות התרחיש. מימין לאיורים מתוארות התוצאות הממוצעות עבור חמש השנים האחרונות של הרצות המודל.
השפעת העלייה בתדירות גלי החום באה לידי ביטוי בטמפרטורות המים במהלך חודשי אוגוסט. הביטוי הוא בעיקר בטמפרטורות המים הקיצוניות אשר נרשמות במהלך אירועים אלו בדומה לערכים שנמדדו במהלך אוגוסט 2010 (איור 2). אמנם אירועי טמפרטורה קיצוניים אלו הינם קצרי מועד אבל הם גוררים טמפרטורות גבוהות במיוחד בשכבת המים העליונה ועלולים להיות קטלניים עבור מינים שאינם יכולים להתמודד עם טמפרטורות אלו. בנוסף, גלי החום גורמים לעליה בטמפרטורת המים, הגורמת לירידה בצפיפות שכבת המים הרדודה באגם. כאשר ההפרש בצפיפות המים בין השכבה העליונה והתחתונה באגם גדל, גדלה היציבות של השכוב התרמי באגם.
יצירה של שכוב תרמי בכינרת היא תהליך טבעי שמתחיל בחודש מרץ לערך ומסתיים בחודש דצמבר או ינואר עם ערבוב של כלל עמודת המים. תהליך זה של שכוב וערבוב מלא של עמודת המים הוא תהליך חיוני למערכת האקולוגית של האגם ולשמירה על איכות המים. על פי התרחישים שבחנו, משך השכוב יתארך בתרחיש של עלייה קבועה בטמפרטורת האוויר ובעיקר בתרחיש המשולב של גלי חום עם עלייה קבועה של טמפרטורה. התארכות משך השכוב עלולה לגרום למניעת ערבוב עמודת המים ולהשליך על איכותם. בתרחיש של שינוי קבוע בטמפרטורת האוויר ובתרחיש המשלב גם את גלי החום, השינוי במשך תקופת השכוב מגיע לכדי 12 יום בשנה בממוצע וצפוי להתארך ככל שיקצינו השינויים האקלימיים.
לסיכום, השינויים האקלימיים הפועלים באזורינו אשר חזויים להחריף בעתיד, צפויים להשפיע על הכינרת ועל המערכת האקולוגית שלה. החרפת אירועי הקיצון בשילוב עם עלייה מתמשכת בטמפרטורת האוויר הממוצעת יגררו עלייה בטמפרטורת המים ובמשך תקופת השכוב העונתי. במחקר המתואר נבחנו שינויים ומגמות כפי שתועדו עד כה בכינרת ולא התנאים הקיצוניים יותר הצפויים להתרחש בעתיד באזור הכינרת על פי מודלים שונים. אף על פי כן, גם השינויים שנמצאו על בסיס הממצאים הנוכחיים צפויים להשפיע על מגוון רחב של תהליכים ביולוגיים וכימיים באגם ועקב כך על אורגניזמים החיים באגם. השפעות אלה עלולות לגרור שינויים בהרכב המינים באגם והתחזקות אוכלוסיות של מינים העמידים יותר לטמפרטורות גבוהות, כגון מיני האצות הכחוליות אשר נחשבות אצות רעילות. על מנת לצמצם את ההשלכות האפשריות של השינויים האקלימיים, יש לבחון פעילויות ממשק שעשויות לצמצם את השינויים הצפויים ואת השלכותיהם.
תודות
ליורי לצ'ינסקי על סיוע בהכנה ועיבוד נתונים ולרשות המים על מימון תוכנית הניטור של הכינרת שבמהלכה נאספו הנתונים ארוכי הטווח שהוצגו במחקר זה.
רשימה ביבליוגרפית
Gal, G., J. Imberger, T. Zohary, J. Antenucci, A. Anis, and T. Rosenberg. 2003. Simulating the thermal dynamics of Lake Kinneret. Ecol. Model. 162:69-86.
Gal, G., G. Yael, S. Noam, E. Moshe, and D. Schlabing. 2020. Ensemble Modeling of the Impact of Climate Warming and Increased Frequency of Extreme Climatic Events on the Thermal Characteristics of a Sub-Tropical Lake. Water 12:1982.
Shilo, E., B. Ziv, E. Shamir, and A. Rimmer. 2015. Evaporation from Lake Kinneret, Israel, during hot summer days. J. Hydrol.
Ziv, B., E. Shilo, Y. Lechinsky, and A. Rimmer. 2014. Meteorology. Pages 81-96 in T. Zohary, A. Sukenik, T. Berman, and A. Nishri, editors. Lake Kinneret – Ecology and Management Springer Science+Business, Dordrecht.
זיו, ב., ה. סערוני, and פ. אלפרט. 2011. תנודות ומגמות בטמפרטורה, בעומס חום ובמשקעים בישראל ב-30 השנים האחרונות- האם עדות לשינוי אקלימי? בחינה קלימטולוגית-סינופטית.
לידים:
באוגוסט 2010 תועד אחד מגלי החום הקשים ביותר שנרשמו בישראל. במהלך אותו חודש נשברו שיאי חום בכל רחבי הארץ וגם באזור הכינרת, ובעקבות כך נרשמו גם שיאים בטמפרטורת המים באגם
תהליך זה של שכוב וערבוב מלא של עמודת המים הוא תהליך חיוני למערכת האקולוגית של האגם ולשמירה על איכות המים
השפעות אלה עלולות לגרור שינויים בהרכב המינים באגם והתחזקות אוכלוסיות של מינים העמידים יותר לטמפרטורות גבוהות, כגון מיני האצות הכחוליות אשר נחשבות אצות רעילות