מחזור ווקר

מחזור ווקר (Walker circulation), המכונה גם תא ווקר, הוא מודל מושגי של זרימת האוויר באזורים הטרופיים באטמוספירה התחתונה (טרופוספירה). על פי המודל, חבילות אוויר עוקבות אחר מחזור (סירקולציה) סגור בכיוונים זונאלים (מזרח-מערב) ואנכיים (מעלה-מטה). סירקולציה זאת, אשר עולה בקנה אחד עם התצפיות, נגרמת מהבדלים בפיזור חום בין האוקיינוס ליבשה. בנוסף לתנועות בכיוון הזונאלי והאנכי, לאטמוספירה הטרופית יש תנועה ניכרת גם בכיוון המרידיונלי (צפון-דרום), כחלק, למשל, ממחזור האדלי.

המחזור התגלה על ידי גילברט ווקר (Gilbert Walker), והמונח "מחזור ווקר" נטבע בשנת 1969 על ידי המטאורולוג הנורווגי-אמריקאי יעקב ביירקנס (Jacob Bjerknes).

 המתודולוגיה של ווקר 
גילברט ווקר היה מתמטיקאי יישומי באוניברסיטת קיימברידג' כאשר מונה למנהל הכללי של מצפי הכוכבים בהודו בשנת 1904. בזמן שהותו שם, עסק בחקר מאפייני המונסון באוקיינוס ההודי, לאחר שבשנת 1899 כמות הגשם שנלוותה אליו הייתה נמוכה, מה שהביא לרעב חמור במדינה. לאחר ניתוח כמויות עצומות של נתוני מזג אוויר מהודו ומשאר העולם, הוא פרסם במהלך חמש עשרה השנים הבאות תיאורים ראשונים של תנודת הלחץ האטמוספירי הגדולה בין האוקיינוס ההודי לאוקיינוס השקט, ואת המתאם שלה לדפוסי טמפרטורה ודפוסי גשם בחלק ניכר מהאזורים הטרופיים של כדור הארץ, לרבות הודו. הוא גם עבד עם המחלקה המטאורולוגית ההודית (India Meteorological Department), במיוחד בקישור בין המונסון לתופעת התנודה הדרומית (Southern Oscillation). הוא קיבל תואר עמית במסדר כוכב הודו בשנת 1911.

ווקר קבע כי סולם זמן של שנה (המשמש רבים מחוקרי האטמוספירה), אינו מתאים במקרה זה משום שקשרים גיאו-מרחביים יכולים להיות שונים לחלוטין בהתאם לעונה. לפיכך, הוא חילק את הניתוח הזמני שלו לפי חלוקה עונתית: דצמבר-פברואר, מרץ-מאי, יוני-אוגוסט וספטמבר-נובמבר.

לאחר מכן בחר במספר "מרכזי פעולה", שכללו אזורים כמו חצי האי ההודי. המרכזים מוקמו בלב אזורי לחץ גבוה ונמוך, בין אם באופן קבוע, ובין אם על בסיס עונתי. הוא גם הוסיף נקודות עבור אזורים בהם כמות הגשם, הרוח או הטמפרטורה היוו גורם בקרה חשוב.

ווקר בחן קשרים בין ערכי הלחץ והגשם, תוך התמקדות תחילה בערכי הקיץ והחורף, ובהמשך הרחיב עבודתו לאביב ולסתיו.

מהתוצאות שהתקבלו הוא הסיק כי שינויים בטמפרטורה נשלטים בדרך כלל על ידי שינויים בלחץ ובכמות המשקעים. בעבר הוצע כי כתמי שמש יכולים להיות הגורם לשינויי טמפרטורות, אך ווקר סתר מסקנה זאת בכך שהראה מתאמים חודשיים בין כתמי שמש עם טמפרטורה, רוחות, כיסוי עננים וגשם, שלא היו עקביים.

ווקר הקפיד שכל ממצאי הקורלציה שהוא חישב יפורסמו, בין אם מדובר בקשרים שהתגלו כחשובים, ובין אם לאו. מטרתו הייתה להניא חוקרים מלהתמקד בקורלציות שלא קיימות.

 השפעות אוקייניות 
ממוזער| טמפרטורות ממוצעות באוקיינוס השקט המשווני
שמאל|ממוזער| גרף המציג תרמוקלינה של אוקיינוס טרופי (עומק מול טמפרטורה). שימו לב לשינוי המהיר בין 100 ל-1000 מטרים. הטמפרטורה כמעט קבועה לאחר עומק של כ-1500 מטרים.
מחזורי ווקר באגנים הטרופיים של שלושת האוקיינוסים (ההודי, האטלנטי והשקט), גורמים לרוחות שטח מערביות בקיץ הצפוני במקרה ההודי, ולרוחות מזרחיות באטלנטי ובשקט. כתוצאה מכך, מבנה הטמפרטורה של שלושת האוקיינוסים מציג אסימטריות דרמטית. במהלך הקיץ הצפוני, במזרח האזורים המשוונים של האוקיינוס השקט (כמו גם אלה של האטלנטי), טמפרטורות פני השטח קרות, בעוד שטמפרטורות פני שטח קרות יותר שוררות רק במערב האוקיינוס ההודי. שינויים אלה בטמפרטורת פני השטח משקפים שינויים בעומק התרמוקלינה.

שינויים בתא ווקר לאורך זמן מתרחשים יחד עם שינויים בטמפרטורת פני השטח. מקור חלק משינויים אלו באילוצים חיצוניים, דוגמת המעבר העונתי של שיא קרינת השמש לחצי הכדור הצפוני בקיץ. נראה כי שינויים אחרים נובעים ממשוב מצומד בין האוקיינוס לאטמוספירה, שבו, למשל, רוחות מזרחיות גורמות לטמפרטורת פני הים לרדת במזרח, מה שמגביר ניגודי חום אזוריים, ולכן מגביר רוחות מזרחיות ברחבי האגן. רוחות אנומליות אלה גורמות לעליית מי עומק משוונית רבה יותר, עליית התרמוקלינה במזרח, מה שמגביר קירור ראשוני על ידי הרוחות הדרומיות. משוב מצומד זה בין האוקיינוס לאטמוספירה הוצע במקור על ידי ביירקנס. מנקודת מבט אוקיינוגרפית, הלשון הקרה המשוונית נגרמת על ידי רוחות מזרחיות. אילו היה אקלים כדור הארץ סימטרי סביב קו המשווה, הרוחות חוצות המשווה היו נעלמות, הלשון הקרה הייתה חלשה בהרבה ובעלת מבנה אזורי שונה מאוד מזה שנצפה כיום.

 אל ניניו – תנודה דרומית 
מחזור ווקר נגרם מכוח גרדיאנט הלחץ הנובע ממערכת לחץ גבוה מעל מזרח האוקיינוס השקט, ומערכת לחץ נמוך מעל אינדונזיה. תופעת אל ניניו נוצרת עת סירקולציה זאת פוחתת או נעצרת, שכן הזרימה החלשה/מרוסנת גורמת למי פני האוקיינוס להתחמם לטמפרטורות מעל הממוצע. המחזור גורם לעליית מי ים קרים ממעמקי האוקיינוס, מה שמביא לקירור פני הים, ולטמפרטורות הנמוכות מהממוצע.

בתקופות שלא מאופיינות בפאזת אל ניניו, מחזור ווקר נראה על פני השטח כרוחות סחר מזרחיות המניעות מים ואוויר המחוממים על ידי השמש לכיוון מערב. בנוסף, הוא נקשר לעליית מי עומק מול חופי פרו ואקוודור. עלייה זאת מביאה ממעמקי האוקיינוס מים קרים ועשירים בחומרים מזינים אל פני השטח, מה שמביא להגדלת מלאי הדיג.Jennings, S., Kaiser, M.J., Reynolds, J.D. (2001) "Marine Fisheries Ecology." Oxford: Blackwell Science Ltd.  הצד המערבי של האוקיינוס השקט המשווני מאופיין במזג אוויר חם, לח ובעל לחץ אטמוספירי נמוך, כאשר הלחות שנאספת נפלטת בצורת טייפונים וסופות רעמים. כתוצאה מתנועה זאת, נוצר פער גובה בין מערב למזרח האוקיינוס השקט, העומד על כ-60 סנטימטרים לטובת החלק המערבי.

מחקר מדעי שפורסם במאי 2006 בכתב העת Nature הצביע על כך שתנועת מחזור ווקר הואטה מאז אמצע המאה ה-19. המחברים טענו כי שינויי האקלים שמתועדים בכדור הארץ הם גורם סיבתי סביר להיחלשות דפוס הרוח. עם זאת, מחקר משנת 2011 שנערך על ידי פרויקט הניתוח מחדש של המאה ה-20 הראה כי מלבד מחזורי אל ניניו-תנודות דרומיות, המהירות והכיוון הכוללים של מחזור ווקר נותרו יציבים בין השנים 1871 ו-2008.The Twentieth Century Reanalysis Project. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 137: 1–28. , http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/qj.776/abstract

 ראו גם 
 האטמוספירה של כדור הארץ

 לקריאה נוספת 
 מכון ווקר, אוניברסיטת רדינג, בריטניה. http://www.walker-institute.ac.uk/about/sir_gilbert.htm
 ווקר, ג'יי.אם. דיוקן עט של סר גילברט ווקר, CSI, MA, ScD, FRS. מזג אוויר 1997 (כרך 52, מס' 7, עמ'). 217–220)
 ווקר, ג'י.טי. ובליס, EW, 1930. מזג אוויר עולמי IV, זיכרונות החברה המטאורולוגית המלכותית, 3, (24), 81–95.
 ווקר, ג'י.טי. ובליס, EW, 1937. מזג אוויר עולמי VI, זיכרונות החברה המטאורולוגית המלכותית, 4, (39), 119–139.
 ווקר, ג'.טי., 1923. מתאם בשינויים עונתיים של מזג האוויר, VIII. מחקר ראשוני על מזג האוויר בעולם. זיכרונות המחלקה המטאורולוגית של הודו, 24, (4), 75–131.
 ווקר, ג'.טי., 1924. מתאם בשינויים עונתיים של מזג האוויר, IX. מחקר נוסף על מזג האוויר בעולם. זיכרונות המחלקה המטאורולוגית של הודו, 24, (9), 275–333. http://www.rmets.org/about/history/classics.php 
 כץ, RW סר גילברט ווקר והקשר בין אל ניניו לסטטיסטיקה. מדע סטטיסטי, 17 (2002), 97–117. http://amath.colorado.edu/courses/4540/2004Spr/walkerss.pdf 
 סיכום מחקר אקלים - מחזור הדם של ווקר: האטה במחזור הדם הטרופי באטמוספירה. טקסט וגרפיקה מ־NOAA / מעבדת דינמיקת נוזלים גיאופיזיים.
 האטה בזרימה הטרופית באוקיינוס השקט קשורה לשינויי אקלים - הודעה לעיתונות של תאגיד האוניברסיטה למחקר אטמוספירי
 היחלשות זרימת האוויר הטרופית באוקיינוס השקט עקב כפייה אנתרופוגנית, 4 במאי 2006, בכתב העת Nature.
 כתבה חדשותית של Associated Press, 3 במאי 2006: "ההתחממות הגלובלית מצוטטת כחלק משינוי הרוח"
 תחבורה טרופית קונבקטיבית ומחזור ווקר, 29 באוקטובר 2012 בכימיה ופיזיקה אטמוספיריים

קישורים חיצוניים

 הערות שוליים 

קטגוריה:מטאורולוגיה
קטגוריה:קלימטולוגיה
קטגוריה:אוקיינוגרפיה
קטגוריה:מטאורולוגיה טרופית