חדשות

המחקר נערך בהובלת הדוקטורנטית אירינה רוגוזובסקי בהנחיית פרופ' אלכסנדרה צ'ודנובסקי מהמעבדה לחקר איכות האוויר מבית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ על שם פורטר באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם ד"ר אלברט אנסמן ממכון לייבניץ למחקר טרופוספירי שבלייפציג, גרמניה. תוצאות המחקר פורסמו בכתב העת Science of the Total Environment.

פרופ' אלכסנדרה צ'ודנובסקי

וואו, כמה אבק יש פה

"קשה עד בלתי אפשרי להגדיר ימים עם נוכחות של אבק", מסבירה פרופ' צ'ודנובסקי. "אף הגדרה קיימת לא תופסת", מוסיפה אירנה רוגוזובסקי ומדגישה כי בערך 50% מהימים עם אבק מתפספסים ומוגדרים כימים ללא אבק, או כימים עם זיהום אנתרופוגני – כלומר ימים עם זיהום אוויר מעשה ידי אדם. 
רוגוזובסקי: "לשני מקורות זיהום אוויר אלו יש השלכות לבריאות האדם, אך השלכות אחרות שנבחנות בנפרד. יש הגדרות שונות לסופות אבק, המתבססות בעיקר על מדידות של חלקיקים בגדלים שונים בתחנות קרקעיות. על פי הנמדד בתחנות מנסים להכריע אם יש סופת אבק התואמות הגדרה מסוימת שנבחרה בתחום מחקר ספציפי או על ידי הרשויות. אנחנו בדקנו כ-20 הגדרות שונות מתחומי מחקר שונים, ואף אחת מהן לא התאימה במלואה למצב בפועל".

ככלל, תחנות איכות אוויר מודדות את ריכוז החלקיקים (מיקרוגרם לכל מטר מעוקב), בקוטר 2.5 ו-10 מיקרון, המכונים PM2.5 ו- PM10. חלקיקים בקוטר 10 מיקרון יכולים לחדור לאף ולדרכי הנשימה העליונות, אך לרוב אינם מגיעים לריאות. לעומת זאת, חלקיקים בקוטר 2.5 מיקרון יכולים לחדור עמוק יותר לריאות. בסופת אבק מתייחסים לחלקיקים מסוג  PM10. במהלך סופת אבק, ריכוז החלקיקים באוויר יכול לעלות לרמות גבוהות מאוד, ולהגיע לריכוזים שמסכנים את הבריאות, במיוחד של ילדים, קשישים ואנשים עם בעיות נשימה. אולם בארץ, לא זאת בלבד שאבק נוכח כמעט בכל ימות השנה, הוא גם מכיל זיהום אנתרופוגני, כך שקשה מאוד אם בכלל להפריד בין השניים.

"ישנן מספר שיטות בהן ניתן להבחין בין סופת אבק לבין זיהום אנתרופוגני", מספרת פרופ' צ'ודנובסקי. "לדוגמה, ניתוח אופטי שמאפשר לזהות את הפרמטרים האופטיים של החלקיקים – כמו החזרה וקיטוב. שיטה נוספת היא ניתוח מקור גושי אוויר ,(Back-Trajectory Analysis), המאפשר להתחקות אחר מקורו של האוויר שהביא את החלקיקים לנקודת המדידה. במחקר שלנו, השתמשנו בשתי השיטות". ב-2019 הותקנה על גג בניין קפלון בקמפוס אוניברסיטת תל אביב מערכת מסוג פולי-לידאר (LiDAR), שמאירה את המטרה – במקרה זה שכבות שונות באטמוספרה – בקרן לייזר, ומודדת את הזמן שלוקח לקרן לחזור למקלט. המערכת שמותקנת בקמפוס נבנתה במכון טרופוס שבלייפציג, והיא אחת מכמה מערכות בודדות בעולם כולו שיכולה לנטר זיהום אוויר באופן אנכי באטמוספירה עד לגובה של 15 ק"מ. 

"מדובר בקרן לייזר שנשלחת כל שנייה לאטמוספירה", אומרת פרופ' צ'ודנובסקי, "ולפי מהירות ההחזר אפשר לראות איפה יש חלקיקים, באילו מקורות זיהום מדובר, והכי חשוב: באיזה גובה נמצאת שכבת החלקיקים הזאת. תחנות הקרקע מפספסות את השכבתיות של השמיים. למעשה, מצאנו שמדידות קרקעיות המצביעות על זיהום אוויר אנתרופוגני מפספסות שכבות אבק מעל לשכבות זיהום האוויר האנתרופוגני, או ששתיהן מתערבבות, ולכן אינן מגדירות את הימים הללו כימי אבק – למרות שיש נוכחות גבוה של חלקיקים אבק באוויר".

אירינה רוגוזובסקי אספה נתונים מ-2019 וכמעט עד היום ב-2024, והראתה שבאזור מזרח הים התיכון יש אבק מדברי באוויר כמעט בכל ימות השנה, ולא רק באביב או בסתיו כפי שנהוג לחשוב, וכי שכבות זיהום אלו הן מגוונות במבניהן. למה כל זה חשוב? מפני שבלי מידע מדויק נתקשה להעריך את ההשפעות הבריאותיות השונות, במיוחד על אוכלוסיות בסיכון. למשל, אנחנו יודעים לומר כי בזמן סופות אבק יש יותר אשפוזים של אסתמטיים בבתי חולים, תחלואה גבוהה יותר של מחלות לב ועוד. כדי לבנות מודל אפידמיולוגי של חשיפה לאבק, אנחנו צריכים להגדיר את התופעה. המשמעות היא שההשפעות הבריאותיות של החשיפה לאבק או לזיהום עלולות להיראות נמוכות מכפי שהן בפועל, וכך נגרמת הטיית מודל".

האם סופת אבק מחממת או מקררת?

"ויש עוד יישומים למחקר שלנו", מוסיפה פרופ' צ'ודנובסקי. "למשל מה ההשלכות של סופות אבק על שינויי האקלים, שכן האבק משקף בחזרה חלק מקרינת השמש, ולוכד חלק מקרינת השמש כאן. אז האם סופת אבק מחממת או מקררת? בעוד שאבק מדברי עשוי לגרום לקירור מקומי על ידי החזרת אור השמש, זיהום אנתרופוגני יכול להוביל להתחממות מקומית ולעלייה בטמפרטורות. הבדלה בין מקורות אלה מאפשרת הבנה טובה יותר של השפעתם על שינויי האקלים, ועל המערכות האקולוגיות המקומיות. המחקר שלנו הוא צעד נוסף בדרך להבנה עמוקה יותר של האטמוספרה, והשפעות האדם עליה".

אבק ממקור טבעי מכיל לעיתים קרובות חלקיקים מינרליים טבעיים, בעוד שזיהום אנתרופוגני מכיל חומרים כמו מתכות כבדות ותרכובות כימיות מזיקות, שמקורן בתעשייה ותחבורה. לכן ההשפעה הבריאותית יכולה להיות שונה מאוד בין שני סוגי הזיהום, והגדרה מדויקת תאפשר חיזוי טוב יותר של הסיכונים הבריאותיים והטיפול בהם. בנוסף, ימי סופת אבק דורשים לרוב תגובות שונות, כמו הוצאת התראות בריאותיות לאוכלוסיות בסיכון, בעוד שבזיהום אנתרופוגני נדרשים פתרונות מתמשכים יותר כמו תכנון תחבורתי ותעשייתי לצמצום הפליטות. הגדרה מדויקת תעזור למקבלי החלטות ליישם צעדים מתאימים בזמן הנכון. זאת ועוד, זיהוי מדויק של סופות אבק לעומת זיהום אנתרופוגני חיוני לשיפור המודלים לחיזוי איכות האוויר, שכן שגיאות בזיהוי ימי אבק עלולות לגרום להטיות במדידות ובתחזיות.

פרופ' קולין פרייס ותלמידת הדוקטורט חופית שחף מהחוג לגיאופיזיקה בבית הספר ללימודי סביבה ומדעי כדור הארץ ע"ש פורטר, השתמשו בנתונים שנאספו מהציבור דרך אפליקציית מזג האוויר (Weather Signal Opensignal), על מנת לפתח מתודולוגיה להערכת הסיכון לשריפות יער, שמבוססת אך ורק על נתוני טלפונים סלולריים חכמים שנאספו מהציבור. תוצאות המחקר פורסמו לאחרונה בכתב העת Natural Hazards Earth System Sciences.

מה חשים החיישנים?

אחד הפרמטרים המרכזיים שקובעים את הסבירות לשריפת יער הוא כמות הלחות בצמחייה (שהיא בעצם הדלק לשריפה), וזו נקבעת על ידי טמפרטורת האוויר והלחות היחסית של האוויר סביב הצמחייה. שני פרמטרים אלו זמינים בקלות מטלפונים סלולריים חכמים שנמצאים בידי הציבור. לדברי צוות המחקר, כל טלפון חכם מכיל כיום מגוון חיישנים מתקדמים שמסוגלים לאסוף נתוני סביבה חיוניים, כמו טמפרטורה, לחץ ברומטרי, לחות, שדה מגנטי, תאוצה, כבידה, אור, קול, מיקום ועוד. "נתונים אלה משמשים אותנו במגוון דרכים: הם מסייעים בניווט, בקביעת המיקום, בהתראות על התחממות הסוללה או חדירת לחות למכשיר, וכל זאת באופן מיידי וללא שמירת המידע", מסביר פרופ' פרייס.

המחקר הנוכחי, שרואה אור כשש שנים לאחר המחקר הראשוני בנושא, מראה כי ניצול מושכל של נתוני החיישנים יכול לתרום למערכות התרעה מוקדמת לאירועים כמו שריפות יער. הדבר מתאפשר הודות למיליוני נתונים שנאספים ממכשירים במדינות שונות. באזורים מיוערים ומרוחקים, שבהם יש מחסור בתחנות מדידה, מערכות התרעה כאלה יכולות להסתמך על נתוני החיישנים שבטלפונים הניידים, הנמצאים בכיסי הציבור ופועלים ברציפות ברקע. נתונים אלו כבר נאספים כיום על ידי חברות רבות, באישור המשתמשים, לצרכים מגוונים. לפי החוקרים, מאגר הנתונים העצום הזה שמגיע מיותר מ-7 מיליארד טלפונים חכמים בעולם (נכון ל-2024),  טומן בחובו פוטנציאל משמעותי לשיפור יכולות חיזוי של מזג אוויר קיצוני ולפיתוח פתרונות חדשניים בתחום.

"למרות שלכל סלולרי יש שגיאות והטיות משלו, באמצעות כמויות גדולות של נתונים ממספר רב של טלפונים סלולריים חכמים אנו יכולים למצע את השגיאות ועדיין להישאר עם נתונים שימושיים"

חופית שחף מסבירה: "פיתחנו מדד שמתבסס על VPD (vapor pressure deficit), או גרעון לחץ אדים, שמשקף למעשה את הקשר בין הסביבה (טמפרטורה ולחות), לבין היובש בצמחים. כשאוויר קריר ולח יותר, שריפות אינן יכולות להתלקח, אך ככל שהתנאים האטמוספריים הופכים חמים ויבשים יותר, הסביבה מושכת יותר לחות מהצמחים, מה שמקל על הצתת שריפות. החידוש במחקר שלנו הוא השימוש בנתונים שנאספו ממשתמשי טלפונים סלולריים חכמים, ללא השתתפות פעילה שלהם, לחישוב VPD על פני שטחים נרחבים, ומספק תובנות חשובות להערכת הסיכון לשריפות".

כדי לצנן את ההתלהבות, צוות המחקר מבקש להזכיר שלנתוני הטלפונים סלולריים חכמים יש לפעמים גם שגיאות. "ייתכן שהטמפרטורה תשקף את המזגן במשרד, בעוד שחיישני הלחות עשויים לזהות את הלחות באמבטיה במהלך מקלחת, לכן היה צורך לכייל תחילה את נתוני הסלולריים באמצעות תחנות מטאורולוגיות מסחריות", מסבירה חופית. התברר שהכיולים היו פשוטים למדי, והיה צורך לבצע אותם רק פעם אחת כדי לתקן את קריאות הסלולריים.

לאחר כיול הנתונים או "אימונם", החוקרים התמקדו בניתוח שני מקרי מבחן משמעותיים של שריפות יער: הראשון הוא אירועי השריפות בישראל בנובמבר 2016, השני הוא שריפת הענק בפורטוגל שהתרחשה ביולי 2013. התוצאות היו מפתיעות, שכן נתוני הטלפונים סלולריים חכמים שנאספו מהציבור הראו אנומליות משמעותיות במדד VPD לפני ובמהלך השריפות הגדולות שנצפו. "מפתיע, אך למרות שלכל סלולרי יש שגיאות והטיות משלו, באמצעות כמויות גדולות של נתונים ממספר רב של טלפונים סלולריים חכמים אנו יכולים למצע את השגיאות ועדיין להישאר עם נתונים שימושיים. כמות הנתונים הגדולה מתגברת על הבעיות הקשורות לטלפונים סלולריים חכמים בודדים", אומרת חופית.

^{כמות הנתונים הגדולה מתגברת על הבעיות הקשורות לטלפונים סלולריים חכמים בודדים}

חכמת ההמונים

כיסוי הטלפונים הסלולריים החכמים העולמי גדל בכ-30% בחמש השנים האחרונות. ככל שצפיפותם העולמית תמשיך לגדול, נתונים שנאספים מסלולריים עשויים להציע בסופו של דבר רזולוציה מרחבית טובה יותר מאשר רשתות מטאורולוגיות מסורתיות. זה נכון במיוחד באזורים עירוניים שבהם אסונות טבע כמו שריפות יכולה להיות השפעה משמעותית. בנוסף, במדינות עם הכנסה נמוכה קיים מחסור בתשתיות מטאורולוגיות, וכך טלפונים סלולריים חכמים עשויים לספק נתונים שימושיים למעקב אחר תנאי מזג אוויר קיצוניים.

"בהתחשב בגידול העולמי המהיר במספר הטלפונים הסלולריים החכמים, אנו מציעים לנצל את מקור הנתונים הזה כדי לספק התרעה מוקדמת טובה יותר לציבור ולמנהלי חירום על אסונות טבע מתקרבים. התרעה מוקדמת טובה יותר יכולה למנוע מסכנות טבע להפוך לאסונות טבע", מסכם פרופ' פרייס.