আবহাওয়া ও জলবায়ু

পৃথিবীর মধ্যাকর্ষণ শক্তির টানে ভূপৃষ্ঠকে চাদরের মতো বেষ্টন করে থাকা বর্ণহীন, গন্ধহীন ও স্বাদহীন বায়বীয় আবরণকে বায়ুমণ্ডল (Atmosphere) বলে। সমুদ্রপৃষ্ঠে শুষ্ক বায়ুর প্রধান রাসায়নিক উপাদানসমূহ নিম্নরূপ:

উষ্ণতার পরিবর্তন এবং ভৌত বৈশিষ্ট্যের ওপর ভিত্তি করে বায়ুমণ্ডলকে উল্লম্বভাবে পাঁচটি প্রধান স্তরে ভাগ করা হয়:

• ১. ট্রপোস্ফিয়ার বা ক্ষুব্ধমণ্ডল (Troposphere): বায়ুমণ্ডলের সর্বনিম্ন ও ঘন স্তর। নিরক্ষরেখায় এর উচ্চতা প্রায় ১৮ কিমি এবং মেরু অঞ্চলে প্রায় ৮ কিমি (গড় উচ্চতা ১২ কিমি)। সমগ্র বায়ুমণ্ডলের ভরের ৭৫% এবং জলীয় বাষ্পের প্রায় ৯৯% এই স্তরে থাকে। এই স্তরে উচ্চতা বৃদ্ধির সাথে সাথে উষ্ণতা কমতে থাকে, যাকে স্বাভাবিক উষ্ণতা হ্রাসের হার (Normal Lapse Rate) বলে; এর মান প্রতি ১,০০০ মিটার উচ্চতায় ৬.৫°C (বা প্রতি ১৬৫ মিটারে ১°C)। মেঘ, ঝড়, বৃষ্টি, বজ্রপাত সমস্ত আবহাওয়াগত গোলযোগ এই স্তরে ঘটে বলে একে ক্ষুব্ধমণ্ডল বলে। এর ঊর্ধ্বসীমাকে ট্রপোপজ (Tropopause) বলে (উষ্ণতা প্রায় -৮০°C)।
• ২. স্ট্র্যাটোস্ফিয়ার বা শান্তমণ্ডল (Stratosphere): ট্রপোপজের ওপর থেকে ৫০ কিমি পর্যন্ত বিস্তৃত। নিচের অংশে উষ্ণতা স্থির (-৫৬°C) থাকে, কিন্তু ওপরের দিকে বৃদ্ধি পেয়ে স্ট্র্যাটোপজে ০°C হয়। এই স্তরের ১৫ থেকে ৩৫ কিমির মধ্যে ওজোন স্তর (Ozonosphere) অবস্থিত, যা সূর্যের অতিবেগুনি ক্ষতিকারক রশ্মি (UV-B, UV-C) শোষণ করে জীবজগৎকে রক্ষা করে। জলীয় বাষ্প ও ধূলিকণাহীন শান্ত পরিবেশের কারণে এই স্তর দিয়ে দ্রুতগামী জেট বিমান চলাচল করে।
• ৩. মেসোস্ফিয়ার (Mesosphere): স্ট্র্যাটোপজের ওপর ৫০ কিমি থেকে ৮০ কিমি পর্যন্ত বিস্তৃত। উচ্চতা বৃদ্ধির সাথে সাথে উষ্ণতা দ্রুত হ্রাস পায় এবং এর শীর্ষে অবস্থিত মেসোপজে বায়ুমণ্ডলের সর্বনিম্ন তাপমাত্রা -১০০°C নথিবদ্ধ হয়। মহাকাশ থেকে ছুটে আসা উল্কাপিণ্ড এই স্তরের ঘর্ষণে পুড়ে ছাই হয়ে যায়। গ্রীষ্মকালে মেরু অঞ্চলে নৈশদ্যুতি মেঘ (Noctilucent clouds) গঠিত হয়।
• ৪. থার্মোস্ফিয়ার বা আয়নোস্ফিয়ার (Thermosphere / Ionosphere): ৮০ কিমি থেকে ৪০০ কিমি পর্যন্ত বিস্তৃত। অতিবেগুনি রশ্মি ও এক্স-রশ্মির প্রভাবে গ্যাসীয় অণুগুলো আয়নে বিশ্লিষ্ট থাকে। উষ্ণতা দ্রুত বৃদ্ধি পেয়ে ১,৫০০°C ছাড়িয়ে যায়। আয়নিত স্তরের বিভিন্ন স্তর (D, E ও F বা অ্যাপেলটন স্তর) ভূপৃষ্ঠের বেতার তরঙ্গকে প্রতিফলিত করে পৃথিবীতে ফিরিয়ে দেয়। সৌরবায়ুর সাথে সংঘর্ষে এখানে আকাশে চমৎকার আলোকচ্ছটা বা মেরুপ্রভা (সুমেরু প্রভা ও কুমেরু প্রভা) সৃষ্টি হয়।
• ৫. এক্সোস্ফিয়ার ও ম্যাগনেটোস্ফিয়ার (Exosphere): ৪০০ কিমি থেকে ১০,০০০ কিমি পর্যন্ত বিস্তৃত বায়ুমণ্ডলের প্রান্তিক স্তর, যেখানে হাইড্রোজেন ও হিলিয়াম প্রাধান্য পায় এবং গ্যাসীয় অণু মহাশূন্যে বিলীন হয়। এর ওপরে ভ্যান অ্যালেন বিকিরণ বলয়যুক্ত চৌম্বকমণ্ডল অবস্থান করে।

সূর্য হলো পৃথিবীর সমস্ত শক্তি ও উষ্ণতার আদি উৎস। সূর্য থেকে যে শক্তি ক্ষুদ্রতরঙ্গের (Shortwave) মাধ্যমে আলোক ও উত্তাপ রূপে সেকেন্ডে ৩ লক্ষ কিমি গতিতে পৃথিবীতে পৌঁছায়, তাকে আগত সৌর বিকিরণ (Insolation) বলে। সূর্য থেকে প্রতি মিনিটে প্রতি বর্গ সেন্টিমিটার সমতল পৃষ্ঠে যে নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপ এসে পৌঁছায়, তাকে সৌর ধ্রুবক (Solar Constant) বলে। এর গড় মান ১.৯৪ থেকে ২.০ ক্যালোরি/বর্গ সেমি/মিনিট (১৩৬১ ওয়াট/বর্গ মিটার)।

• ১. সূর্যরশ্মির আপতন কোণ (Angle of Incidence): নিরক্ষরেখায় সূর্যরশ্মি লম্বভাবে পড়ে বলে কম ক্ষেত্রফলে তীব্র উত্তাপ প্রদান করে ($ ext{শক্তি} \propto \sin heta$); কিন্তু মেরুর দিকে রশ্মি তির্যকভাবে পড়ায় বিস্তীর্ণ অঞ্চলে তাপ ছড়িয়ে পড়ে এবং বায়ুমণ্ডলের দীর্ঘ পথ অতিক্রম করার ফলে তীব্রতা কমে যায়।
• ২. দিন-রাত্রির দৈর্ঘ্য (Photoperiod): পৃথিবীর অক্ষের ২৩.৫° হেলানো অবস্থানের কারণে গ্রীষ্মকালে দিন বড় হলে ভূপৃষ্ঠ অধিক সময় ধরে সৌর বিকিরণ গ্রহণ করে।
• ৩. সূর্য ও পৃথিবীর দূরত্ব: ৩ জানুয়ারি অনুসুর অবস্থানে (১৪ কোটি ৭০ লক্ষ কিমি) পৃথিবী অপসূর অবস্থানের (৪ জুলাই, ১৫ কোটি ২০ লক্ষ কিমি) চেয়ে প্রায় ৭% বেশি তাপ পায়।
• ৪. বায়ুমণ্ডলের স্বচ্ছতা: মেঘ, কুয়াশা ও ধূলিকণা সৌরশক্তিকে বাধা দেয়।

পৃথিবী সামগ্রিকভাবে উত্তপ্ত বা শীতল না হয়ে তাপের এক গতিশীল ভারসাম্য বজায় রাখে। আগত ১০০ একক সৌর বিকিরণের বণ্টন:

ভূপৃষ্ঠের ওপর একক ক্ষেত্রফলে বায়ুমণ্ডলের ভর যে নিম্নমুখী ভার প্রয়োগ করে, তাকে বায়ুচাপ (Atmospheric Pressure) বলে। সমুদ্রপৃষ্ঠে বায়ুর আদর্শ চাপ হলো ১০১৩.২৫ মিলিবার বা হেক্টোপাসকাল (৭৬০ মিমি পারদস্তম্ভ)। বায়ুপ্রবাহ চারটি মৌলিক বলের সমন্বয়ে ঘটে:

• ১. চাপ ঢাল বল (Pressure Gradient Force): দুটি স্থানের মধ্যে চাপের পার্থক্যের কারণে সমচাপ রেখার সাথে সমকোণে উচ্চচাপ থেকে নিম্নচাপের দিকে বায়ুপ্রবাহ সৃষ্টি হয়।
• ২. করিওলিস বল (Coriolis Force) ও ফেরেলের সূত্র: পৃথিবীর আবর্তন গতির কারণে যে বিক্ষেপক বল সৃষ্টি হয় তাকে করিওলিস বল বলে ($F_c = 2\Omega v \sin\phi$)। ফেরেলের সূত্রানুযায়ী, উত্তর গোলার্ধে বায়ু ডানদিকে এবং দক্ষিণ গোলার্ধে বামদিকে বেঁকে প্রবাহিত হয়। নিরক্ষরেখায় করিওলিস বল শূন্য এবং মেরুতে সর্বাধিক।
• ৩. ঘর্ষণ বল: ভূপৃষ্ঠের সাথে ঘর্ষণে বায়ুর গতি কমে যায়।
• ৪. জিওস্ট্রফিক বায়ু (Geostrophic Wind): মুক্ত বায়ুমণ্ডলে যখন চাপ ঢাল বল এবং করিওলিস বল পরস্পরের সমান ও বিপরীতমুখী হয়, তখন বায়ু সমচাপ রেখার সমান্তরালে প্রবাহিত হয়।

• আয়ন বায়ু (Trade Winds): উপক্রান্তীয় উচ্চচাপ বলয় থেকে নিরক্ষীয় নিম্নচাপের দিকে প্রবাহিত হয়। উত্তর গোলার্ধে উত্তর-পূর্ব আয়ন বায়ু এবং দক্ষিণ গোলার্ধে দক্ষিণ-পূর্ব আয়ন বায়ু। প্রাচীনকালে পালতোলা জাহাজে বাণিজ্যের সহায়ক ছিল বলে এর নাম বাণিজ্য বায়ু বা ট্রেড উইন্ড।
• পশ্চিমা বায়ু (Westerlies): উপক্রান্তীয় উচ্চচাপ বলয় থেকে উপমেরু নিম্নচাপ বলয়ের দিকে প্রবাহিত হয় (উত্তর গোলার্ধে দক্ষিণ-পশ্চিম এবং দক্ষিণ গোলার্ধে উত্তর-পশ্চিম দিক থেকে)। দক্ষিণ গোলার্ধে বিস্তীর্ণ জলভাগে বাধাহীনভাবে প্রবল গতিতে বয়ে চলে বলে নাবিকরা এদের গর্জনশীল চল্লিশা (Roaring Forties - ৪০°S), ক্রুদ্ধ পঞ্চাশা (Furious Fifties - ৫০°S) এবং ভয়ঙ্কর ষাট (Screaming Sixties - ৬০°S) নাম দিয়েছেন।
• মেরু বায়ু (Polar Easterlies): মেরু উচ্চচাপ থেকে উপমেরু নিম্নচাপের দিকে প্রবাহিত শীতল ও বিধ্বংসী ঝড়ো বাতাস।
• জেট স্ট্রিম (Jet Streams): দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধের সময় আবিষ্কৃত উর্ধ্ব ট্রপোস্ফিয়ারে (৯-১৪ কিমি উচ্চতায়) পশ্চিম থেকে পূর্বে সর্পিল গতিতে প্রবাহিত সংকীর্ণ ও অত্যন্ত দ্রুতগামী ($১৫০-৪০০ ext{ কিমি/ঘণ্টা}$) জিওস্ট্রফিক বায়ুপ্রবাহকে জেট স্ট্রিম বলে। এর মৌসুমী স্থান পরিবর্তন ভারতের মৌসুমি বায়ুর বিস্ফোরণ (Burst of Monsoon) নিয়ন্ত্রণ করে। মে-জুন মাসে উপক্রান্তীয় পশ্চিমী জেট হিমালয়ের উত্তরে সরে গেলে তিব্বতের ওপর পূর্বালী জেট অবস্থান নেয় এবং ভারতে বর্ষার আগমন ঘটে।

বায়ুমণ্ডলে উপস্থিত জলীয় বাষ্পকে আর্দ্রতা বলে। আর্দ্রতা পরিমাপের তিনটি রূপ:

• ১. পরম আর্দ্রতা (Absolute Humidity): প্রতি ঘনমিটার আয়তনের বায়ুতে উপস্থিত জলীয় বাষ্পের প্রকৃত ওজন ($ ext{গ্রাম/ঘনমিটার}$)।
• ২. বিশেষ আর্দ্রতা (Specific Humidity): প্রতি কিলোগ্রাম বায়ুতে উপস্থিত জলীয় বাষ্পের ভর ($ ext{গ্রাম/কিলোগ্রাম}$)। এটি উচ্চতা পরিবর্তনের সাথে পরিবর্তিত হয় না।
• ৩. আপেক্ষিক আর্দ্রতা (Relative Humidity / RH): কোনো নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় নির্দিষ্ট পরিমাণ বায়ুতে উপস্থিত প্রকৃত জলীয় বাষ্পের পরিমাণের সাথে ঐ তাপমাত্রায় ঐ বায়ুকে সম্পৃক্ত করতে প্রয়োজনীয় সর্বোচ্চ জলীয় বাষ্পের পরিমাণের অনুপাতকে শতকরা হিসেবে প্রকাশ করা হয়: $$RH = rac{ ext{প্রকৃত বাষ্প চাপ}}{ ext{সম্পৃক্ত বাষ্প চাপ}} imes ১০০\%$$ যখন আপেক্ষিক আর্দ্রতা ১০০% হয়, তখন বাতাস সম্পৃক্ত হয় এবং ঐ তাপমাত্রাকে শিশিরাঙ্ক (Dew Point) বলে।

বায়ুপুঞ্জ ওপরের দিকে উঠলে চারপাশের চাপ কমে যাওয়ায় প্রসারিত হয় এবং কোনো তাপ গ্রহণ বা বর্জন ছাড়াই অভ্যন্তরীণ কার্য করার ফলে শীতল হয়:

• শুষ্ক রুদ্ধতাপীয় হ্রাসের হার (DALR): অসম্পৃক্ত বায়ুপুঞ্জ উপরে উঠলে প্রতি ১০০০ মিটারে প্রায় ৯.৮°C (বা ১০°C/কিমি) হারে শীতল হয়।
• আর্দ্র রুদ্ধতাপীয় হ্রাসের হার (SALR): ঘনীভবন শুরু হলে লীনতাপ মুক্ত হয়, যা প্রসারণজনিত শীতলীকরণকে কিছুটা প্রতিহত করে। ফলে আর্দ্র বায়ুর ক্ষেত্রে শীতলীকরণের হার কমে ৫°C থেকে ৬°C প্রতি ১০০০ মিটারে দাঁড়ায়।

• মেঘের প্রকারভেদ (Luke Howard, 1803):
  • উঁচু মেঘ (>৬০০০ মি): সিরাস (পালকের মতো শুভ্র বরফকণা), সিরোস্ট্র্যাটাস (সূর্য ও চাঁদের চারপাশে বলয় বা Halo তৈরি করে), সিরোকিউমুলাস (ম্যাকারেল আকাশ)।
  • মাঝারি মেঘ (২০০০-৬০০০ মি): অল্টোস্ট্র্যাটাস, অল্টোকিউমুলাস।
  • নিচু মেঘ (০-২০০০ মি): স্ট্র্যাটোসিউমুলাস, স্ট্র্যাটাস (ধূসর কুয়াশার মতো স্তর), নিম্বোস্ট্র্যাটাস (অবিশ্রান্ত বৃষ্টি সৃষ্টিকারী কালো মেঘ)।
  • উল্লম্ব মেঘ: কিউমুলাস এবং কিউমুলোনিম্বাস (Cumulonimbus)। কিউমুলোনিম্বাস হলো পর্বতের মতো সুবিশাল বজ্রগর্ভ মেঘ যার চূড়ায় অ্যানভিল বা নেহাই-এর মতো ছড়ানো সিরাস শীর্ষ থাকে; এর থেকে প্রবল ঝড়বৃষ্টি, মেঘভাঙা বর্ষণ ও শিলাবৃষ্টি হয়।
• বৃষ্টিপাতের প্রকারভেদ:
  • ১. পরিচলন বৃষ্টিপাত (Convectional Rainfall): তীব্র সৌরতাপে আর্দ্র বাতাস সোজা উপরে উঠে শীতল ও ঘনীভূত হয়ে কিউমুলোনিম্বাস মেঘ সৃষ্টি করে প্রতিদিন অপরাহ্ণে প্রবল বজ্রবিদ্যুৎসহ যে বৃষ্টি ঘটায় (নিরক্ষীয় অঞ্চলের চার ঘটিকার বৃষ্টি বা 4 o'clock rain)।
  • ২. শৈলোৎক্ষেপ বৃষ্টিপাত (Orographic Rainfall): জলীয় বাষ্পপূর্ণ বায়ু পর্বতে বাধা পেয়ে ঢাল বেয়ে উপরে উঠে প্রতিবাত ঢালে (Windward Slope) প্রচুর বৃষ্টিপাত ঘটায় (যেমন পশ্চিমঘাট পর্বতের পশ্চিম ঢাল এবং চেরাপুঞ্জি-মৌসিনরাম)। কিন্তু পর্বত অতিক্রম করে যখন বাতাস বিপরীত অনুবাত ঢালে (Leeward Slope) নিচে নামে, তখন তা সংকুচিত ও উষ্ণ হয়ে যাওয়ায় আপেক্ষিক আর্দ্রতা কমে যায় এবং বৃষ্টি হয় না; এই অঞ্চলকে বৃষ্টিচ্ছায় অঞ্চল (Rain-Shadow Area) বলে (যেমন—পুনে ও শিলং)।
  • ৩. ঘূর্ণবাত বৃষ্টিপাত (Cyclonic Rainfall): নিম্নচাপ কেন্দ্রে উষ্ণ ও আর্দ্র বাতাস ঘূর্ণায়মান হয়ে ওপরে উঠে অথবা দুই বিপরীতধর্মী বায়ুপুঞ্জের সীমান্ত বরাবর উষ্ণ বায়ু শীতল বায়ুর ওপরে উঠে যে বৃষ্টিপাত ঘটায়।

বিশাল এলাকা জুড়ে বিস্তৃত যে সুবিশাল সমজাতীয় বায়ুস্তরের মধ্যে উষ্ণতা, আর্দ্রতা ও ঘনত্বের অনুভূমিক সমতা বজায় থাকে, তাকে বায়ুপুঞ্জ (Air Mass) বলে। প্রধান প্রকারভেদ: মহাদেশীয় মেরুদেশীয় ($cP$), সামুদ্রিক মেরুদেশীয় ($mP$), মহাদেশীয় ক্রান্তীয় ($cT$), এবং সামুদ্রিক ক্রান্তীয় ($mT$)।

দুটি ভিন্ন তাপমাত্রা ও ঘনত্বের বায়ুপুঞ্জ মুখোমুখি হলে তাদের সংযোগস্থলে যে ঢালু বিচ্ছিন্নকরণ তল গঠিত হয়, তাকে সীমান্ত (Front) বলে। সীমান্ত চার প্রকার: শীতল সীমান্ত (ভারী ঠান্ডা বাতাস উষ্ণ বাতাসকে খাড়াভাবে ঠেলে তোলে), উষ্ণ সীমান্ত (উষ্ণ বাতাস ধীরে ধীরে শীতল বায়ুর ওপর চড়ে যায়), অন্তর্ধৃত বা অক্লুডেড সীমান্ত (দ্রুতগামী শীতল সীমান্ত উষ্ণ সীমান্তকে ধরে ফেলে সম্পূর্ণ বায়ুকে ওপরে তুলে দেয়), এবং স্থির সীমান্ত।

যখন কোনো উচ্চচাপ কেন্দ্রকে ঘিরে সমচাপ রেখাগুলি বিস্তৃত থাকে এবং কেন্দ্র থেকে বাতাস ঘড়ির কাঁটার দিকে (উত্তর গোলার্ধে) বাইরের দিকে চক্রাকারে বেরিয়ে যায়, তখন তাকে প্রতীপ ঘূর্ণবাত বলে। এর কেন্দ্রে বাতাস উপর থেকে নিচে নেমে আসে বলে কোনো মেঘ সৃষ্টি হয় না এবং বাতাস শান্ত, শুষ্ক ও আকাশ সম্পূর্ণ মেঘমুক্ত রৌদ্রোজ্জ্বল থাকে।

বিশ্ববিখ্যাত রুশ-জার্মান জলবায়ুবিদ ভ্লাদিমির কোপেন উদ্ভিদবিজ্ঞানী আলফঁস দ্য ক্যান্ডোল-এর উদ্ভিজ্জ মণ্ডলের ওপর ভিত্তি করে মাসিক ও বার্ষিক গড় উষ্ণতা ও বৃষ্টিপাতের পরিমাণের ভিত্তিতে বিশ্বের জলবায়ুর পরিমাণগত ও প্রায়োগিক শ্রেণিবিভাগ প্রস্তুত করেন। তিনি বিশ্ব জলবায়ুকে পাঁচটি প্রধান ইংরেজি বড় হরফের (A, B, C, D, E) গ্রুপে বিভক্ত করেন:

জীবাশ্ম জ্বালানির অনিয়ন্ত্রিত দহন ও বনভূমির ধ্বংসের ফলে বায়ুমণ্ডলে গ্রিনহাউস গ্যাসের মাত্রা আশঙ্কাজনকভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে ($CO_2$ প্রাক-শিল্পযুগের ২৮০ পিপিএম থেকে বেড়ে ৪২০ পিপিএম ছাড়িয়েছে)। এর ফলে অতিরিক্ত দীর্ঘতরঙ্গ অবলোহিত তাপ বিকিরণ আটকে পড়ে ১৮৮০ সাল থেকে এ পর্যন্ত বিশ্বের গড় তাপমাত্রা প্রায় ১.১°C বৃদ্ধি পেয়েছে।

পশ্চিমবঙ্গের ওপর প্রত্যক্ষ মারাত্মক প্রভাব:

• ১. সুন্দরবনের দ্বীপভূমির নিমজ্জন: বিশ্ব উষ্ণায়নের ফলে বঙ্গোপসাগরের জলতল বার্ষিক প্রায় ৩.৭ মিমি হারে বৃদ্ধি পাচ্ছে। সুন্দরবনের ঘোড়ামারা, মৌসুনি ও সাগর দ্বীপের উপকূল ভাঙন তীব্র হয়েছে, ম্যানগ্রোভ অরণ্য ধ্বংস হচ্ছে এবং কৃষিজমিতে নোনা জল ঢুকে ফসল নষ্ট হচ্ছে।
• ২. বঙ্গোপসাগরে সুপারসাইক্লোনের সংখ্যা ও তীব্রতা বৃদ্ধি: সমুদ্রজলের উষ্ণতা ২৯°-৩০°C-এর বেশি হওয়ায় ঘনীভবনের অফুরন্ত লীনতাপ শক্তি নিয়ে ভয়াবহ ক্রান্তীয় ঘূর্ণিঝড় (আয়লা ২০০৯, আমফান ২০২০, ইয়াস ২০২১) আছড়ে পড়ছে এবং সুন্দরবনের মাটির বাঁধ ভেঙে দিচ্ছে।
• ৩. হিমালয়ের হিমবাহ ক্ষয় ও হড়পা বান: উত্তরবঙ্গ ও সিকিম হিমালয়ের হিমবাহ (যেমন তিস্তা নদীর উৎস জেমু হিমবাহ) দ্রুত পশ্চাদপসরণ করছে, ফলে হিমবাহ হ্রদ বিস্ফোরণজনিত বন্যা (GLOF) এবং তিস্তা ও তোর্ষা নদীতে ভয়াবহ হড়পা বানের ঝুঁকি বৃদ্ধি পাচ্ছে।