मौसम एवं जलवायु

पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा धरातल से बंधे हुए विशाल रंगहीन, गंधहीन व स्वादहीन गैसीय आवरण को वायुमंडल (Atmosphere) कहते हैं। समुद्र तल पर शुद्ध शुष्क वायु का रासायनिक संघटन इस प्रकार है:

तापमान की प्रवृत्ति और भौतिक विशेषताओं के आधार पर वायुमंडल को पांच संकेंद्री परतों में विभाजित किया जाता है:

• 1. क्षोभमंडल (Troposphere): वायुमंडल की सबसे निचली एवं सघन परत। भूमध्य रेखा पर इसकी ऊंचाई लगभग 18 किमी तथा ध्रुवों पर लगभग 8 किमी होती है (औसत ऊंचाई 12 किमी)। संपूर्ण वायुमंडलीय द्रव्यमान का 75% और लगभग 99% जलवाष्प इसी में स्थित है। इसमें ऊंचाई के साथ तापमान घटता है, जिसे सामान्य ताप ह्रास दर (Normal Lapse Rate) कहते हैं; इसका मान प्रति 1,000 मीटर ऊंचाई पर 6.5°C (अथवा 165 मीटर पर 1°C) होता है। बादल, वर्षा, आंधी, तूफान, कोहरा आदि समस्त मौसमी घटनाएं इसी में घटित होती हैं। इसकी ऊपरी सीमा को क्षोभसीमा (Tropopause) कहते हैं (तापमान -80°C विषुवत पर)।
• 2. समतापमंडल (Stratosphere): क्षोभसीमा से 50 किमी की ऊंचाई तक विस्तृत। इसके निचले भाग में तापमान स्थिर (-56°C) रहता है, किंतु ऊपरी भाग में बढ़कर समतापसीमा पर 0°C हो जाता है। इस परत में 15 से 35 किमी के मध्य ओजोन परत (Ozonosphere) स्थित है, जो सूर्य की घातक पराबैंगनी किरणों (UV-B, UV-C) को अवशोषित कर जीवन की रक्षा करती है। मौसमी हलचलों और बादलों से मुक्त शांत वातावरण के कारण यह परत जेट विमानों के उड़ने के लिए आदर्श है।
• 3. मध्यमंडल (Mesosphere): समतापसीमा के ऊपर 50 से 80 किमी तक फैला है। ऊंचाई के साथ तापमान तेजी से गिरता है और मध्यसीमा (Mesopause) पर वायुमंडल का न्यूनतम तापमान -100°C दर्ज किया जाता है। अंतरिक्ष से आने वाले उल्कापिंड घर्षण के कारण इसी परत में जलकर भस्म हो जाते हैं।
• 4. तापमंडल या आयनमंडल (Thermosphere / Ionosphere): 80 किमी से 400 किमी तक विस्तृत। तीव्र सौर एक्स-रे और पराबैंगनी किरणों के कारण गैसें आयनों में टूट जाती हैं। तापमान तेजी से बढ़कर 1,500°C से ऊपर चला जाता है। इसके आयनित संस्तर (D, E व F या एपलटन परत) धरातल से भेजी गई रेडियो तरंगों को परावर्तित करके संचार संभव बनाते हैं। यहां चुंबकीय तूफानों से उत्पन्न चमकीली ध्रुवीय ज्योति (उत्तरी ज्योति/अरोरा बोरियालिस व दक्षिणी ज्योति/अरोरा ऑस्ट्रेलिस) दिखाई देती है।
• 5. बहिर्मंडल (Exosphere): 400 किमी से 10,000 किमी तक विस्तृत वायुमंडल की सबसे बाहरी विरल परत, जहां हाइड्रोजन व हीलियम गैसें पाई जाती हैं और अणु अंतरिक्ष में विलीन हो जाते हैं। इसके ऊपर वैन एलन विकिरण मेखला युक्त चुंबकीय मंडल स्थित है।

पृथ्वी को प्राप्त होने वाले कुल सौर ऊर्जा प्रवाह को सूर्यातप (Incoming Solar Radiation) कहते हैं, जो विद्युत-चुंबकीय लघुतरंगों के रूप में 3 लाख किमी/सेकंड के वेग से पृथ्वी तक पहुंचता है। सूर्य से पृथ्वी की औसत दूरी पर वायुमंडल की बाहरी सीमा पर प्रति मिनट प्रति वर्ग सेंटीमीटर लंबवत सतह पर प्राप्त होने वाली ऊर्जा की मात्रा को सौर स्थिरांक (Solar Constant) कहा जाता है। इसका मान लगभग 1.94 से 2.0 कैलोरी/वर्ग सेमी/मिनट (1361 वाट/वर्ग मीटर) होता है।

• 1. सूर्य की किरणों का आपतन कोण (Angle of Incidence): भूमध्य रेखा पर किरणें लंबवत (90°) पड़ती हैं, जिससे कम क्षेत्रफल पर अधिक सघन ऊष्मा मिलती है ($ ext{ऊष्मा} \propto \sin heta$); ध्रुवों की ओर किरणें तिरछी पड़ती हैं, जिससे ऊर्जा विस्तृत क्षेत्र में फैल जाती है और वायुमंडल के लंबे मार्ग से गुजरने के कारण प्रकीर्णन व अवशोषण से क्षीण हो जाती है।
• 2. दिन की अवधि (Photoperiod): पृथ्वी के 23.5° अक्षीय झुकाव के कारण ग्रीष्म ऋतु में दिन बड़े होते हैं, जिससे धरातल अधिक समय तक सूर्यातप प्राप्त करता है।
• 3. सूर्य एवं पृथ्वी के बीच की दूरी: 3 जनवरी को उपसौर (14.7 करोड़ किमी) में पृथ्वी अपसौर (4 जुलाई, 15.2 करोड़ किमी) की तुलना में लगभग 7% अधिक सूर्यातप प्राप्त करती है।
• 4. वायुमंडल की पारदर्शिता: बादल, धूल और जलवाष्प सौर किरणों का परावर्तन और अवशोषण करते हैं।

पृथ्वी का औसत तापमान वर्ष-दर-वर्ष स्थिर रहता है, क्योंकि आने वाली सौर ऊर्जा और जाने वाली पार्थिव ऊर्जा का संतुलन बना रहता है। यदि आने वाली कुल सौर ऊर्जा को 100 इकाइयां माना जाए:

धरातल के प्रति इकाई क्षेत्रफल पर पड़ने वाले संपूर्ण वायुमंडलीय भार को वायुदाब (Atmospheric Pressure) कहते हैं। समुद्र तल पर मानक वायुदाब 1013.25 मिलीबार या हेक्टोपास्कल (760 मिमी पारद स्तंभ) होता है। पवनों की दिशा व गति चार प्रमुख बलों से निर्धारित होती है:

• 1. दाब प्रवणता बल (Pressure Gradient Force): दो स्थानों के बीच वायुदाब के अंतर के कारण समदाब रेखाओं के समकोण पर उच्च दाब से निम्न दाब की ओर उत्पन्न बल।
• 2. कोरिओलिस बल (Coriolis Force) एवं फेरेल का नियम: पृथ्वी के घूर्णन के कारण उत्पन्न विक्षेपक बल ($F_c = 2\Omega v \sin\phi$)। फेरेल के नियमानुसार, पवने उत्तरी गोलार्ध में अपनी दाहिनी ओर तथा दक्षिणी गोलार्ध में अपनी बाईं ओर मुड़ जाती हैं। विषुवत रेखा पर यह बल शून्य तथा ध्रुवों पर अधिकतम होता है।
• 3. घर्षण बल: धरातलीय अवरोधों से वायु की गति मंद पड़ जाती है।
• 4. भू-विक्षेपी पवन (Geostrophic Wind): ऊपरी घर्षणहीन वायुमंडल में जब दाब प्रवणता बल और कोरिओलिस बल परस्पर संतुलित हो जाते हैं, तो पवन समदाब रेखाओं के समानांतर बहने लगती है।

• सन्मार्गी या व्यापारिक पवनें (Trade Winds): उपोष्ण उच्च दाब से भूमध्यरेखीय निम्न दाब की ओर निरंतर चलती हैं (उत्तरी गोलार्ध में उत्तर-पूर्व तथा दक्षिणी गोलार्ध में दक्षिण-पूर्व दिशा से)। प्राचीन काल में पालदार जहाजों से व्यापार में अत्यधिक सहायक होने से इन्हें ट्रेड विंड्स कहा गया।
• पछुआ पवनें (Westerlies): उपोष्ण उच्च दाब से उपध्रुवीय निम्न दाब की ओर चलती हैं (उत्तरी गोलार्ध में दक्षिण-पश्चिम तथा दक्षिणी गोलार्ध में उत्तर-पश्चिम से)। दक्षिणी गोलार्ध के विस्तृत महासागरों में ये अत्यंत प्रचंड वेग से बहती हैं, जिन्हें नाविकों ने गरजती चालीसा (40°S), प्रचंड पचासा (50°S) एवं चीखती साठा (60°S) नाम दिया है।
• ध्रुवीय पवनें (Polar Easterlies): ध्रुवीय उच्च दाब से उपध्रुवीय निम्न दाब की ओर चलने वाली अत्यधिक ठंडी एवं बर्फीली पवनें।
• जेट स्ट्रीम (Jet Streams): ऊपरी क्षोभमंडल में (9 से 14 किमी की ऊंचाई पर) पश्चिम से पूर्व दिशा में संकीर्ण व तीव्र गति ($150-400 ext{ किमी/घंटा}$) से बहने वाली सर्पिलाकार वायुधाराओं को जेट स्ट्रीम कहते हैं। उपोष्ण पछुआ जेट का ग्रीष्मकाल में हिमालय के उत्तर में विस्थापित होना ही भारत में दक्षिण-पश्चिम मानसून के प्रस्फोट (Burst of Monsoon) का मुख्य कारण बनता है।

वायुमंडल में उपस्थित अदृश्य जलवाष्प को आर्द्रता कहते हैं। इसे तीन प्रकार से मापा जाता है:

• 1. निरपेक्ष आर्द्रता (Absolute Humidity): वायु के प्रति इकाई आयतन में जलवाष्प का वास्तविक भार ($ ext{ग्राम/घनमीटर}$)।
• 2. विशिष्ट आर्द्रता (Specific Humidity): वायु के प्रति इकाई भार में जलवाष्प का भार ($ ext{ग्राम/किलोग्राम}$)। ऊंचाई बदलने पर भी यह अपरिवर्तित रहती है।
• 3. सापेक्ष आर्द्रता (Relative Humidity / RH): किसी निश्चित तापमान पर वायु में उपस्थित वास्तविक जलवाष्प की मात्रा तथा उसी तापमान पर उस वायु को संतृप्त करने हेतु आवश्यक अधिकतम जलवाष्प की मात्रा का प्रतिशत अनुपात: $$RH = rac{ ext{वास्तविक वाष्प दाब}}{ ext{संतृप्त वाष्प दाब}} imes 100\%$$ जब सापेक्ष आर्द्रता 100% हो जाती है, तो वायु संतृप्त हो जाती है और उस तापमान को ओसांक (Dew Point) कहते हैं।

जब कोई वायुराशि बिना किसी बाह्य ऊष्मा के आदान-प्रदान के केवल फैलने से ठंडी या सिकुड़ने से गर्म होती है, तो उसे रुद्धोष्म प्रक्रिया कहते हैं:

• शुष्क रुद्धोष्म ह्रास दर (DALR): असंतृप्त वायु के ऊपर उठने पर प्रति 1,000 मीटर पर 9.8°C (लगभग 10°C) की दर से शीतलन होता है।
• आर्द्र रुद्धोष्म ह्रास दर (SALR): संघनन आरंभ होने पर गुप्त ऊष्मा मुक्त होती है, जिससे शीतलन दर घटकर 5°C से 6°C प्रति 1,000 मीटर रह जाती है।
• मेघों के प्रमुख प्रकार (Luke Howard, 1803):
  • उच्च मेघ (>6,000 मी): पक्षाभ (Cirrus - रेशमी पंख जैसे), पक्षाभ-स्तरी (सूर्य/चंद्रमा के चारों ओर प्रभामंडल बनाते हैं), पक्षाभ-कपासी।
  • मध्यम मेघ (2,000-6,000 मी): मध्य-स्तरी, मध्य-कपासी।
  • निम्न मेघ (0-2,000 मी): स्तरी-कपासी, स्तरी, वर्षा-स्तरी (लगातार वर्षा करने वाले घने काले मेघ)।
  • ऊर्ध्वाधर विकास वाले मेघ: कपासी एवं कपासी-वर्षी (Cumulonimbus)। कपासी-वर्षी पर्वतनुमा विशाल मेघ होते हैं जिनके शीर्ष पर निहाई (Anvil) जैसी संरचना होती है; इनसे मूसलाधार वर्षा, तड़ित-झंझा, आंधी और ओलावृष्टि होती है।

• 1. संवहनीय वर्षा (Convectional Rainfall): तीव्र धूप से गर्म होकर आर्द्र वायु सीधे ऊपर उठती है और ठंडी होकर कपासी-वर्षी मेघ बनाकर दोपहर बाद 4 बजे के आसपास तीव्र गरज-चमक के साथ वर्षा करती है (विषुवतीय प्रदेश की 4 o'clock rain)।
• 2. पर्वतीय वर्षा (Orographic Rainfall): जलवाष्पयुक्त पवनें जब पर्वत से टकराकर पवनाभिमुख ढाल (Windward Slope) पर ऊपर चढ़ती हैं, तो ठंडी होकर मूसलाधार वर्षा करती हैं (जैसे पश्चिमी घाट का पश्चिमी ढाल व चेरापूंजी-मौसिनराम)। पर्वत पार कर जब पवनें पवनाविमुख ढाल (Leeward Slope) पर नीचे उतरती हैं, तो गर्म होकर शुष्क हो जाती हैं, जिससे वर्षा नहीं होती; इस क्षेत्र को वृष्टि-छाया क्षेत्र (Rain-Shadow Area) कहते हैं (जैसे—पुणे एवं शिलांग)।
• 3. चक्रवातीय वर्षा (Cyclonic Rainfall): चक्रवात के निम्न दाब केंद्र में चारों ओर से आने वाली विपरीत स्वभाव की वायुराशियों के मिलने से गर्म व हल्की वायु के ऊपर उठने से होने वाली व्यापक वर्षा।

विस्तृत क्षेत्र पर फैली वायु की वह विशाल संहति जिसके किसी क्षैतिज तल पर तापमान व आर्द्रता में समानता होती है, वायुराशि कहलाती है। मुख्य प्रकार: महाद्वीपीय ध्रुवीय ($cP$), सागरीय ध्रुवीय ($mP$), महाद्वीपीय उष्णकटिबंधीय ($cT$), तथा सागरीय उष्णकटिबंधीय ($mT$)।

जब दो विपरीत भौतिक गुणों वाली वायुराशियां मिलती हैं, तो उनके बीच की ढलुआ संक्रमण सीमा को वाताग्र (Front) कहते हैं। वाताग्र चार प्रकार के होते हैं: शीत वाताग्र (ठंडी वायु आक्रामक होकर गर्म वायु को तेजी से ऊपर धकेलती है), उष्ण वाताग्र (गर्म वायु मंद ढाल पर ठंडी वायु पर धीरे-धीरे चढ़ती है), अधिविष्ट वाताग्र (जब तीव्र शीत वाताग्र उष्ण वाताग्र को पकड़कर गर्म वायु को धरातल से पूरी तरह ऊपर उठा देता है), तथा स्थिर वाताग्र।

जब किसी उच्च दाब केंद्र के चारों ओर वायुदाब बाहर की ओर घटता जाता है और केंद्र से पवनें घड़ी की सुई की दिशा में (उत्तरी गोलार्ध में) बाहर की ओर अपसरित होती हैं, तो उसे प्रतिचक्रवात कहते हैं। केंद्र में हवा ऊपर से नीचे बैठती है, जिससे कोई बादल नहीं बनते और मौसम पूर्णतः शांत, शुष्क व धूपयुक्त रहता है।

रूसी-जर्मन जलवायुवेत्ता व्लादिमीर कोपेन ने वनस्पति विज्ञानी कैंडोले के वनस्पति मंडलों के आधार पर मासिक व वार्षिक औसत तापमान और वर्षा के आंकड़ों का प्रयोग करके विश्व जलवायु का परिमाणात्मक एवं अनुभवजन्य वर्गीकरण प्रस्तुत किया। उन्होंने विश्व को पांच मुख्य अंग्रेजी बड़े अक्षरों (A, B, C, D, E) के समूहों में बांटा:

मानव द्वारा जीवाश्म ईंधनों के दहन और वनों की कटाई से वायुमंडल में $CO_2$ की सांद्रता औद्योगिक क्रांति के 280 ppm से बढ़कर 420 ppm से अधिक हो गई है। बढ़े हुए ग्रीनहाउस प्रभाव के कारण 1880 के बाद से पृथ्वी का औसत तापमान लगभग 1.1°C बढ़ चुका है।

पश्चिम बंगाल पर इसके गंभीर प्रभाव:

• 1. सुंदरवन डेल्टा में समुद्र तल वृद्धि: बंगाल की खाड़ी का जलस्तर लगभग 3.7 मिमी/वर्ष की दर से बढ़ रहा है। सुंदरवन के घोरामारा, मौसुनी व सागर द्वीपों का तेजी से कटाव हो रहा है, जिससे मैंग्रोव वन नष्ट हो रहे हैं और कृषि भूमियों में खारा पानी भर रहा है।
• 2. चक्रवातों की आवृत्ति व तीव्रता में वृद्धि: समुद्री तापमान 29°-30°C से अधिक रहने के कारण अत्यंत तीव्र सुपर साइक्लोन (आइला 2009, अम्फान 2020, यास 2021) उत्पन्न हो रहे हैं जो सुंदरवन के मिट्टी के तटबंधों को तोड़कर भारी तबाही मचाते हैं।
• 3. हिमालयी ग्लेशियरों का पिघलना व अचानक बाढ़: तीस्ता नदी को जल देने वाले जेमू जैसे उत्तरी बंगाल-सिक्किम के हिमनद तेजी से पीछे हट रहे हैं, जिससे हिमानी झील विस्फोट बाढ़ (GLOF) और दार्जिलिंग-जलपाईगुड़ी में बादल फटने की घटनाएं बढ़ रही हैं।