पृथ्वी के गोलाकार स्वरूप और झुके हुए अक्ष के कारण सौर ऊर्जा का वितरण अत्यंत असमान होता है। विषुवतीय क्षेत्र में अत्यधिक तापीय अधिशेष तथा ध्रुवों पर स्थायी तापीय घाटा होता है। इस तापीय असंतुलन को संतुलित करने के लिए पृथ्वी का वायुमंडल एक विशाल ऊष्मा इंजन की भांति कार्य करता है और सामान्य वायुमंडलीय परिसंचरण के माध्यम से भूमध्य रेखा से ध्रुवों की ओर ऊष्मा तथा कोणीय संवेग का परिवहन करता है।
1. त्रिकोशिकीय वायुमंडलीय परिसंचरण मॉडल (Tri-Cellular Circulation Model)
1735 में जॉर्ज हैडली ने एकल-कोशिकीय तापीय मॉडल प्रस्तुत किया था। परंतु आधुनिक मौसम विज्ञान (विलियम फेरेल और सी.जी. रॉस्बी) के अनुसार पृथ्वी के तीव्र घूर्णन और कोरिओलिस बल के कारण दोनों गोलार्धों में वायुमंडल तीन पृथक कोशिकाओं में परिसंचरित होता है:
- हैडली कोशिका (Hadley Cell: 0° से 30° उत्तर/दक्षिण): यह एक प्रत्यक्ष तापीय परिसंचरण कोशिका है। विषुवतीय प्रदेश में तीव्र सौर विकिरण के कारण गर्म और आर्द्र वायु संवहनीय रूप से ऊपर उठकर अंतर-उष्णकटिबंधीय अभिसरण क्षेत्र (ITCZ / डोलड्रम्स) में निम्नदाब बनाती है। क्षोभसीमा के पास यह वायु ध्रुवों की ओर बढ़ती है और कोरिओलिस बल द्वारा पूर्व की ओर विक्षेपित होती है। 30° अक्षांश के समीप यह वायु ठंडी और सघन होकर गतिज रूप से नीचे उतरती है (अवतलन), जिससे उपोष्ण उच्च वायुदाब पेटी (अश्व अक्षांश) का निर्माण होता है। धरातल पर यह वायु व्यापारिक पवनों (उत्तर-पूर्वी और दक्षिण-पूर्वी) के रूप में पुनः विषुवत रेखा की ओर लौटती है।
- फेरेल कोशिका (Ferrel Cell: 30° से 60° उत्तर/दक्षिण): यह एक अप्रत्यक्ष या गतिक परिसंचरण कोशिका है। उपोष्ण उच्चदाब से उपध्रुवीय निम्नदाब (लगभग 60° अक्षांश) की ओर चलने वाली धरातलीय पवनें कोरिओलिस बल द्वारा विक्षेपित होकर पछुआ पवनें (Westerlies) बनती हैं। उपध्रुवीय निम्नदाब पर गर्म पछुआ पवनें ध्रुवीय ठंडी पवनों से मिलकर ध्रुवीय वाताग्र के सहारे ऊपर उठती हैं। ऊपरी वायुमंडल में यह वायु विषुवत रेखा की ओर मुड़कर उपोष्ण उच्चदाब पर नीचे बैठती है। चूंकि यहां ठंडी वायु ऊपर उठती है और अपेक्षाकृत गर्म वायु नीचे बैठती है, अतः यह एक यांत्रिक रूप से प्रेरित अप्रत्यक्ष कोशिका है।
- ध्रुवीय कोशिका (Polar Cell: 60° से 90° उत्तर/दक्षिण): यह एक प्रत्यक्ष तापीय कोशिका है। ध्रुवों पर अत्यधिक शीतलन के कारण भारी ठंडी वायु नीचे बैठती है, जिससे ध्रुवीय उच्चदाब बनता है। धरातल पर यह वायु ठंडी एवं शुष्क ध्रुवीय पूर्वी पवनों के रूप में उपध्रुवीय क्षेत्र की ओर बहती है और 60° अक्षांश पर पछुआ पवनों से टकराकर ऊपर उठती है तथा ऊपरी वायुमंडल में पुनः ध्रुवों की ओर लौटती है।
2. पृथ्वी की स्थायी वायुदाब पेटियां एवं ग्रहीय पवनें
| वायुदाब पेटी का नाम | अक्षांशीय विस्तार | उत्पत्ति का प्रकार | संबद्ध पवनें एवं मौसमी विशेषताएं |
|---|---|---|---|
| विषुवतीय निम्नदाब पेटी (डोलड्रम्स / ITCZ) | 5° उ. से 5° द. | तापीय उत्पत्ति | अत्यधिक सौर ताप, ऊर्ध्वाधर संवहनीय वायुप्रवाह, क्षैतिज पवनहीन शांत वातावरण। व्यापारिक पवनों का अभिसरण; प्रतिदिन अपराह्न 4 बजे कपासी वर्षी मेघों से मूसलाधार संवहनीय वर्षा। |
| उपोष्ण उच्चदाब पेटी (अश्व अक्षांश) | 25° से 35° उ./द. | गतिक उत्पत्ति | ऊपरी वायु का यांत्रिक अवतलन। शांत, शुष्क, नीचे बैठती वायु; मेघहीन नीला आकाश। व्यापारिक एवं पछुआ पवनों का उद्गम। पालपोतों से घोड़ों को समुद्र में फेंकने का ऐतिहासिक अश्व अक्षांश। |
| उपध्रुवीय निम्नदाब पेटी | 55° से 65° उ./द. | गतिक उत्पत्ति | पृथ्वी के घूर्णन का अपकेंद्रीय बल तथा गर्म पछुआ व ठंडी ध्रुवीय पवनों का अभिसरण। ध्रुवीय वाताग्र के सहारे चक्रवाती अवदाब एवं तूफानी मौसम। |
| ध्रुवीय उच्चदाब पेटी | 85° से 90° उ./द. | तापीय उत्पत्ति | वर्षभर हिमांक से नीचे तापमान, वायु का संकुचन और नीचे बैठना। यहां से ठंडी व शुष्क ध्रुवीय पूर्वी पवनें उपध्रुवीय क्षेत्र की ओर चलती हैं। |
दाब पेटियों का मौसमी खिसकाव: सूर्य की स्पष्ट वार्षिक गति (उत्तरायण और दक्षिणायन) के कारण संपूर्ण वायुदाब एवं पवन पेटियां ग्रीष्मकाल में 5° से 10° उत्तर की ओर तथा शीतकाल में 5° से 10° दक्षिण की ओर खिसक जाती हैं। इसी खिसकाव के कारण भूमध्यसागरीय जलवायु में शीतकालीन वर्षा और ग्रीष्मकालीन शुष्कता उत्पन्न होती है।
3. ऊपरी क्षोभमंडलीय जेट धाराएं (Jet Streams)
जेट धाराएं क्षोभसीमा के निकट ऊपरी क्षोभमंडल में (9 से 14 किमी की ऊंचाई पर) पश्चिम से पूर्व दिशा में विसर्पी रूप में तीव्र गति से प्रवाहित होने वाली संकीर्ण भूविक्षेपी पवनें हैं। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान अमेरिकी बमवर्षक विमान B-29 के चालकों ने जापान की ओर उड़ान भरते समय इस प्रचंड विपरीत वायुप्रवाह का सर्वप्रथम अनुभव किया था। इनकी गति सामान्यतः 120 किमी/घंटा से लेकर 400 किमी/घंटा से भी अधिक हो सकती है।
प्रमुख जेट धाराओं का वर्गीकरण
- ध्रुवीय वाताग्र जेट स्ट्रीम (Polar Front Jet - PFJ): 40° से 60° अक्षांशों पर 9–10 किमी की ऊंचाई पर पाई जाती है। ठंडी ध्रुवीय और गर्म उष्णकटिबंधीय वायु के तीव्र तापीय प्रवणता पर उत्पन्न होकर शीतोष्ण चक्रवातों का मार्ग निर्धारित करती है।
- उपोष्ण पछुआ जेट स्ट्रीम (Subtropical Westerly Jet - STWJ): लगभग 30° अक्षांश पर 12–14 किमी की ऊंचाई पर बहती है। शीतकाल में अत्यंत सुदृढ़ होकर भारत में पश्चिमी विक्षोभ लाती है।
- उष्णकटिबंधीय पूर्वी जेट स्ट्रीम (Tropical Easterly Jet - TEJ): ग्रीष्मकाल (जून–अगस्त) में तिब्बत के पठार के अत्यधिक गर्म होने से दक्षिण एशिया और अफ्रीका के ऊपर 14–16 किमी की ऊंचाई पर पूर्व से पश्चिम बहने वाली एक अद्वितीय मौसमी जेट धारा है।
जेट स्ट्रीम का इंडेक्स चक्र (Rossby Waves)
जेट धारा के सर्पिलाकार विसर्पों को रॉस्बी तरंगें कहते हैं। यह तरंगें 4 से 6 सप्ताह में एक पूर्ण चक्र समाप्त करती हैं जिसे इंडेक्स चक्र कहते हैं:
- प्रथम चरण (उच्च जोनल सूचकांक): वायुप्रवाह लगभग सीधा पश्चिम से पूर्व दिशा में रेखीय रूप से होता है।
- द्वितीय चरण (तरंग निर्माण): प्रवाह में मंद वक्रता आरंभ होती है; गर्म वायु उत्तर की ओर और ठंडी वायु दक्षिण की ओर बढ़ने लगती है।
- तृतीय चरण (निम्न जोनल सूचकांक): तरंगें अत्यंत विशाल विसर्प का रूप ले लेती हैं, विशाल कटक (Ridges) और द्रोणियां (Troughs) बनती हैं।
- चतुर्थ चरण (कोशिकीय पृथक्करण): विसर्प कटकर स्वतंत्र चक्रवाती व प्रतिचक्रवाती कोशिकाओं (Cut-off Lows/Highs) में बदल जाते हैं, जिसके बाद पुनः प्रथम चरण प्रारंभ होता है।