वायुमंडलीय भौतिकी

वायुमंडलीय विज्ञान के अंतर्गत, वायुमंडलीय भौतिकी पृथ्वी के वायुमंडल के अध्ययन के लिए भौतिकी का अनुप्रयोग है। वायुमंडलीय भौतिक विज्ञान द्रव गतिकी समीकरणों, रसायन विज्ञान प्रतिरूप, विकिरण बजट और वायुमंडल में ऊर्जा हस्तांतरण प्रक्रियाओं (साथ ही ये महासागरों जैसी सीमा प्रणालियों में कैसे जुड़ते हैं) का उपयोग करके पृथ्वी के वायुमंडल और अन्य ग्रह के वायुमंडल को प्रतिरूप करने का प्रयास करते हैं। मौसम प्रणालियों को प्रतिरूप करने के लिए, वायुमंडलीय भौतिक विज्ञानी प्रकीर्णन सिद्धांत, तरंग प्रसार प्रतिरूप, बादल भौतिकी, सांख्यिकीय यांत्रिकी और स्थानिक सांख्यिकी के तत्वों को नियोजित करते हैं जो अत्यधिक गणितीय हैं और भौतिकी से संबंधित हैं। इसका मौसम विज्ञान और जलवायु विज्ञान से घनिष्ठ संबंध है और यह वायुमंडल का अध्ययन करने के लिए उपकरणों की अभिकल्पना और निर्माण और उनके द्वारा प्रदान किए गए आंकड़े की व्याख्या को भी सम्मिलित करता है, जिसमें सुदूर संवेदन उपकरण भी सम्मिलित हैं। अंतरिक्ष युग के प्रारम्भ और परिज्ञापन रॉकेट के प्रारम्भ के साथ, वायविकी वायुमंडल की ऊपरी परतों से संबंधित एक उप-अनुशासन बन गया, जहां पृथक्करण और आयनीकरण महत्वपूर्ण हैं।

सुदूर संवेदन


सुदूर संवेदन किसी वस्तु या घटना की जानकारी का छोटे या बड़े मापक्रम पर अधिग्रहण है, अभिलेखन या वास्तविक समय संवेदन उपकरण (उपकरणों) के उपयोग से जो वस्तु के साथ भौतिक या अंतरंग संपर्क में नहीं है (जैसे कि के माध्यम से) विमान, अंतरिक्ष यान, उपग्रह, प्लव, या जहाज)। व्यवहार में, सुदूर संवेदन किसी दिए गए पदार्थ या क्षेत्र पर जानकारी इकट्ठा करने के लिए विभिन्न उपकरणों के उपयोग के माध्यम से स्टैंड-ऑफ संग्रह है जो अलग-अलग स्थल पर संवेदक की तुलना में अधिक जानकारी देता है। इस प्रकार, पृथ्वी अवलोकन या मौसम उपग्रह संग्रह पटल, महासागर और वायुमंडलीय मौसम प्लव पटल, पराध्वनि के माध्यम से गर्भावस्था की निगरानी, ​​चुंबकीय अनुनाद प्रतिबिंबन (एमआरआई), धनाणु उत्‍सर्जन अग्रलेख (पीईटी), और अंतरिक्ष जांच सभी सुदूर संवेदन के उदाहरण हैं। आधुनिक उपयोग में, यह शब्द सामान्यतः प्रतिबिंबन संवेदक प्रौद्योगिकियों के उपयोग को संदर्भित करता है, जिसमें विमान और अंतरिक्ष यान पर उपकरणों का उपयोग सम्मिलित है, लेकिन यह इन्हीं तक सीमित नहीं है, और यह चिकित्सा प्रतिबिंबन जैसे अन्य प्रतिबिंबन-संबंधित क्षेत्रों से अलग है।

सुदूर संवेदन दो प्रकार की होती है। निष्क्रिय संवेदक प्राकृतिक विकिरण का पता लगाते हैं जो देखी जा रही वस्तु या आसपास के क्षेत्र से उत्सर्जित या परावर्तित होता है। निष्क्रिय संवेदक द्वारा मापे गए विकिरण का सबसे सामान्य स्रोत परावर्तित सूर्य का प्रकाश है। निष्क्रिय रिमोट संवेदक के उदाहरणों में फिल्म छायाचित्रण, अवरक्त, आवेश युग्मित युक्ति और विकिरणमापी सम्मिलित हैं। दूसरी ओर, सक्रिय संग्रह, वस्तुओं और क्षेत्रों को क्रमवीक्षण करने के लिए ऊर्जा उत्सर्जित करता है, जिसके बाद एक संवेदक लक्ष्य से परावर्तित या वापस बिखरे हुए विकिरण का पता लगाता है और मापता है। राडार, लिडार और एसओडीएआर वायुमंडलीय भौतिकी में उपयोग की जाने वाली सक्रिय सुदूर संवेदन तकनीकों के उदाहरण हैं जहां उत्सर्जन और वापसी के बीच समय की देरी को मापा जाता है, जिससे किसी वस्तु का स्थान, ऊंचाई, गति और दिशा स्थापित होती है।

सुदूर संवेदन से हानिकारक या दुर्गम क्षेत्रों पर आंकड़े एकत्र करना संभव हो जाता है। सुदूर संवेदन अनुप्रयोगों में ऐमज़ान बेसिन जैसे क्षेत्रों में वन नाशन की निगरानी, ​​​​हिमनद और उत्तरी ध्रुवी और दक्षिणध्रुवीय क्षेत्रों पर जलवायु परिवर्तन के प्रभाव, और तटीय और महासागर की गहनता की गहनता ध्वनिकरण सम्मिलित है। शीत युद्ध के उपरान्त सैन्य संग्रह ने हानिकारक सीमा क्षेत्रों के बारे में आंकड़े के गतिरोध संग्रह का उपयोग किया। सुदूर संवेदन आधार पर महंगे और धीमे आंकड़े संग्रह की जगह लेती है, इस प्रक्रिया में यह सुनिश्चित करती है कि क्षेत्र या वस्तुएं अस्तव्यस्त न हों।

कक्षीय प्लेटफ़ॉर्म विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के विभिन्न हिस्सों से आंकड़े एकत्र और संचारित करते हैं, जो बड़े मापक्रम पर हवाई या भू आधारित संवेदन और विश्लेषण के साथ मिलकर शोधकर्ताओं को अल नीनो और अन्य प्राकृतिक दीर्घकालिक और अल्पकालिक घटनाओं जैसे रुझानों की निगरानी करने के लिए पर्याप्त जानकारी प्रदान करता है। अन्य उपयोगों में पृथ्वी विज्ञान के विभिन्न क्षेत्र जैसे प्राकृतिक संसाधन प्रबंधन, कृषि क्षेत्र जैसे भूमि उपयोग और संरक्षण, और राष्ट्रीय सुरक्षा और सीमावर्ती क्षेत्रों पर भूमि-आधारित और गतिरोध संग्रह सम्मिलित हैं।

विकिरण


वायुमंडलीय भौतिक विज्ञानी सामान्यतः विकिरण को सौर विकिरण (सूर्य द्वारा उत्सर्जित) और स्थलीय विकिरण (पृथ्वी की सतह और वायुमंडल द्वारा उत्सर्जित) में विभाजित करते हैं।

सौर विकिरण में विभिन्न प्रकार की तरंग दैर्ध्य होती हैं। दृश्यमान प्रकाश की तरंग दैर्ध्य 0.4 और 0.7 माइक्रोमीटर के बीच होती है। छोटी तरंग दैर्ध्य को वर्णक्रम के पराबैंगनी (यूवी) भाग के रूप में जाना जाता है, जबकि लंबी तरंग दैर्ध्य को वर्णक्रम के अवरक्त भाग में वर्गीकृत किया जाता है। ओजोन 0.25 माइक्रोमीटर के आसपास विकिरण को अवशोषित करने में सबसे प्रभावी है, जहां यूवी-सी किरणें वर्णक्रम में होती हैं। इससे निकटवर्ती समताप मंडल का तापमान बढ़ जाता है। बर्फ 88% पराबैंगनी किरणों को परावर्तित कर देती है, जबकि रेत 12% परावर्तित करती है, और पानी आने वाली पराबैंगनी विकिरण का केवल 4% परावर्तित करता है। वायुमंडल और सूर्य की किरणों के बीच जितना अधिक कोण होगा, उतनी ही अधिक संभावना होगी कि ऊर्जा वायुमंडल द्वारा परावर्तित या अवशोषित होगी।

स्थलीय विकिरण सौर विकिरण की तुलना में अधिक लंबी तरंग दैर्ध्य पर उत्सर्जित होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि पृथ्वी सूर्य की तुलना में बहुत अधिक ठंडी है। जैसा कि प्लैंक के नियम में औपचारिक रूप से बताया गया है, विकिरण पृथ्वी द्वारा तरंग दैर्ध्य की एक श्रृंखला में उत्सर्जित होता है। अधिकतम ऊर्जा की तरंगदैर्ध्य लगभग 10 माइक्रोमीटर होती है।

बादल भौतिकी
बादल भौतिकी उन भौतिक प्रक्रियाओं का अध्ययन है जो बादलों के निर्माण, विकास और वर्षा का कारण बनती हैं। बादल पानी की सूक्ष्म बूंदों (ऊष्मित बादल), बर्फ के छोटे स्फटिक या दोनों (मिश्रित चरण वाले बादल) से बने होते हैं। उपयुक्त परिस्थितियों में, बूंदें मिलकर वर्षा (मौसम विज्ञान) बनाती हैं, जहां वे पृथ्वी पर गिर सकती हैं। बादल कैसे बनते और बढ़ते हैं इसकी सटीक यांत्रिकी पूरी तरह से समझ में नहीं आती है, लेकिन वैज्ञानिकों ने व्यक्तिगत बूंदों के सूक्ष्मभौतिकी का अध्ययन करके बादलों की संरचना को समझाने वाले सिद्धांत विकसित किए हैं। रडार और उपग्रह प्रौद्योगिकी में प्रगति ने बड़े मापक्रम पर बादलों के सटीक अध्ययन की भी अनुमति दी है।

वायुमंडलीय बिजली


वायुमंडलीय बिजली वायुमंडल के स्थिर वैद्युत भंडारण और विद्युत् गतिक (या, अधिक स्थूलतः, किसी भी ग्रह के वायुमंडल) को दिया गया शब्द है। पृथ्वी की सतह, आयनमंडल और वायुमंडल को वैश्विक वायुमंडलीय विद्युत परिपथ के रूप में जाना जाता है। बिजली 100 मिलियन वाल्ट तक 30,000 एम्पेयर का निर्वहन करती है, और प्रकाश, रेडियो तरंगें, एक्स-रे और यहां तक ​​​​कि गामा किरण भी उत्सर्जित करती है। बिजली गिरने पर प्लाविक का तापमान 28,000 केल्विन तक पहुंच सकता है और इलेक्ट्रॉन घनत्व 1024/मी3 से अधिक हो सकता है।

वायुमंडलीय ज्वार
सबसे बड़े आयाम वाले वायुमंडलीय ज्वार अधिकतर क्षोभमंडल और समताप मंडल में उत्पन्न होते हैं जब वायुमंडल समय-समय पर ऊष्मित होता है क्योंकि जल वाष्प और ओजोन दिन के उपरान्त सौर विकिरण को अवशोषित करते हैं। उत्पन्न ज्वार तब इन स्रोत क्षेत्रों से दूर विस्तारित और मीसोस्फीयर और बाह्य वायुमंडल में चढ़ने में सक्षम होते हैं। वायुमंडलीय ज्वार को हवा, तापमान, घनत्व और दबाव में नियमित उतार-चढ़ाव के रूप में मापा जा सकता है। यद्यपि वायुमंडलीय ज्वार और समुद्री ज्वार में काफी समानताएं हैं, लेकिन उनकी दो प्रमुख विशिष्ट विशेषताएं हैं:

i) वायुमंडलीय ज्वार मुख्य रूप से सूर्य द्वारा वायुमंडल के ऊष्मित होने से उत्तेजित होता है जबकि समुद्री ज्वार मुख्य रूप से चंद्रमा के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र से उत्तेजित होता है। इसका अर्थ यह है कि अधिकांश वायुमंडलीय ज्वार में सौर दिन की 24 घंटे की लंबाई से संबंधित दोलन की अवधि होती है, जबकि समुद्री ज्वार में चंद्र दिवस (क्रमिक चंद्र पारगमन के बीच का समय) से संबंधित दोलन की लंबी अवधि लगभग 24 घंटे 51 मिनट होती है।

ii) वायुमंडलीय ज्वार ऐसे वातावरण में विस्तारित है जहां घनत्व ऊंचाई के साथ काफी भिन्न होता है। इसका परिणाम यह होता है कि जैसे-जैसे ज्वार वायुमंडल के उत्तरोत्तर अधिक विरल क्षेत्रों में चढ़ता है, उनका आयाम स्वाभाविक रूप से तीव्रता से बढ़ता है (इस घटना की व्याख्या के लिए, नीचे देखें)। इसके विपरीत, महासागरों का घनत्व गहराई के साथ थोड़ा ही बदलता है और इसलिए वहां ज्वार-भाटा गहराई के साथ आयाम में आवश्यक रूप से भिन्न नहीं होते हैं।

ध्यान दें कि यद्यपि सौर तापन सबसे बड़े आयाम वाले वायुमंडलीय ज्वार के लिए उत्तरदायी है, सूर्य और चंद्रमा के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र भी वायुमंडल में ज्वार बढ़ाते हैं, चंद्र गुरुत्वाकर्षण वायुमंडलीय ज्वारीय प्रभाव अपने सौर समकक्ष की तुलना में काफी अधिक होता है।

जमीनी स्तर पर, वायुमंडलीय ज्वार को 24 और 12 घंटे की अवधि के साथ सतह के दबाव में नियमित लेकिन छोटे दोलन के रूप में पहचाना जा सकता है। दैनिक दबाव अधिकतम सुबह 10 बजे और रात 10 बजे होता है। स्थानीय समय, जबकि न्यूनतम सुबह 4 बजे और शाम 4 बजे होता है। पूर्ण अधिकतम सुबह 10 बजे होता है जबकि पूर्ण न्यूनतम शाम 4 बजे होता है। हालाँकि, अधिक ऊँचाई पर ज्वार का आयाम बहुत बड़ा हो सकता है। मेसोस्फीयर (~ 50 - 100 किमी की ऊंचाई) में वायुमंडलीय ज्वार 50 मीटर/सेकेंड से अधिक के आयाम तक पहुंच सकते हैं और प्रायः वायुमंडल की गति का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा होते हैं।

वायविकी
वायविकी वायुमंडल के ऊपरी क्षेत्र का विज्ञान है, जहां पृथक्करण और आयनीकरण महत्वपूर्ण हैं। वायविकी शब्द 1960 में सिडनी चैपमैन द्वारा प्रस्तुत किया गया था। आज, इस शब्द में अन्य ग्रहों के वायुमंडल के संबंधित क्षेत्रों का विज्ञान भी सम्मिलित है। वायविकी में अनुसंधान के लिए गोलक, उपग्रहों और परिज्ञापी रॉकेटों तक पहुंच की आवश्यकता होती है जो वायुमंडल के इस क्षेत्र के बारे में बहुमूल्य आंकड़े प्रदान करते हैं। वायुमंडलीय ज्वार निचले और ऊपरी वायुमंडल दोनों के साथ पारस्परिक क्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। अध्ययन की गई घटनाओं में ऊपरी-वायुमंडलीय बिजली के निर्वहन सम्मिलित हैं, जैसे उद्दीप्त घटनाएं जिन्हें लाल स्प्राइट (बिजली), स्प्राइट हेलो, ब्लू जेट और एल्व्स कहा जाता है।

अनुसंधान के केंद्र
यूके में, वायुमंडलीय अध्ययन [[मौसम कार्यालय]], प्राकृतिक पर्यावरण अनुसंधान परिषद और विज्ञान और प्रौद्योगिकी सुविधा परिषद द्वारा समर्थित हैं। अमेरिकी नेशनल ओशनिक एंड एटमॉस्फेरिक एडमिनिस्ट्रेशन (एनओएए) के प्रभाग वायुमंडलीय भौतिकी से जुड़ी अनुसंधान परियोजनाओं और मौसम प्रतिरूपण की देखरेख करते हैं। यूएस अरेसिबो वेधशाला भी उच्च वायुमंडल का अध्ययन करती है। बेल्जियम में, अंतरिक्ष वैमानिकी के लिए बेल्जियम संस्थान वायुमंडल और बाहरी अंतरिक्ष का अध्ययन करता है। फ़्रांस में, कई सार्वजनिक या निजी संस्थाएँ हैं जो वातावरण पर शोध कर रही हैं, उदाहरण के लिए मेटीओ-फ़्रांस (मेटियो-फ़्रांस), राष्ट्रीय वैज्ञानिक अनुसंधान केंद्र में कई प्रयोगशालाएँ (जैसे कि इंस्टिट्यूट पियरे साइमन लाप्लास समूह की प्रयोगशालाएँ)।

यह भी देखें

 * रुद्धोष्म चूक दर
 * वायुमंडलीय ऊष्मप्रवैगिकी
 * बैरोक्लिनिक अस्थिरता
 * बैरोट्रोपिक वर्टिसिटी समीकरण
 * संवहनी अस्थिरता


 * कॉरिओलिस प्रभाव
 * यूलर समीकरण
 * एक्सोमेटोरोलॉजी
 * फ्लक्सनेट
 * भूगर्भीय हवा
 * गुरुत्वाकर्षण तरंग
 * हाइड्रोस्टेटिक संतुलन


 * केल्विन-हेल्महोल्ट्ज़ अस्थिरता
 * मैडेन-जूलियन दोलन
 * नेवियर-स्टोक्स समीकरण
 * संभावित भंवर
 * दबाव-ढाल बल
 * आदिम समीकरण


 * रॉस्बी नंबर
 * विरूपण की रॉस्बी त्रिज्या
 * अंतरिक्ष का मौसम
 * अंतरिक्ष भौतिकी
 * तापीय पवन
 * भंवर समीकरण

अग्रिम पठन

 * J. V. Iribarne, H. R. Cho, Atmospheric Physics, D. Reidel Publishing Company, 1980.