बादल भौतिकी: Difference between revisions
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आधुनिक मेघ भौतिकी 19वीं शताब्दी में प्रारंभ हुई और कई प्रकाशनों में इसका वर्णन किया गया।<ref>{{cite book |first=William Edgar Knowles |last=Middleton |title=वर्षा और वर्षण के अन्य रूपों के सिद्धांतों का इतिहास|publisher=Oldbourne |year=1966 |isbn=9780226524979 |oclc=12250134 |url=https://books.google.com/books?id=jw58AAAAIAAJ}}{{pn|date=January 2018}}</ref><ref>{{cite book |first1=Hans R. |last1=Pruppacher |first2=James D. |last2=Klett |title=बादलों और वर्षण की सूक्ष्मभौतिकी|publisher=Springer |year=1997 |isbn=978-0-7923-4211-3 |edition=2nd |url=https://books.google.com/books?id=0MURkyjuoGMC}}</ref><ref>{{cite journal |first=Frances J. |last=Pouncy |title=क्लाउड कोड और प्रतीकों का इतिहास|journal=Weather |volume=58 |issue=2 |pages=69–80 |date=February 2003 |doi=10.1256/wea.219.02 |bibcode = 2003Wthr...58...69P |s2cid=122081455 }}</ref> [[ओटो वॉन गुएरिके]] ने इस विचार को जन्म दिया कि मेघ पानी के बुलबुले से बने होते हैं। 1847 में [[ऑगस्टस वोल्नी वालर]] ने सूक्ष्मदर्शी के नीचे बूंदों की जांच करने के लिए मकड़ी के जाले का उपयोग किया।<ref>{{cite book |first1=Duncan C. |last1=Blanchard |title=From Raindrops to Volcanoes: Adventures with Sea Surface Meteorology |publisher=Courier Dover |year=2004 |isbn=978-0-486-43487-2 |url=https://books.google.com/books?id=VwachExRPJMC}}{{pn|date=January 2018}}</ref> इन टिप्पणियों की पुष्टि 1880 में [[विलियम हेनरी डाइन्स]] और 1884 में [[रिचर्ड असमन]] द्वारा की गई थी। | आधुनिक मेघ भौतिकी 19वीं शताब्दी में प्रारंभ हुई और कई प्रकाशनों में इसका वर्णन किया गया।<ref>{{cite book |first=William Edgar Knowles |last=Middleton |title=वर्षा और वर्षण के अन्य रूपों के सिद्धांतों का इतिहास|publisher=Oldbourne |year=1966 |isbn=9780226524979 |oclc=12250134 |url=https://books.google.com/books?id=jw58AAAAIAAJ}}{{pn|date=January 2018}}</ref><ref>{{cite book |first1=Hans R. |last1=Pruppacher |first2=James D. |last2=Klett |title=बादलों और वर्षण की सूक्ष्मभौतिकी|publisher=Springer |year=1997 |isbn=978-0-7923-4211-3 |edition=2nd |url=https://books.google.com/books?id=0MURkyjuoGMC}}</ref><ref>{{cite journal |first=Frances J. |last=Pouncy |title=क्लाउड कोड और प्रतीकों का इतिहास|journal=Weather |volume=58 |issue=2 |pages=69–80 |date=February 2003 |doi=10.1256/wea.219.02 |bibcode = 2003Wthr...58...69P |s2cid=122081455 }}</ref> [[ओटो वॉन गुएरिके]] ने इस विचार को जन्म दिया कि मेघ पानी के बुलबुले से बने होते हैं। 1847 में [[ऑगस्टस वोल्नी वालर]] ने सूक्ष्मदर्शी के नीचे बूंदों की जांच करने के लिए मकड़ी के जाले का उपयोग किया।<ref>{{cite book |first1=Duncan C. |last1=Blanchard |title=From Raindrops to Volcanoes: Adventures with Sea Surface Meteorology |publisher=Courier Dover |year=2004 |isbn=978-0-486-43487-2 |url=https://books.google.com/books?id=VwachExRPJMC}}{{pn|date=January 2018}}</ref> इन टिप्पणियों की पुष्टि 1880 में [[विलियम हेनरी डाइन्स]] और 1884 में [[रिचर्ड असमन]] द्वारा की गई थी। | ||
== मेघ | == मेघ का निर्माण: वायु कैसे संतृप्त हो जाती है == | ||
===वायु को उसके ओस बिंदु तक ठंडा करना === | ===वायु को उसके ओस बिंदु तक ठंडा करना === | ||
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[[File:Regnbyge.jpg|thumb|[[डेनमार्क]] में गर्मियों के अंत में भारी बारिश। आधार का लगभग काला रंग अग्रभूमि में मुख्य मेघ संभवतः [[क्यूम्यलोनिम्बस]] को इंगित करता है।]] | [[File:Regnbyge.jpg|thumb|[[डेनमार्क]] में गर्मियों के अंत में भारी बारिश। आधार का लगभग काला रंग अग्रभूमि में मुख्य मेघ संभवतः [[क्यूम्यलोनिम्बस]] को इंगित करता है।]] | ||
====रुद्धोष्म शीतलन: नम वायु के बढ़ते | ====रुद्धोष्म शीतलन: नम वायु के बढ़ते क्रम==== | ||
{{See also| | {{See also|स्थिरोष्म प्रक्रिय}} | ||
जैसे ही पृथ्वी की सतह के किसी क्षेत्र से पानी वाष्पित होता है, उस क्षेत्र की वायु नम हो जाती है। नम वायु आसपास की शुष्क वायु की तुलना में हल्की होती है, जिससे अस्थिर स्थिति | जैसे ही पृथ्वी की सतह के किसी क्षेत्र से पानी वाष्पित होता है, उस क्षेत्र की वायु नम हो जाती है। नम वायु आसपास की शुष्क वायु की तुलना में हल्की होती है, जिससे अस्थिर स्थिति उत्पन्न होती है। जब पर्याप्त नम वायु जमा हो जाती है, तो सभी नम वायु आसपास की वायु के साथ मिश्रित हुए बिना, एक पैकेट के रूप में ऊपर उठती है। जैसे-जैसे सतह पर अधिक नम वायु बनती है, प्रक्रिया दोहराई जाती है, जिसके परिणामस्वरूप नम वायु के अलग-अलग पैकेटों की एक श्रृंखला ऊपर उठकर मेघों का निर्माण करती है।<ref>{{cite journal | ||
|title=Why do clouds always appear to form in distinct clumps? Why isn't there a uniform fog of condensation, especially on windy days when one would expect mixing? |date=August 4, 1997 | |title=Why do clouds always appear to form in distinct clumps? Why isn't there a uniform fog of condensation, especially on windy days when one would expect mixing? |date=August 4, 1997 | ||
|author=Harvey Wichman |journal= [[Scientific American]] | |author=Harvey Wichman |journal= [[Scientific American]] | ||
|url=http://www.scientificamerican.com/article/why-do-clouds-always-appe/ |access-date=2016-03-19 | |url=http://www.scientificamerican.com/article/why-do-clouds-always-appe/ |access-date=2016-03-19 | ||
}}</ref> | }}</ref> | ||
यह प्रक्रिया तब होती है जब तीन संभावित उठाने वाले एजेंटों में से एक या अधिक - चक्रवाती/ललाट, संवहनी, या [[पर्वत - विज्ञान]] - अदृश्य [[जल वाष्प]] युक्त वायु को अपने ओस बिंदु तक बढ़ने और ठंडा करने का कारण बनता है, जिस [[तापमान]] पर वायु संतृप्त हो जाती है। इस प्रक्रिया के पीछे मुख्य तंत्र | यह प्रक्रिया तब होती है जब तीन संभावित उठाने वाले एजेंटों में से एक या अधिक - चक्रवाती/ललाट, संवहनी, या [[पर्वत - विज्ञान]] - अदृश्य [[जल वाष्प]] युक्त वायु को अपने ओस बिंदु तक बढ़ने और ठंडा करने का कारण बनता है, जिस [[तापमान]] पर वायु संतृप्त हो जाती है। इस प्रक्रिया के पीछे मुख्य तंत्र रुद्धोष्म चूक दर है।<ref name="adiabatic process">{{cite web |author=Nave, R. |year=2013 |url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/adiab.html |title=रुद्धोष्म प्रक्रिया|publisher=[[Georgia State University]]|website= [[HyperPhysics]]|access-date=February 5, 2018}}</ref> ऊंचाई के साथ वायुमंडलीय दबाव कम हो जाता है, इसलिए ऊपर उठती वायु एक ऐसी प्रक्रिया में फैलती है जिससे [[ऊर्जा]] खर्च होती है और वायु ठंडी हो जाती है, जिससे जलवाष्प संघनित होकर मेघ बन जाती है।<ref>{{Cite web|url=http://www.ems.psu.edu/~fraser/Bad/BadClouds.html|title=ख़राब बादल|website=[[Penn State College of Earth and Mineral Sciences]]|access-date=February 5, 2018|archive-url=https://web.archive.org/web/20150316122724/http://www.ems.psu.edu/~fraser/Bad/BadClouds.html|archive-date=March 16, 2015|url-status=dead}}</ref> संतृप्त वायु में जलवाष्प आमतौर पर धूल और [[नमक]] के कणों जैसे मेघ संघनन नाभिकों की ओर आकर्षित होता है जो वायु के सामान्य [[वायुमंडलीय परिसंचरण]] द्वारा ऊपर उठाए जाने के लिए काफी छोटे होते हैं। मेघ में पानी की बूंदों की सामान्य त्रिज्या लगभग 0.002 मिमी (0.00008 इंच) होती है। बूंदें टकराकर बड़ी बूंदें बना सकती हैं, जो तब तक ऊपर रहती हैं जब तक मेघ के भीतर बढ़ती वायु का वेग बूंदों के अंतिम वेग के बराबर या उससे अधिक होता है।<ref name="cloud drops">{{cite web | author = Horstmeyer, Steve | title = बादल की बूँदें, वर्षा की बूँदें| year = 2008 | url = http://www.shorstmeyer.com/wxfaqs/float/float.html | access-date = 19 March 2012 }}</ref> | ||
गैर-संवहनी मेघ के लिए, जिस ऊंचाई पर संक्षेपण होना प्रारंभ होता है उसे उठा हुआ संघनन स्तर | गैर-संवहनी मेघ के लिए, जिस ऊंचाई पर संक्षेपण होना प्रारंभ होता है उसे उठा हुआ संघनन स्तर कहा जाता है, जो मोटे तौर पर मेघ के आधार की ऊंचाई निर्धारित करता है। मुक्त संवहन मेघ सामान्यतः संवहन संघनन स्तर (सीसीएल) की ऊंचाई पर निर्मित होते हैं। संतृप्त वायु में जलवाष्प सामान्यतः मेघ संघनन नाभिकों जैसे कि नमक के कणों की ओर आकर्षित होता है जो इतने छोटे होते हैं कि वायु के सामान्य वायुमंडलीय परिसंचरण द्वारा ऊपर रखे जा सकते हैं। यदि संघनन प्रक्रिया क्षोभमंडल में हिमांक स्तर से नीचे होती है, तो नाभिक वाष्प को बहुत छोटी पानी की बूंदों में बदलने में मदद करते हैं। हिमांक स्तर के ठीक ऊपर बनने वाले मेघ अधिकतर अतिशीतित तरल बूंदों से बने होते हैं, जबकि जो मेघ अधिक ऊंचाई पर, जहां वायु अधिक ठंडी होती है, संघनित होते हैं, वे सामान्यतः [[बर्फ के क्रिस्टल|बर्फ के कण]] का रूप ले लेते हैं। संघनन स्तर पर और उससे ऊपर पर्याप्त संघनन कणों की अनुपस्थिति के कारण ऊपर उठती वायु अतिसंतृप्त हो जाती है और मेघ का निर्माण बाधित हो जाता है।<ref name="humidity, saturation, and stability">{{cite web |author=Elementary Meteorology Online |year=2013 |url=http://apollo.lsc.vsc.edu/~wintelsw/MET1010LOL/chapter06/ |title=आर्द्रता, संतृप्ति और स्थिरता|publisher=vsc.edu |access-date=18 November 2013 |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20140502055741/http://apollo.lsc.vsc.edu/~wintelsw/MET1010LOL/chapter06/ |archive-date=2 May 2014 }}</ref> | ||
===== | =====फ्रन्टल और चक्रवाती लिफ्ट===== | ||
{{see also| | {{see also|बहिरुष्णकटिबंधीय चक्रवात|गर्म वाताग्र|शीत वाताग्र|वर्षण}} | ||
फ्रंटल और [[चक्रवाती]] लिफ्ट अपनी शुद्धतम अभिव्यक्तियों में तब घटित होती है जब [[वायुमंडलीय अस्थिरता]] वायु, जो कि बहुत कम या कोई सतह हीटिंग के अधीन नहीं होती है, को मौसम के मोर्चों पर और कम दबाव वाले क्षेत्र के केंद्रों के आसपास ऊपर की ओर मजबूर किया जाता है।<ref name="frontal clouds">{{cite web|url=http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/mtr/cld/dvlp/frnt.rxml/~wintelsw/MET1010LOL/chapter06/|title=ललाट सीमाओं के साथ उठाना|author=Elementary Meteorology Online|year=2013|publisher=Department of Atmospheric Sciences (DAS) at the [[University of Illinois at Urbana–Champaign]]|access-date=February 5, 2018}}</ref> अतिरिक्त उष्णकटिबंधीय चक्रवातों से जुड़े गर्म मोर्चे एक विस्तृत क्षेत्र में ज्यादातर सिरिफ़ॉर्म और स्ट्रैटिफ़ॉर्म मेघों को उत्पन्न करते हैं, जब तक कि आने वाली गर्म वायुराशि अस्थिर न हो, उस स्थिति में क्यूम्यलस कंजेस्टस या क्यूम्यलोनिम्बस मेघ आमतौर पर मुख्य अवक्षेपित मेघ परत में एम्बेडेड होंगे।<ref name="मैकेरल आकाश">{{cite web|url=http://www.weatheronline.co.uk/reports/wxfacts/Sometimes-a-bit-fishy.htm|title=मैकेरल आकाश|publisher=Weather Online|access-date=21 November 2013}}</ref> ठंडे मोर्चे आमतौर पर तेजी से आगे बढ़ते हैं और मेघों की एक संकीर्ण रेखा उत्पन्न करते हैं जो ज्यादातर स्ट्रैटोक्यूमुलीफॉर्म, क्यूमुलीफॉर्म, या क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म होते हैं जो सामने के ठीक आगे गर्म वायु द्रव्यमान की स्थिरता पर निर्भर करते हैं।<ref name="G&N:207-212">{{cite book|title=A World of Weather: Fundamentals of Meteorology: A Text / Laboratory Manual|year=2001|publisher=Kendall/Hunt Publishing Company|isbn=978-0-7872-7716-1|oclc=51160155|url=https://books.google.com/books?id=oh8lqM5obuYC&pg=PA212|author1=Lee M. Grenci |author2=Jon M. Nese |edition=3|pages=207–212}}</ref> | फ्रंटल और [[चक्रवाती]] लिफ्ट अपनी शुद्धतम अभिव्यक्तियों में तब घटित होती है जब [[वायुमंडलीय अस्थिरता]] वायु, जो कि बहुत कम या कोई सतह हीटिंग के अधीन नहीं होती है, को मौसम के मोर्चों पर और कम दबाव वाले क्षेत्र के केंद्रों के आसपास ऊपर की ओर मजबूर किया जाता है।<ref name="frontal clouds">{{cite web|url=http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/mtr/cld/dvlp/frnt.rxml/~wintelsw/MET1010LOL/chapter06/|title=ललाट सीमाओं के साथ उठाना|author=Elementary Meteorology Online|year=2013|publisher=Department of Atmospheric Sciences (DAS) at the [[University of Illinois at Urbana–Champaign]]|access-date=February 5, 2018}}</ref> अतिरिक्त उष्णकटिबंधीय चक्रवातों से जुड़े गर्म मोर्चे एक विस्तृत क्षेत्र में ज्यादातर सिरिफ़ॉर्म और स्ट्रैटिफ़ॉर्म मेघों को उत्पन्न करते हैं, जब तक कि आने वाली गर्म वायुराशि अस्थिर न हो, उस स्थिति में क्यूम्यलस कंजेस्टस या क्यूम्यलोनिम्बस मेघ आमतौर पर मुख्य अवक्षेपित मेघ परत में एम्बेडेड होंगे।<ref name="मैकेरल आकाश">{{cite web|url=http://www.weatheronline.co.uk/reports/wxfacts/Sometimes-a-bit-fishy.htm|title=मैकेरल आकाश|publisher=Weather Online|access-date=21 November 2013}}</ref> ठंडे मोर्चे आमतौर पर तेजी से आगे बढ़ते हैं और मेघों की एक संकीर्ण रेखा उत्पन्न करते हैं जो ज्यादातर स्ट्रैटोक्यूमुलीफॉर्म, क्यूमुलीफॉर्म, या क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म होते हैं जो सामने के ठीक आगे गर्म वायु द्रव्यमान की स्थिरता पर निर्भर करते हैं।<ref name="G&N:207-212">{{cite book|title=A World of Weather: Fundamentals of Meteorology: A Text / Laboratory Manual|year=2001|publisher=Kendall/Hunt Publishing Company|isbn=978-0-7872-7716-1|oclc=51160155|url=https://books.google.com/books?id=oh8lqM5obuYC&pg=PA212|author1=Lee M. Grenci |author2=Jon M. Nese |edition=3|pages=207–212}}</ref> | ||
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{{See also|Atmospheric convection}} | {{See also|Atmospheric convection}} | ||
एक अन्य कारक सतह के स्तर पर महत्वपूर्ण दिन के सौर ताप या अपेक्षाकृत उच्च निरपेक्ष आर्द्रता के कारण होने वाली उत्प्लावन संवहनशील उर्ध्व गति है।<ref name="humidity, saturation, and stability"/> सूर्य द्वारा उत्पन्न आने वाली लघु-तरंग विकिरण पृथ्वी की सतह पर पहुंचने पर लंबी-तरंग विकिरण के रूप में पुनः उत्सर्जित होती है। यह प्रक्रिया जमीन के सबसे निकट की वायु को गर्म करती है और सतह के स्तर पर गर्म या गर्म से ऊपर की ठंडी तक एक तीव्र तापमान प्रवणता बनाकर वायु द्रव्यमान की अस्थिरता को बढ़ाती है। इसके कारण यह ऊपर उठता है और ठंडा होता है जब तक कि ऊपर की वायु के साथ तापमान संतुलन हासिल नहीं हो जाता। मध्यम अस्थिरता मध्यम आकार के संचयी मेघों के निर्माण की अनुमति देती है जो वायुराश पर्याप्त रूप से नम होने पर हल्की बारिश | एक अन्य कारक सतह के स्तर पर महत्वपूर्ण दिन के सौर ताप या अपेक्षाकृत उच्च निरपेक्ष आर्द्रता के कारण होने वाली उत्प्लावन संवहनशील उर्ध्व गति है।<ref name="humidity, saturation, and stability"/> सूर्य द्वारा उत्पन्न आने वाली लघु-तरंग विकिरण पृथ्वी की सतह पर पहुंचने पर लंबी-तरंग विकिरण के रूप में पुनः उत्सर्जित होती है। यह प्रक्रिया जमीन के सबसे निकट की वायु को गर्म करती है और सतह के स्तर पर गर्म या गर्म से ऊपर की ठंडी तक एक तीव्र तापमान प्रवणता बनाकर वायु द्रव्यमान की अस्थिरता को बढ़ाती है। इसके कारण यह ऊपर उठता है और ठंडा होता है जब तक कि ऊपर की वायु के साथ तापमान संतुलन हासिल नहीं हो जाता। मध्यम अस्थिरता मध्यम आकार के संचयी मेघों के निर्माण की अनुमति देती है जो वायुराश पर्याप्त रूप से नम होने पर हल्की बारिश उत्पन्न कर सकते हैं। विशिष्ट संवहन अपधाराएँ बूंदों को लगभग के दायरे तक बढ़ने की अनुमति दे सकती हैं {{convert|0.015|mm|in|sigfig=1}} वर्षा के रूप में वर्षा से पहले।<ref>{{cite journal |doi=10.1029/2011JD016457 |title=बारिश की शुरुआत के लिए संवहनशील बादल ड्रॉप संख्या एकाग्रता और गहराई के बीच रैखिक संबंध|journal=[[Journal of Geophysical Research: Atmospheres]] |volume=117 |issue=D2 |pages=D02207 |year=2012 |last1=Freud |first1=E |last2=Rosenfeld |first2=D |bibcode=2012JGRD..117.2207F |doi-access=free }}</ref> इन बूंदों का तुल्य व्यास लगभग है {{convert|0.03|mm|in|sigfig=1}}. | ||
यदि सतह के पास वायु अत्यधिक गर्म और अस्थिर हो जाती है, तो इसकी ऊपर की ओर गति काफी विस्फोटक हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप ऊंचे क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म मेघ बन सकते हैं जो गंभीर मौसम का कारण बन सकते हैं। छोटे पानी के कण जो मेघ समूह बनाते हैं, मिलकर बारिश की बूंदें बनाते हैं, वे [[गुरुत्वाकर्षण]] बल द्वारा पृथ्वी पर खींचे जाते हैं। बूंदें आमतौर पर संघनन स्तर से नीचे वाष्पित हो जाती हैं, परंतु मजबूत [[ अद्यतनीकरण ]] गिरती बूंदों को रोक देते हैं, और उन्हें अन्यथा की तुलना में अधिक समय तक ऊपर रख सकते हैं। हिंसक अपड्राफ्ट तक की गति तक पहुँच सकते हैं {{convert|180|mph|km/h}}.<ref>{{cite journal |author=O'Niell, Dan |title=जय रचना|journal=Alaska Science Forum |id=328 |date=9 August 1979 |url=http://www.gi.alaska.edu/ScienceForum/ASF3/328.html |access-date=23 May 2007 |archive-url=https://web.archive.org/web/20070611100843/http://gi.alaska.edu/ScienceForum/ASF3/328.html |archive-date=11 June 2007 |url-status=dead }}</ref> बारिश की बूंदें जितनी देर तक ऊपर रहती हैं, उन्हें बड़ी बूंदों में विकसित होने में उतना ही अधिक समय लगता है जो अंततः भारी बारिश के रूप में गिरती हैं। | यदि सतह के पास वायु अत्यधिक गर्म और अस्थिर हो जाती है, तो इसकी ऊपर की ओर गति काफी विस्फोटक हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप ऊंचे क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म मेघ बन सकते हैं जो गंभीर मौसम का कारण बन सकते हैं। छोटे पानी के कण जो मेघ समूह बनाते हैं, मिलकर बारिश की बूंदें बनाते हैं, वे [[गुरुत्वाकर्षण]] बल द्वारा पृथ्वी पर खींचे जाते हैं। बूंदें आमतौर पर संघनन स्तर से नीचे वाष्पित हो जाती हैं, परंतु मजबूत [[ अद्यतनीकरण ]] गिरती बूंदों को रोक देते हैं, और उन्हें अन्यथा की तुलना में अधिक समय तक ऊपर रख सकते हैं। हिंसक अपड्राफ्ट तक की गति तक पहुँच सकते हैं {{convert|180|mph|km/h}}.<ref>{{cite journal |author=O'Niell, Dan |title=जय रचना|journal=Alaska Science Forum |id=328 |date=9 August 1979 |url=http://www.gi.alaska.edu/ScienceForum/ASF3/328.html |access-date=23 May 2007 |archive-url=https://web.archive.org/web/20070611100843/http://gi.alaska.edu/ScienceForum/ASF3/328.html |archive-date=11 June 2007 |url-status=dead }}</ref> बारिश की बूंदें जितनी देर तक ऊपर रहती हैं, उन्हें बड़ी बूंदों में विकसित होने में उतना ही अधिक समय लगता है जो अंततः भारी बारिश के रूप में गिरती हैं। | ||
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{{Main|Orographic lift}} | {{Main|Orographic lift}} | ||
लिफ्ट का तीसरा स्रोत वायु परिसंचरण है जो वायु को [[पर्वत]] ([[भौगोलिक लिफ्ट]]) जैसे भौतिक अवरोध पर मजबूर करता है।<ref name="humidity, saturation, and stability"/>यदि वायु | लिफ्ट का तीसरा स्रोत वायु परिसंचरण है जो वायु को [[पर्वत]] ([[भौगोलिक लिफ्ट]]) जैसे भौतिक अवरोध पर मजबूर करता है।<ref name="humidity, saturation, and stability"/>यदि वायु सामान्यतः स्थिर है, तो लेंटिकुलर कैप मेघों से ज्यादा कुछ नहीं बनेगा। हालाँकि, यदि वायु पर्याप्त रूप से नम और अस्थिर हो जाती है, तो पर्वतीय वर्षा या गरज के साथ बौछारें पड़ सकती हैं।<ref name="MT">Pidwirny, M. (2006). [http://www.physicalgeography.net/fundamentals/8e.html "Cloud Formation Processes"] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20081220230524/http://www.physicalgeography.net/fundamentals/8e.html |date=2008-12-20 }}, chapter 8 in ''Fundamentals of Physical Geography'', 2nd ed.</ref> | ||
[[File:Dreamy Twilight.jpg|thumb|सूरज के कोण से बढ़ा हुआ वायुदार शाम का धुंधलका, भौगोलिक लिफ्ट के परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाले [[बवंडर]] की दृश्यमान नकल कर सकता है]] | [[File:Dreamy Twilight.jpg|thumb|सूरज के कोण से बढ़ा हुआ वायुदार शाम का धुंधलका, भौगोलिक लिफ्ट के परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाले [[बवंडर]] की दृश्यमान नकल कर सकता है]] | ||
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:मध्य-स्तरीय अल्टोक्यूम्यलस और अल्टोस्ट्रेटस के लिए, सीमा 0 से -20°C है। | :मध्य-स्तरीय अल्टोक्यूम्यलस और अल्टोस्ट्रेटस के लिए, सीमा 0 से -20°C है। | ||
:ऊर्ध्वाधर या बहु-स्तरीय क्यूम्यलस, क्यूम्यलोनिंबस और निंबोस्टैटस, 0 से -25 डिग्री सेल्सियस की सीमा पर आइसिंग बनाते हैं। | :ऊर्ध्वाधर या बहु-स्तरीय क्यूम्यलस, क्यूम्यलोनिंबस और निंबोस्टैटस, 0 से -25 डिग्री सेल्सियस की सीमा पर आइसिंग बनाते हैं। | ||
:उच्च-स्तरीय सिरस, सिरोक्यूम्यलस और सिरोस्ट्रेटस | :उच्च-स्तरीय सिरस, सिरोक्यूम्यलस और सिरोस्ट्रेटस सामान्यतः बर्फ नहीं बनाते हैं क्योंकि वे ज्यादातर -25 डिग्री सेल्सियस से अधिक ठंडे बर्फ के कण से बने होते हैं।<ref name="Verification of WAFS">{{cite web |url= http://www.icao.int/safety/meteorology/WAFSOPSG/Seminars%20and%20Workshops/WAFC%20Science%20Coordination%20Meeting/Presentations/Verification%20of%20WAFS%20Icing%20Products.pdf|title=WAFS आइसिंग उत्पादों का सत्यापन|author=NOAA/ESRL/GSD Forecast Verification Section |year=2009 |access-date=11 November 2014}}</ref> | ||
Revision as of 22:12, 30 July 2023
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मेघ भौतिकी उन भौतिक प्रक्रियाओं का अध्ययन है जो वायुमंडलीय मेघों के निर्माण, विकास और वर्षा का कारण बनती हैं। ये एरोसोल क्षोभमंडल, समतापमंडल और मध्यमंडल में पाए जाते हैं, जो सामूहिक रूप से सममंडल का सबसे बड़ा भाग बनाते हैं। मेघों में तरल पानी की सूक्ष्म बूंदें, बर्फ के छोटे कण, या दोनों (मिश्रित चरण वाले मेघ) होते हैं, साथ ही धूल, धुआं या अन्य पदार्थ के सूक्ष्म कण होते हैं, जिन्हें संघनन नाभिक के रूप में जाना जाता है।[1] मेघ की बूंदें प्रारंभ में संघनन नाभिक पर जलवाष्प के संघनन से निर्मित होती हैं, जब कोहलर सिद्धांत के अनुसार वायु की अतिसंतृप्ति एक महत्वपूर्ण मान से अधिक हो जाती है। केल्विन प्रभाव के कारण मेघ बूंदों के निर्माण के लिए मेघ संघनन नाभिक आवश्यक हैं, जो घुमावदार सतह के कारण संतृप्त वाष्प दबाव में परिवर्तन का वर्णन करता है। छोटी त्रिज्या पर, संघनन होने के लिए आवश्यक अतिसंतृप्ति की मात्रा इतनी बड़ी होती है कि यह स्वाभाविक रूप से नहीं होता है। राउल्ट का नियम बताता है कि वाष्प का दबाव किसी घोल में विलेय की मात्रा पर कैसे निर्भर करता है। उच्च सांद्रता में, जब मेघ की बूंदें छोटी होती हैं, तो आवश्यक अतिसंतृप्ति नाभिक की उपस्थिति के बिना छोटा होता है।
गर्म मेघों में, बड़े मेघ की बूंदें उच्च सीमांत वेग से गिरती हैं; क्योंकि किसी दिए गए वेग पर, छोटी बूंदों पर बूंद के भार की प्रति इकाई खींचने वाला बल बड़ी बूंदों की तुलना में अधिक होता है। फिर बड़ी बूंदें छोटी बूंदों से टकरा सकती हैं और मिलकर और भी बड़ी बूंदें बना सकती हैं। जब बूंदें इतनी बड़ी हो जाती हैं कि उनका नीचे की ओर आसपास की वायु के सापेक्ष वेग, आसपास की वायु के ऊपर की ओर जमीन के सापेक्ष वेग से अधिक हो जाता है, तो बूंदें वर्षा (मौसम विज्ञान) के रूप में गिर सकती हैं। मिश्रित चरण के मेघों में टकराव और सहसंयोजन उतना महत्वपूर्ण नहीं है जहां बर्जरोन प्रक्रिया हावी है। अन्य महत्वपूर्ण प्रक्रियाएं जो वर्षा का निर्माण करती हैं, वे हैं रिमिन, जब एक अतिशीतित तरल बूंद एक ठोस बर्फ के टुकड़े से टकराती है, और एकत्रीकरण, जब दो ठोस बर्फ के टुकड़े टकराते हैं और संयोजित होते हैं। मेघ कैसे निर्मित होते और बढ़ते हैं इसकी सटीक यांत्रिकी पूरी तरह से समझ में नहीं आती है, परंतु वैज्ञानिकों ने व्यक्तिगत बूंदों के सूक्ष्मभौतिकी का अध्ययन करके मेघों की संरचना को समझाने वाले सिद्धांत विकसित किए हैं। मौसम रडार और मौसम उपग्रह प्रौद्योगिकी में प्रगति ने भी बड़े पैमाने पर मेघों के सटीक अध्ययन की अनुमति दी है।
मेघ भौतिकी का इतिहास
आधुनिक मेघ भौतिकी 19वीं शताब्दी में प्रारंभ हुई और कई प्रकाशनों में इसका वर्णन किया गया।[2][3][4] ओटो वॉन गुएरिके ने इस विचार को जन्म दिया कि मेघ पानी के बुलबुले से बने होते हैं। 1847 में ऑगस्टस वोल्नी वालर ने सूक्ष्मदर्शी के नीचे बूंदों की जांच करने के लिए मकड़ी के जाले का उपयोग किया।[5] इन टिप्पणियों की पुष्टि 1880 में विलियम हेनरी डाइन्स और 1884 में रिचर्ड असमन द्वारा की गई थी।
मेघ का निर्माण: वायु कैसे संतृप्त हो जाती है
वायु को उसके ओस बिंदु तक ठंडा करना
रुद्धोष्म शीतलन: नम वायु के बढ़ते क्रम
जैसे ही पृथ्वी की सतह के किसी क्षेत्र से पानी वाष्पित होता है, उस क्षेत्र की वायु नम हो जाती है। नम वायु आसपास की शुष्क वायु की तुलना में हल्की होती है, जिससे अस्थिर स्थिति उत्पन्न होती है। जब पर्याप्त नम वायु जमा हो जाती है, तो सभी नम वायु आसपास की वायु के साथ मिश्रित हुए बिना, एक पैकेट के रूप में ऊपर उठती है। जैसे-जैसे सतह पर अधिक नम वायु बनती है, प्रक्रिया दोहराई जाती है, जिसके परिणामस्वरूप नम वायु के अलग-अलग पैकेटों की एक श्रृंखला ऊपर उठकर मेघों का निर्माण करती है।[6] यह प्रक्रिया तब होती है जब तीन संभावित उठाने वाले एजेंटों में से एक या अधिक - चक्रवाती/ललाट, संवहनी, या पर्वत - विज्ञान - अदृश्य जल वाष्प युक्त वायु को अपने ओस बिंदु तक बढ़ने और ठंडा करने का कारण बनता है, जिस तापमान पर वायु संतृप्त हो जाती है। इस प्रक्रिया के पीछे मुख्य तंत्र रुद्धोष्म चूक दर है।[7] ऊंचाई के साथ वायुमंडलीय दबाव कम हो जाता है, इसलिए ऊपर उठती वायु एक ऐसी प्रक्रिया में फैलती है जिससे ऊर्जा खर्च होती है और वायु ठंडी हो जाती है, जिससे जलवाष्प संघनित होकर मेघ बन जाती है।[8] संतृप्त वायु में जलवाष्प आमतौर पर धूल और नमक के कणों जैसे मेघ संघनन नाभिकों की ओर आकर्षित होता है जो वायु के सामान्य वायुमंडलीय परिसंचरण द्वारा ऊपर उठाए जाने के लिए काफी छोटे होते हैं। मेघ में पानी की बूंदों की सामान्य त्रिज्या लगभग 0.002 मिमी (0.00008 इंच) होती है। बूंदें टकराकर बड़ी बूंदें बना सकती हैं, जो तब तक ऊपर रहती हैं जब तक मेघ के भीतर बढ़ती वायु का वेग बूंदों के अंतिम वेग के बराबर या उससे अधिक होता है।[9] गैर-संवहनी मेघ के लिए, जिस ऊंचाई पर संक्षेपण होना प्रारंभ होता है उसे उठा हुआ संघनन स्तर कहा जाता है, जो मोटे तौर पर मेघ के आधार की ऊंचाई निर्धारित करता है। मुक्त संवहन मेघ सामान्यतः संवहन संघनन स्तर (सीसीएल) की ऊंचाई पर निर्मित होते हैं। संतृप्त वायु में जलवाष्प सामान्यतः मेघ संघनन नाभिकों जैसे कि नमक के कणों की ओर आकर्षित होता है जो इतने छोटे होते हैं कि वायु के सामान्य वायुमंडलीय परिसंचरण द्वारा ऊपर रखे जा सकते हैं। यदि संघनन प्रक्रिया क्षोभमंडल में हिमांक स्तर से नीचे होती है, तो नाभिक वाष्प को बहुत छोटी पानी की बूंदों में बदलने में मदद करते हैं। हिमांक स्तर के ठीक ऊपर बनने वाले मेघ अधिकतर अतिशीतित तरल बूंदों से बने होते हैं, जबकि जो मेघ अधिक ऊंचाई पर, जहां वायु अधिक ठंडी होती है, संघनित होते हैं, वे सामान्यतः बर्फ के कण का रूप ले लेते हैं। संघनन स्तर पर और उससे ऊपर पर्याप्त संघनन कणों की अनुपस्थिति के कारण ऊपर उठती वायु अतिसंतृप्त हो जाती है और मेघ का निर्माण बाधित हो जाता है।[10]
फ्रन्टल और चक्रवाती लिफ्ट
फ्रंटल और चक्रवाती लिफ्ट अपनी शुद्धतम अभिव्यक्तियों में तब घटित होती है जब वायुमंडलीय अस्थिरता वायु, जो कि बहुत कम या कोई सतह हीटिंग के अधीन नहीं होती है, को मौसम के मोर्चों पर और कम दबाव वाले क्षेत्र के केंद्रों के आसपास ऊपर की ओर मजबूर किया जाता है।[11] अतिरिक्त उष्णकटिबंधीय चक्रवातों से जुड़े गर्म मोर्चे एक विस्तृत क्षेत्र में ज्यादातर सिरिफ़ॉर्म और स्ट्रैटिफ़ॉर्म मेघों को उत्पन्न करते हैं, जब तक कि आने वाली गर्म वायुराशि अस्थिर न हो, उस स्थिति में क्यूम्यलस कंजेस्टस या क्यूम्यलोनिम्बस मेघ आमतौर पर मुख्य अवक्षेपित मेघ परत में एम्बेडेड होंगे।[12] ठंडे मोर्चे आमतौर पर तेजी से आगे बढ़ते हैं और मेघों की एक संकीर्ण रेखा उत्पन्न करते हैं जो ज्यादातर स्ट्रैटोक्यूमुलीफॉर्म, क्यूमुलीफॉर्म, या क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म होते हैं जो सामने के ठीक आगे गर्म वायु द्रव्यमान की स्थिरता पर निर्भर करते हैं।[13]
संवहनी लिफ्ट
एक अन्य कारक सतह के स्तर पर महत्वपूर्ण दिन के सौर ताप या अपेक्षाकृत उच्च निरपेक्ष आर्द्रता के कारण होने वाली उत्प्लावन संवहनशील उर्ध्व गति है।[10] सूर्य द्वारा उत्पन्न आने वाली लघु-तरंग विकिरण पृथ्वी की सतह पर पहुंचने पर लंबी-तरंग विकिरण के रूप में पुनः उत्सर्जित होती है। यह प्रक्रिया जमीन के सबसे निकट की वायु को गर्म करती है और सतह के स्तर पर गर्म या गर्म से ऊपर की ठंडी तक एक तीव्र तापमान प्रवणता बनाकर वायु द्रव्यमान की अस्थिरता को बढ़ाती है। इसके कारण यह ऊपर उठता है और ठंडा होता है जब तक कि ऊपर की वायु के साथ तापमान संतुलन हासिल नहीं हो जाता। मध्यम अस्थिरता मध्यम आकार के संचयी मेघों के निर्माण की अनुमति देती है जो वायुराश पर्याप्त रूप से नम होने पर हल्की बारिश उत्पन्न कर सकते हैं। विशिष्ट संवहन अपधाराएँ बूंदों को लगभग के दायरे तक बढ़ने की अनुमति दे सकती हैं 0.015 millimetres (0.0006 in) वर्षा के रूप में वर्षा से पहले।[14] इन बूंदों का तुल्य व्यास लगभग है 0.03 millimetres (0.001 in).
यदि सतह के पास वायु अत्यधिक गर्म और अस्थिर हो जाती है, तो इसकी ऊपर की ओर गति काफी विस्फोटक हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप ऊंचे क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म मेघ बन सकते हैं जो गंभीर मौसम का कारण बन सकते हैं। छोटे पानी के कण जो मेघ समूह बनाते हैं, मिलकर बारिश की बूंदें बनाते हैं, वे गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा पृथ्वी पर खींचे जाते हैं। बूंदें आमतौर पर संघनन स्तर से नीचे वाष्पित हो जाती हैं, परंतु मजबूत अद्यतनीकरण गिरती बूंदों को रोक देते हैं, और उन्हें अन्यथा की तुलना में अधिक समय तक ऊपर रख सकते हैं। हिंसक अपड्राफ्ट तक की गति तक पहुँच सकते हैं 180 miles per hour (290 km/h).[15] बारिश की बूंदें जितनी देर तक ऊपर रहती हैं, उन्हें बड़ी बूंदों में विकसित होने में उतना ही अधिक समय लगता है जो अंततः भारी बारिश के रूप में गिरती हैं।
वर्षा की बूंदें जो हिमांक स्तर से काफी ऊपर चली जाती हैं, पहले अतिशीतल हो जाती हैं और फिर छोटे-छोटे ओलों में बदल जाती हैं। एक जमी हुई बर्फ का केंद्रक उठा सकता है 0.5 inches (1.3 cm) आकार में इन अपड्राफ्ट में से एक के माध्यम से यात्रा करता है और अंततः इतना भारी होने से पहले कई अपड्राफ्ट और डाउनड्राफ्ट के माध्यम से चक्र कर सकता है कि यह बड़े ओलों के रूप में जमीन पर गिरता है। ओलों को आधा काटने पर बर्फ की प्याज जैसी परतें दिखाई देती हैं, जो अलग-अलग समय का संकेत देती हैं जब यह सुपर-ठंडे पानी की परत से होकर गुजरा। तक के व्यास वाले ओले पाए गए हैं 7 inches (18 cm).[16] संवहन लिफ्ट किसी भी मोर्चे से काफी दूर अस्थिर वायु द्रव्यमान में हो सकती है। हालाँकि, बहुत गर्म अस्थिर वायु भी मोर्चों और कम दबाव वाले केंद्रों के आसपास मौजूद हो सकती है, जो अक्सर संयुक्त ललाट और संवहन उठाने वाले एजेंटों के कारण भारी और अधिक सक्रिय सांद्रता में क्यूम्यलीफॉर्म और क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म मेघों का उत्पादन करती है। गैर-ललाट संवहन लिफ्ट की तरह, बढ़ती अस्थिरता ऊपर की ओर ऊर्ध्वाधर मेघ के विकास को बढ़ावा देती है और गंभीर मौसम की संभावना को बढ़ाती है। तुलनात्मक रूप से दुर्लभ अवसरों पर, संवहन लिफ्ट ट्रोपोपॉज़ में प्रवेश करने और मेघ के शीर्ष को समताप मंडल में धकेलने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली हो सकती है।[17]
भौगोलिक लिफ्ट
लिफ्ट का तीसरा स्रोत वायु परिसंचरण है जो वायु को पर्वत (भौगोलिक लिफ्ट) जैसे भौतिक अवरोध पर मजबूर करता है।[10]यदि वायु सामान्यतः स्थिर है, तो लेंटिकुलर कैप मेघों से ज्यादा कुछ नहीं बनेगा। हालाँकि, यदि वायु पर्याप्त रूप से नम और अस्थिर हो जाती है, तो पर्वतीय वर्षा या गरज के साथ बौछारें पड़ सकती हैं।[18]
गैर रुद्धोष्म शीतलन
रुद्धोष्म शीतलन के साथ-साथ जिसके लिए लिफ्टिंग एजेंट की आवश्यकता होती है, वायु के तापमान को उसके ओस बिंदु तक कम करने के लिए तीन अन्य मुख्य तंत्र हैं, जो सभी सतह के स्तर के पास होते हैं और वायु को उठाने की आवश्यकता नहीं होती है। प्रवाहकीय, विकिरणात्मक और बाष्पीकरणीय शीतलन से सतह स्तर पर संघनन हो सकता है जिसके परिणामस्वरूप कोहरा बन सकता है।[19] प्रवाहकीय शीतलन तब होता है जब अपेक्षाकृत हल्के स्रोत क्षेत्र से वायु ठंडी सतह के संपर्क में आती है, जैसे कि जब हल्की समुद्री वायु ठंडे भूमि क्षेत्र में चलती है। विकिरणीय शीतलन थर्मल विकिरण के उत्सर्जन के कारण होता है, या तो वायु से या नीचे की सतह से।[20] इस प्रकार की ठंडक रात के दौरान आम है जब आसमान साफ होता है। वाष्पीकरणीय शीतलन तब होता है जब वाष्पीकरण के माध्यम से वायु में नमी जोड़ी जाती है, जो वायु के तापमान को उसके गीले-बल्ब तापमान तक, या कभी-कभी संतृप्ति के बिंदु तक ठंडा करने के लिए मजबूर करती है।[21]
वायु में नमी जोड़ना
पाँच मुख्य तरीकों से जलवाष्प को वायु में मिलाया जा सकता है। बढ़ी हुई वाष्प सामग्री पानी या नम जमीन पर ऊपर की ओर गति वाले क्षेत्रों में वायु के अभिसरण के परिणामस्वरूप हो सकती है।[22] ऊपर से गिरने वाली वर्षा या विरगा भी नमी की मात्रा को बढ़ाती है।[23] दिन के समय गर्मी के कारण महासागरों, जल निकायों या गीली भूमि की सतह से पानी वाष्पित हो जाता है।[24] पौधों से वाष्पोत्सर्जन जलवाष्प का एक अन्य विशिष्ट स्रोत है।[25] अंततः, गर्म पानी के ऊपर चलने वाली ठंडी या शुष्क वायु अधिक आर्द्र हो जाएगी। दिन के समय गर्मी की तरह, वायु में नमी बढ़ने से इसकी गर्मी की मात्रा और अस्थिरता बढ़ जाती है और उन प्रक्रियाओं को गति देने में मदद मिलती है जो मेघ या कोहरे के निर्माण का कारण बनती हैं।[26]
अतिसंतृप्ति
किसी दिए गए आयतन में वाष्प के रूप में मौजूद पानी की मात्रा तापमान के साथ बढ़ती है। जब जल वाष्प की मात्रा पानी की सपाट सतह के ऊपर संतुलन में होती है तो वाष्प दबाव के स्तर को संतृप्ति कहा जाता है और सापेक्ष आर्द्रता 100% होती है। इस संतुलन पर पानी से वाष्पित होने वाले अणुओं की समान संख्या होती है क्योंकि वे पानी में वापस संघनित होते हैं। यदि सापेक्ष आर्द्रता 100% से अधिक हो जाती है, तो इसे सुपरसैचुरेटेड कहा जाता है। संघनन नाभिक की अनुपस्थिति में अतिसंतृप्ति होती है।[citation needed]
चूँकि संतृप्ति वाष्प दबाव तापमान के समानुपाती होता है, ठंडी वायु का संतृप्ति बिंदु गर्म वायु की तुलना में कम होता है। इन मूल्यों के बीच का अंतर ही मेघों के निर्माण का आधार है। जब संतृप्त वायु ठंडी हो जाती है, तो उसमें जलवाष्प की समान मात्रा नहीं रह जाती है। यदि स्थितियाँ सही हैं, तो अतिरिक्त पानी वायु से तब तक संघनित होता रहेगा जब तक कि निम्न संतृप्ति बिंदु तक नहीं पहुँच जाता। एक और संभावना यह है कि पानी वाष्प के रूप में रहता है, भले ही यह संतृप्ति बिंदु से परे हो, जिसके परिणामस्वरूप अतिसंतृप्ति होती है।[citation needed]
पानी के सापेक्ष 1-2% से अधिक की अतिसंतृप्ति वायुमंडल में शायद ही कभी देखी जाती है, क्योंकि आमतौर पर मेघ संघनन नाभिक मौजूद होते हैं।[27] स्वच्छ वायु में अतिसंतृप्ति की बहुत अधिक डिग्री संभव है, और यह मेघ कक्ष का आधार है।
मेघों में अतिसंतृप्ति का माप लेने के लिए कोई उपकरण नहीं हैं।[28]
सुपरकूलिंग
पानी की बूंदें आमतौर पर तरल पानी के रूप में रहती हैं और काफी नीचे भी नहीं जमती हैं 0 °C (32 °F). बर्फ के नाभिक जो वायुमंडलीय बूंदों में मौजूद हो सकते हैं, बीच-बीच में विशिष्ट तापमान पर बर्फ निर्माण के लिए सक्रिय हो जाते हैं 0 °C (32 °F) और −38 °C (−36 °F), नाभिक ज्यामिति और संरचना पर निर्भर करता है। बर्फ के नाभिक के बिना, सुपरकूलिंग बूंदें (साथ ही कोई भी अत्यंत शुद्ध तरल पानी) लगभग नीचे तक मौजूद रह सकती हैं −38 °C (−36 °F), जिस बिंदु पर सहज ठंड होती है।[citation needed]
टकराव-संयोजन
एक सिद्धांत यह बताता है कि मेघ में अलग-अलग बूंदों का व्यवहार किस प्रकार वर्षा के निर्माण की ओर ले जाता है, वह है टकराव-संयोजन प्रक्रिया। वायु में निलंबित बूंदें एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करेंगी, या तो टकराकर और एक दूसरे से उछलकर या मिलकर एक बड़ी बूंद का निर्माण करेंगी। अंततः, बूंदें इतनी बड़ी हो जाती हैं कि वे वर्षा के रूप में पृथ्वी पर गिरती हैं। टकराव-संयोजन प्रक्रिया मेघ निर्माण का एक महत्वपूर्ण भाग नहीं बनती है, क्योंकि पानी की बूंदों में अपेक्षाकृत उच्च सतह तनाव होता है। इसके अलावा, टकराव-संयोजन की घटना का प्रवेश-मिश्रण प्रक्रियाओं से गहरा संबंध है।[29]
बर्जरॉन प्रक्रिया
बर्फ के मेघों के निर्माण के लिए प्राथमिक तंत्र की खोज टोर बर्जरॉन ने की थी। बर्जरॉन प्रक्रिया नोट करती है कि पानी का संतृप्त वाष्प दबाव, या किसी दिए गए आयतन में कितना जल वाष्प हो सकता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि वाष्प किसके साथ परस्पर क्रिया कर रहा है। विशेष रूप से, बर्फ के संबंध में संतृप्ति वाष्प दबाव पानी के संबंध में संतृप्ति वाष्प दबाव से कम है। पानी की बूंद के साथ परस्पर क्रिया करते समय जल वाष्प 100% सापेक्ष आर्द्रता पर संतृप्त हो सकता है, परंतु बर्फ के कण के साथ परस्पर क्रिया करते समय जल वाष्प की समान मात्रा अतिसंतृप्त हो जाएगी।[30] जल वाष्प वाष्प-तरल संतुलन में लौटने का प्रयास करेगा, इसलिए अतिरिक्त जल वाष्प कण की सतह पर बर्फ में संघनित हो जाएगा। ये बर्फ के कण बड़े बर्फ कण के नाभिक के रूप में समाप्त हो जाते हैं। यह प्रक्रिया केवल के बीच के तापमान पर होती है 0 °C (32 °F) और −40 °C (−40 °F). नीचे −40 °C (−40 °F), तरल पानी स्वतः ही केन्द्रित हो जाएगा, और जम जाएगा। पानी की सतह का तनाव बूंद को उसके सामान्य हिमांक से काफी नीचे तरल रहने की अनुमति देता जयकार करना। जब ऐसा होता है, तो यह अब अतिशीतलित तरल पानी है। बर्जरॉन प्रक्रिया बड़े कणों को बनाने के लिए बर्फ के नाभिक के साथ संपर्क करके सुपर कूल्ड तरल पानी (एसएलडब्ल्यू) पर निर्भर करती है। यदि एसएलडब्ल्यू की मात्रा की तुलना में बर्फ के नाभिक कम हैं, तो बूंदें नहीं बन पाएंगी। एक प्रक्रिया जिसके तहत वैज्ञानिक वर्षा को प्रोत्साहित करने के लिए कृत्रिम बर्फ के नाभिक के साथ एक मेघ का बीजारोपण करते हैं, उसे मेघ छाना के रूप में जाना जाता है। इससे मेघों में वर्षा करने में मदद मिल सकती है अन्यथा वर्षा नहीं हो सकती है। क्लाउड सीडिंग में अतिरिक्त कृत्रिम बर्फ के नाभिक जुड़ जाते हैं जिससे संतुलन बदल जाता है जिससे कि अत्यधिक ठंडे तरल पानी की मात्रा की तुलना में कई नाभिक होते हैं। एक अति बीजित मेघ कई कणों का निर्माण करेगा, परंतु प्रत्येक बहुत छोटा होगा। ऐसा उन क्षेत्रों के लिए निवारक उपाय के रूप में किया जा सकता है जहां ओलावृष्टि का खतरा है।[citation needed]
मेघ वर्गीकरण
क्षोभमंडल में मेघों, पृथ्वी के निकटतम वायुमंडलीय परत, को उस ऊंचाई पर वर्गीकृत किया जाता है जिस पर वे पाए जाते हैं, और उनके आकार या उपस्थिति के अनुसार।[31] शारीरिक संरचना एवं निर्माण प्रक्रिया के आधार पर इसके पाँच रूप होते हैं।[32] सिरिफ़ॉर्म मेघ ऊँचे, पतले और टेढ़े-मेढ़े होते हैं, और संगठित मौसम गड़बड़ी के प्रमुख किनारों पर सबसे अधिक व्यापक रूप से देखे जाते हैं। स्ट्रैटिफॉर्म मेघ गैर-संवहनी होते हैं और व्यापक शीट जैसी परतों के रूप में दिखाई देते हैं, जो काफी ऊर्ध्वाधर विकास के साथ पतली से लेकर बहुत मोटी तक होती हैं। वे अधिकतर स्थिर वायु के बड़े पैमाने पर उठाने के उत्पाद हैं। अस्थिर मुक्त-संवहनी संचयी मेघ अधिकतर स्थानीयकृत ढेरों में निर्मित होते हैं। सीमित संवहन के स्ट्रैटोक्यूमुलीफॉर्म मेघ क्यूम्यलीफॉर्म और स्ट्रैटिफॉर्म विशेषताओं का मिश्रण दिखाते हैं जो रोल या तरंग के रूप में दिखाई देते हैं। अत्यधिक संवहनशील क्यूम्यलोनिम्बिफ़ॉर्म मेघों में जटिल संरचनाएँ होती हैं जिनमें अक्सर सिरिफ़ॉर्म टॉप और स्ट्रैटोक्यूमुलीफ़ॉर्म सहायक मेघ शामिल होते हैं।[citation needed]
इन रूपों को ऊंचाई सीमा या स्तर के आधार पर दस जीनस प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है जिन्हें प्रजातियों और छोटे प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। उच्च स्तरीय मेघ 5 से 12 किलोमीटर की ऊंचाई पर निर्मित होते हैं। सभी सिरिफ़ॉर्म मेघों को उच्च-स्तरीय के रूप में वर्गीकृत किया गया है और इसलिए वे एकल मेघ जीनस सिरस मेघ का गठन करते हैं। क्षोभमंडल के उच्च स्तर में स्ट्रैटिफॉर्म और स्ट्रैटोक्यूमुलीफॉर्म मेघों में उनके नाम के साथ उपसर्ग सिरो जोड़ा जाता है, जिससे जेनेरा सिरोस्ट्रेटस मेघ और सिरोक्यूम्यलस मेघ प्राप्त होता है। मध्य स्तर (ऊंचाई सीमा 2 से 7 किलोमीटर) में पाए जाने वाले समान मेघों में उपसर्ग ऑल्टो होता है - जिसके परिणामस्वरूप जीनस नाम आल्टोस्ट्रेटस मेघ और आल्टोक्यूम्यलस मेघ होते हैं।[33] निचले स्तर के मेघों में ऊंचाई से संबंधित कोई उपसर्ग नहीं होता है, इसलिए लगभग 2 किलोमीटर या उससे नीचे स्थित स्ट्रैटिफॉर्म और स्ट्रैटोक्यूमुलीफॉर्म मेघों को स्ट्रेटस मेघ और स्ट्रैटोक्यूम्यलस मेघ के रूप में जाना जाता है। थोड़े ऊर्ध्वाधर विकास (प्रजाति हुमिलिस) वाले छोटे क्यूम्यलस मेघ मेघों को भी आमतौर पर निम्न स्तर के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।[33]
क्यूमुलीफॉर्म और क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म ढेर और गहरी स्ट्रैटीफॉर्म परतें अक्सर कम से कम दो क्षोभमंडल स्तरों पर कब्जा कर लेती हैं, और इनमें से सबसे बड़ा या सबसे गहरा सभी तीन स्तरों पर कब्जा कर सकता है। उन्हें निम्न या मध्य-स्तर के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है, परंतु इन्हें आमतौर पर ऊर्ध्वाधर या बहु-स्तर के रूप में भी वर्गीकृत या चित्रित किया जाता है। निंबोस्ट्रेटस मेघ महत्वपूर्ण वर्षा उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त ऊर्ध्वाधर सीमा के साथ स्तरीकृत परतें हैं। टावरिंग क्यूम्यलस (प्रजाति कंजेस्टस), और क्यूम्यलोनिम्बस मेघ सतह के पास से लेकर लगभग 3 किलोमीटर की मध्यवर्ती ऊंचाई तक कहीं भी बन सकते हैं। ऊर्ध्वाधर रूप से विकसित मेघों में से, क्यूम्यलोनिम्बस प्रकार सबसे ऊंचा होता है और यह वस्तुतः जमीन से कुछ सौ मीटर ऊपर से ट्रोपोपॉज तक पूरे क्षोभमंडल तक फैल सकता है।[33]यह तूफान के लिए जिम्मेदार मेघ है।
कुछ मेघ क्षोभमंडल के ऊपर, अधिकतर पृथ्वी के ध्रुवीय क्षेत्रों के ऊपर, बहुत ऊँचे से चरम स्तर पर बन सकते हैं। ध्रुवीय समतापमंडलीय मेघ देखे जाते हैं, परंतु सर्दियों में 18 से 30 किलोमीटर की ऊंचाई पर शायद ही कभी, जबकि गर्मियों में, रात के मेघ कभी-कभी 76 से 85 किलोमीटर की ऊंचाई पर उच्च अक्षांशों पर निर्मित होते हैं।[34] ये ध्रुवीय मेघ कुछ वैसे ही रूप दिखाते हैं जैसे क्षोभमंडल में निचले भाग में दिखाई देते हैं।
समरूप प्रकार रूपों और स्तरों के क्रॉस-वर्गीकरण द्वारा निर्धारित होते हैं।
| Forms and levels | Stratiform non-convective |
Cirriform mostly non-convective |
Stratocumuliform limited-convective |
Cumuliform free-convective |
Cumulonimbiform strong-convective |
|---|---|---|---|---|---|
| Extreme level | PMC: Noctilucent veils | Noctilucent billow or whirls | Noctilucent bands | ||
| Very high level | Nitric acid & water PSC | Cirriform nacreous PSC | Lenticular nacreous PSC | ||
| High-level | Cirrostratus | Cirrus | Cirrocumulus | ||
| Mid-level | Altostratus | Altocumulus | |||
| Low-level | Stratus | Stratocumulus | Cumulus humilis or fractus | ||
| Multi-level or moderate vertical | Nimbostratus | Cumulus mediocris | |||
| Towering vertical | Cumulus congestus | Cumulonimbus |
होमोस्फेरिक प्रकारों में दस क्षोभमंडलीय वंश और क्षोभमंडल के ऊपर कई अतिरिक्त प्रमुख प्रकार शामिल हैं। क्यूम्यलस जीनस में चार प्रजातियां शामिल हैं जो ऊर्ध्वाधर आकार और संरचना का संकेत देती हैं।
गुणों का निर्धारण
उपग्रहों का उपयोग क्लाउड गुणों और अन्य जानकारी जैसे क्लाउड राशि, ऊंचाई, आईआर उत्सर्जन, दृश्यमान ऑप्टिकल गहराई, आइसिंग, तरल और बर्फ दोनों के लिए प्रभावी कण आकार और क्लाउड शीर्ष तापमान और दबाव के बारे में डेटा इकट्ठा करने के लिए किया जाता है।
पता लगाना
क्लाउड गुणों से संबंधित डेटा सेट मध्यम-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर, पोल्डर, केलिप्सो या यूरोपीय रिमोट-सेंसिंग उपग्रह जैसे उपग्रहों का उपयोग करके एकत्र किए जाते हैं। उपकरण मेघों की चमक को मापते हैं, जिससे संबंधित पैरामीटर प्राप्त किए जा सकते हैं। यह आमतौर पर व्युत्क्रम समस्या का उपयोग करके किया जाता है।[35] पता लगाने की विधि इस तथ्य पर आधारित है कि मेघ भूमि की सतह की तुलना में अधिक चमकीले और ठंडे दिखाई देते हैं। इसके कारण, महासागरों और बर्फ जैसी चमकदार (अत्यधिक परावर्तन (भौतिकी)) सतहों के ऊपर मेघों का पता लगाने में कठिनाइयाँ बढ़ जाती हैं।[35]
पैरामीटर्स
एक निश्चित पैरामीटर का मान उतना ही अधिक विश्वसनीय होता है जितने अधिक उपग्रह उक्त पैरामीटर को माप रहे होते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि त्रुटियों और उपेक्षित विवरणों की सीमा हर उपकरण में अलग-अलग होती है। इस प्रकार, यदि विश्लेषण किए गए पैरामीटर में विभिन्न उपकरणों के लिए समान मान हैं, तो यह स्वीकार किया जाता है कि वास्तविक मान संबंधित डेटा सेट द्वारा दी गई सीमा में है।[35]
वैश्विक ऊर्जा और जल चक्र प्रयोग मेघों के गुणों की एक विश्वसनीय मात्रा स्थापित करने के लिए विभिन्न उपग्रहों से डेटा गुणवत्ता की तुलना करने के लिए निम्नलिखित मात्राओं का उपयोग करता है:[35]
- 0 और 1 के बीच मान वाला मेघ आवरण या मेघ की मात्रा
- मेघ शीर्ष पर मेघ का तापमान 150 से 340 K तक होता है
- मेघ का दबाव शीर्ष 1013 - 100 hPa पर
- समुद्र तल से ऊपर मापी गई मेघ की ऊंचाई 0 से 20 किमी तक होती है
- क्लाउड अवरक्त उत्सर्जन, 0 और 1 के बीच मान के साथ, वैश्विक औसत लगभग 0.7 के साथ
- प्रभावी मेघ मूंदना, क्लाउड आईआर उत्सर्जन द्वारा भारित क्लाउड राशि, वैश्विक औसत 0.5 के साथ
- मेघ (दृश्यमान) ऑप्टिकल गहराई 4 और 10 की सीमा के भीतर भिन्न होती है।
- मेघ कणों के तरल और ठोस (बर्फ) चरणों के लिए मेघ जल पथ
- तरल और बर्फ दोनों के लिए मेघ प्रभावी कण आकार, 0 से 200 माइक्रोन तक
आइसिंग
एक अन्य महत्वपूर्ण संपत्ति विभिन्न ऊंचाई पर विभिन्न प्रकार के मेघों की बर्फ़ीली विशेषता है, जो उड़ान की सुरक्षा पर बहुत प्रभाव डाल सकती है। इन विशेषताओं को निर्धारित करने के लिए उपयोग की जाने वाली पद्धतियों में आइसिंग स्थितियों के विश्लेषण और पुनर्प्राप्ति के लिए क्लाउडसैट डेटा का उपयोग करना, क्लाउड ज्यामितीय और परावर्तन डेटा का उपयोग करके मेघों का स्थान, क्लाउड वर्गीकरण डेटा का उपयोग करके क्लाउड प्रकारों की पहचान करना और क्लाउडसैट ट्रैक (जीएफएस) के साथ ऊर्ध्वाधर तापमान वितरण का पता लगाना शामिल है।[36]
तापमान की सीमा जो हिमपात की स्थिति को जन्म दे सकती है, उसे मेघों के प्रकार और ऊंचाई के स्तर के अनुसार परिभाषित किया गया है:
- निम्न-स्तरीय स्ट्रैटोक्यूम्यलस और स्ट्रेटस 0 से -10 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर बर्फ़ जमने का कारण बन सकते हैं।
- मध्य-स्तरीय अल्टोक्यूम्यलस और अल्टोस्ट्रेटस के लिए, सीमा 0 से -20°C है।
- ऊर्ध्वाधर या बहु-स्तरीय क्यूम्यलस, क्यूम्यलोनिंबस और निंबोस्टैटस, 0 से -25 डिग्री सेल्सियस की सीमा पर आइसिंग बनाते हैं।
- उच्च-स्तरीय सिरस, सिरोक्यूम्यलस और सिरोस्ट्रेटस सामान्यतः बर्फ नहीं बनाते हैं क्योंकि वे ज्यादातर -25 डिग्री सेल्सियस से अधिक ठंडे बर्फ के कण से बने होते हैं।[36]
सामंजस्य और विघटन
पूरे होमोस्फीयर (जिसमें क्षोभमंडल, समतापमंडल और मेसोस्फीयर शामिल हैं) में ऐसी ताकतें हैं जो मेघ की संरचनात्मक अखंडता को प्रभावित कर सकती हैं। यह अनुमान लगाया गया है कि जब तक वायु संतृप्त रहती है, तब तक किसी पदार्थ के अणुओं को एक साथ रखने वाली प्राकृतिक सामंजस्य शक्ति मेघ को टूटने से बचाने के लिए कार्य कर सकती है। हालाँकि, इस अटकल में एक तार्किक दोष है कि मेघ में पानी की बूंदें एक-दूसरे के संपर्क में नहीं हैं और इसलिए कार्य करने के लिए सामंजस्य की अंतर-आणविक शक्तियों के लिए आवश्यक स्थिति को संतुष्ट नहीं कर रही हैं। मेघ का विघटन तब हो सकता है जब रुद्धोष्म शीतलन की प्रक्रिया बंद हो जाती है और वायु के ऊपर की ओर उठने की जगह सबसिडेंस (वायुमंडल) ले लेता है। इससे वायु में कम से कम कुछ हद तक एडियाबेटिक वार्मिंग होती है जिसके परिणामस्वरूप मेघ की बूंदें या कण वापस अदृश्य जल वाष्प में बदल सकते हैं।[37] पवन कतरनी और डाउनड्राफ्ट जैसी मजबूत ताकतें मेघ को प्रभावित कर सकती हैं, परंतु ये काफी हद तक क्षोभमंडल तक ही सीमित हैं जहां पृथ्वी का लगभग सभी मौसम होता है।[38] एक सामान्य क्यूम्यलस मेघ का वजन लगभग 500 मीट्रिक टन या 1.1 मिलियन पाउंड होता है, जो 100 हाथियों के वजन के बराबर होता है।[39]
मॉडल
दो मुख्य मॉडल योजनाएं हैं जो क्लाउड भौतिकी का प्रतिनिधित्व कर सकती हैं, सबसे आम बल्क माइक्रोफिजिक्स मॉडल है जो क्लाउड गुणों (जैसे वर्षा जल सामग्री, बर्फ सामग्री) का वर्णन करने के लिए औसत मूल्यों का उपयोग करता है, गुण केवल पहले क्रम (एकाग्रता) या दूसरे क्रम (द्रव्यमान) का भी प्रतिनिधित्व कर सकते हैं।[40] दूसरा विकल्प बिन माइक्रोफ़िज़िक्स योजना का उपयोग करना है जो विभिन्न आकार के कणों के लिए क्षणों (द्रव्यमान या एकाग्रता) को अलग-अलग रखता है।[41] बल्क माइक्रोफ़िज़िक्स मॉडल बिन मॉडल की तुलना में बहुत तेज़ हैं परंतु कम सटीक हैं।[42]
यह भी देखें
संदर्भ
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